中级
30 分钟

通过使用FAN4010和STM32G474RE实现精准电流测量,最大化效率

每安培的精度!

Current 2 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Current 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

使用我们的精确电流测量解决方案简化操作,最大化能量利用,确保系统可靠性。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Current 2 Click基于ON Semiconductor的FAN4010高端电流传感器。该集成电路是一个跨阻放大器,适用于通过位于电源和连接负载之间的分流电阻进行电流传感。这使得能够检测负载上的短路,并且不会干扰连接负载的GND参考,因为避免了负载负连接端子和GND之间的分流电阻。这些优点有利于电池充电应用和仪表,因为短路检测很重要。此外,电池的负极必须与GND保持相同的电位,以确保温度输出的准确性,这在使用低端分流电阻时是不可能的。虽然可以仅使用运算放大器设计类似的电路,但由于这种设计的高不准确性(典型运算放大器的偏

移电压会大大影响输出电流,特别是在应用放大后)和典型运算放大器所能承受的低共模电压,通常使用像FAN4010这样的专用电流传感放大器IC(CSA)。FAN4010具有极低的电流偏移,仅为2 µA,使得在0.2%的范围内进行非常准确的测量。FAN4010的输出跨导比为10mA/V,其中V代表分流电阻上的电压。输出电流线性依赖于负载电流。通过在输出和GND之间使用适当的电阻,可以将此电流缩放到适当的电压水平,用作A/D转换器的输入。MCP3001是Microchip的一款10位A/D转换器(ADC),具有SPI接口。它是一款高性能、低噪声的单电源ADC,每秒可

以提供高达200,000次采样(200 kbps),非常适合快速监控应用。它还配备参考输入引脚,可以使用准确的电压参考,确保非常高的采样精度。结合MCP1501-20 IC,一个高精度、缓冲电压参考2.048V,足以采样高达4A的负载电流(4A = 2V在ADC输入)。计算公式可以从FAN4010的数据表中推导出来。然而,如果使用为此Click板™提供的mikroSDK兼容函数,则无需进行任何计算。这些函数已经包含了所有必要的计算,并直接以物理单位[mA]输出连接负载的电流。随附的示例演示了它们的实际使用。

Current 2 Click hardware overview 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
NC
NC
RST
NC
NC
CS
SPI Chip Select
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Current 2 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
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access 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 Compiler Selection Step Image 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

该库包含用于Current 2 Click驱动程序的API。

关键功能:

  • current2_get_adc - 获取ADC值功能

  • current2_get_average_adc - 获取平均ADC值功能

  • current2_get_current - 获取电流值功能

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 
 * \brief current2 Click example
 * 
 * # Description
 * This application measures current.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes SPI interface in Mode 0
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads the current averaged result of 20 samples and
 * gets this result in a proper value [mA]. Repeats the current reading every 500ms.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "current2.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static current2_t current;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    current2_cfg_t cfg;

    /** 
     * 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.

    current2_cfg_setup( &cfg );
    CURRENT2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    current2_init( &current, &cfg );
    Delay_ms( 300 );
    log_printf( &logger, "Current 2 is initialized \r\n \r\n" );
}

void application_task ( void )
{
    uint16_t tmp;

    tmp = current2_get_current( &current, 20 );

    log_printf( &logger, "Current : %d mA \r\n", tmp );

    Delay_ms( 500 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

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

额外支持

资源

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