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30 分钟

使用LDC1312-Q1和STM32G474RE将电感测量转化为数字数据

您的电感到数字转换器!

LDC Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

LDC Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

解锁无限可能性,借助我们的电感-数字奇迹,将电感值轻松转换为数字数据,使其成为实时监测、质量控制和系统自动化的重要组成部分。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

LDC Click基于德州仪器的LDC1312-Q1,这是一款双通道、12位电感到数字转换器(LDCs),用于电感传感解决方案。这个Click board™易于使用,只需要在1kHz和10MHz之间的传感器频率即可开始传感。它测量LC谐振器的振荡频率,并输出与频率成比例的数字值。电感传感在低成本和功耗下提供了比竞争技术更好的性能、可靠性和灵活性。该板适用于对导电目标的位置、运动或组成进行精确的短程测量。与交流电磁(EM)场接触的导电物体会引起场变化,可以使用感应器(如电感器)来检测这些变化。方便地,电感器和电容

器用于构建LC谐振器,也称为LC谐振器,以产生EM场。在LC谐振器的情况下,场扰动的效果是传感器的电感的明显变化,这可以观察为谐振频率的变化-使用这个原理,LDC1312-Q1工作。LDC Click使用标准的I2C 2-Wire接口与MCU通信,最大时钟频率为400kHz。除了I2C通信外,还使用了连接到mikroBUS™插座引脚的两个GPIO引脚。连接到mikroBUS™插座的RST引脚的SD引脚用于将LDC1312-Q1置于关断模式,节省电流,而INT引脚可以配置为中断,以通知主机MCU系统状态的变化。此外,它还允许通过将标记为ADDR

 SEL的SMD跳线器放置在标记为1和0的适当位置来选择其I2C从机地址的最低有效位。它还可以连接额外的外部LC传感器,允许您替换提供的板载传感器,并在标记为COIL1和COIL2的位置焊接您自己的传感器。此Click board™只能在3.3V逻辑电压电平下操作。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,板必须执行适当的逻辑电压电平转换。此外,它配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

LDC Click top side image
LDC Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G474R MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G474RE front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

128k

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Shutdown
PC12
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

LDC Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G474RE MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
BarGraph 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU MB 1 Micro B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 LDC Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ldc_get_interrupt - 获取中断引脚状态

  • ldc_get_frequency - 获取特定通道计算的频率值

  • ldc_calculate_inductance - 计算相对于频率的电感值

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief LDC Click example
 *
 * # Description
 * This example showcases the ability of the device to detect 
 * metal objects. It configures a device for reading data from 
 * channel 0, checks if ID's are OK and reads data when interrupting 
 * is asserted and logs result.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of communication modules (I2C, UART) and 
 * additional pins. Then configures the device for reading data from 
 * channel 0, and checks if device ID's are correctly read, and
 * read the currently set divider.
 *
 * ## Application Task
 * Checks if interrupt pin is asserted, if so reads data from channel 0.
 * Calculates and returns the frequency of the sensor. If the frequency 
 * is greater than 0, then it calculates the inductance of the sensor. 
 * It will log error and error values if it occurred.
 * 
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ldc.h"
#include "math.h"

static ldc_t ldc;
static log_t logger;

uint16_t divider;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    ldc_cfg_t ldc_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    ldc_cfg_setup( &ldc_cfg );
    LDC_MAP_MIKROBUS( ldc_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = ldc_init( &ldc, &ldc_cfg );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );
        for ( ; ; );
    }

    if ( ldc_default_cfg ( &ldc ) < 0 )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration. " );
        for ( ; ; );
    }
    
    uint16_t temp_data = 0;
    ldc_generic_read( &ldc, LDC_REG_MANUFACTURER_ID, &temp_data );
    log_printf( &logger, "> Manufacturer ID: 0x%.4X\r\n", temp_data );
    if ( LDC_MANUFACTURER_ID != temp_data )
    {
        log_error( &logger, " Manufacturer ID. " );
        for ( ; ; );
    }
    
    ldc_generic_read( &ldc, LDC_REG_DEVICE_ID, &temp_data );
    log_printf( &logger, "> Device ID 0x%.4X\r\n", temp_data );
    if ( LDC_DEVICE_ID != temp_data )
    {
        log_error( &logger, " Device ID. " );
        for ( ; ; );
    }
    
    ldc_generic_read( &ldc, LDC_REG_CLOCK_DIVIDERS_CH0, &temp_data );
    divider = temp_data & 0x3FF;
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    if ( !ldc_get_interrupt( &ldc ) )
    {
        float frequency = 0.0;
        float inductance = 0.0;
        uint16_t status = 0;
        ldc_generic_read( &ldc, LDC_REG_STATUS, &status );
        if ( status & LDC_STATUS_DRDY )
        {
            err_t ret_val = ldc_get_frequency( &ldc, LDC_REG_DATA_CH0, divider, &frequency );
            if ( !ret_val )
            {
                log_printf( &logger, "> Freq[MHz]: %.3f\r\n", frequency );
                if ( frequency > 0 )
                {
                    inductance = ldc_calculate_inductance( frequency );
                }
                log_printf( &logger, "> L[uH]: %.3f\r\n", inductance );
                log_printf( &logger, "> ************************\r\n" );
                
                Delay_ms ( 500 );
            }
            else
            {
                log_error( &logger, " Reading data: %ld", ret_val );
            }
        }
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

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资源

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