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10 分钟

使用MAX14906和STM32G474RE为各种工业应用实现灵活的工业数字输入和输出控制

符合IEC 61131-2标准的四通道工业数字输出/输入解决方案

DIGI I/O Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 11, 2024

点击板

DIGI I/O Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

通过配置通道和内置诊断功能,实现工业数字输入和输出的灵活控制,非常适用于自动化、马达控制和可编程逻辑控制器 (PLC) 系统

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

DIGI I/O Click基于Analog Devices的MAX14906,这是一款四通道工业数字输入/输出IC,符合IEC 61131-2标准。该IC允许其四个通道独立配置,非常适合需要高速数字I/O灵活性的应用。每个通道都可以作为高端开关、推挽驱动器或符合1类、2类或3类标准的数字输入器件工作。该Click板™在适应性数字I/O功能至关重要的环境中表现出色,提供了复杂工业自动化和控制系统所需的强大且可靠的性能。在输出模式下,MAX14906提供了卓越的控制,其高端开关电流限制可调节在130mA到1.2A之间,并且具有高达两倍负载电流的浪涌电流能力,确保在苛刻的环境中可靠运行。该器件还具有仅为120mΩ的导通电阻(25°C),使其能够以最小的功率损耗实现高效运行。此外,推挽驱动器配置能够通过电缆高速传输信号,确保快速放电负载电容,提高响应速度。作为数字输入器件,MAX14906支持各种配置下的精确电流吸收,1类和3类输入电流为2.3mA,2类输入电流为7mA。其多样性使DIGI I/O Click非常适合工业数字输入和输出模块、电机控制系统、可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)。顶部的四个DO/I通道(1-4端子)可通过将SetOUT寄存器中的相应SetDi_位设置

为0,单独配置为数字输出操作。默认情况下,所有四个通道都初始化为输出。将EN引脚设置为高电平可以激活1-4通道的输出,而设置为低电平则会禁用或三态所有输出。ConfigDO寄存器中的两个DoMode位控制每个通道的输出模式,允许在高端或推挽配置之间进行选择。ConfigDI寄存器中的Typ2Di位管理输入配置模式,在1类和3类输入与2类输入之间切换。用户可以通过SPI接口控制或读取I/O电平,也可以直接管理四个双向逻辑引脚(D1至D4)。此Click板™设计用于24V操作,通过标记为V24的端子供电。默认情况下,所有通道(1-4)都使用24V供电;然而,每个通道都可以通过连接替代电压到V1-V4端子单独供电。要启用此功能,用户必须首先切断板背面的电路痕迹,以禁用默认的供电配置。此外,板上还包括一个VOK绿色LED,指示有效的外部电源。该板通过最大频率为10MHz的SPI接口与主MCU通信。SPI接口包括一个内置的芯片地址解码器,能够使用共享的SPI总线和公共芯片选择(CS)线与多个基于MAX14906的板通信。为支持这一点,板上提供了可配置的SPI地址,可通过ADDR SEL跳线设置,使多个基于MAX14906的板在一起使用时可以进行访问。SPI接口

为每个通道提供全局和每通道的配置和诊断功能,包括电源过压和欠压检测、断线或开路检测、热过载保护和电流限制报告。除了接口引脚外,板上还使用了多个其他控制引脚以确保正常运行。SYN引脚作为同步控制引脚,当SYN上升沿时,配置为数字输出的端子会同步更新,且当SYN保持低电平时,端子1-4的输出状态保持不变。RDY引脚在内部逻辑电源高于欠压锁定(UVLO)阈值时为被动低电平,表示寄存器具有足够的电源电压。如果内部寄存器电源下降到UVLO阈值以下,寄存器内容将丢失,RDY引脚会变为高电平。此外,当任一通道检测到诊断故障时,FLT引脚会被拉低。该板还通过FUNC SEL跳线提供了额外功能控制。上方的C跳线作为CRC启用跳线,激活SPI接口上的CRC。R跳线允许使用外部5V稳压器。当R跳线设置为ON时,内部LDO稳压器将被禁用,5V必须通过V5头供电。如果R跳线处于OFF位置,内部LDO保持活动,V5头将作为5V供电输出。此Click板™可通过VCC SEL跳线选择在3.3V或5V逻辑电压水平下运行。这样,3.3V和5V的MCU都可以正确使用通信线路。此外,此Click板™配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,供进一步开发参考。

DIGI I/O 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

Wire Jumpers Male to Male (15 cm length, 10pcs) 是一组高质量的跳线,专为便捷的原型设计和测试而设计。每根线长 15 厘米,两端配有公连接器,方便在面包板或其他电子项目中连接组件。该套装包括十根不同颜色的跳线,便于电路中的清晰标识和组织。这些跳线非常适合 DIY 项目、设置以及其他需要快速、可靠连接的电子应用。

DIGI I/O Click accessories 2 image

Wire Jumpers Male to Female (15 cm length, 10pcs) 是一套高质量的跳线,专为简化原型设计和测试而设计。每根跳线长15厘米,一端为公头连接器,另一端为母头连接器,方便在面包板或其他电子项目中轻松连接组件。该套装包含十根不同颜色的跳线,便于电路中的清晰识别和组织。这些跳线非常适合DIY项目、设置和其他电子应用,在需要快速、可靠连接的场合下提供了理想的解决方案。

DIGI I/O Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Data Ready Indicator
PA15
AN
Output Enable / ID SEL
PC12
RST
SPI Select / ID COMM
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Synchronization Control
PC8
PWM
Fault Indicator
PC14
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

DIGI I/O 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
Board mapper by product8 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 DIGI I/O Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • digiio_write_reg - 此功能使用SPI串行接口将数据写入所选寄存器。

  • digiio_read_reg - 此功能使用SPI串行接口从所选寄存器读取数据。

  • digiio_sync_io - 此功能通过切换SYNC引脚的逻辑状态来同步寄存器。

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 DIGI IO Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of DIGI IO Click board by setting and reading 
 * the DOI channels state.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration which sets 
 * the DOI1 and DOI2 as output and the DOI3 and DOI4 as inputs.
 *
 * ## Application Task
 * Toggles the DOI1 and DOI2 pins state and then reads the status of all four DOI pins
 * and displays the results on the USB UART approximately once per second.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "digiio.h"

static digiio_t digiio;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    digiio_cfg_t digiio_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.
    digiio_cfg_setup( &digiio_cfg );
    DIGIIO_MAP_MIKROBUS( digiio_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == digiio_init( &digiio, &digiio_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( DIGIIO_ERROR == digiio_default_cfg ( &digiio ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    uint8_t set_out = 0;
    uint8_t doi_level = 0;
    digiio_sync_io ( &digiio );
    if ( DIGIIO_OK == digiio_read_reg ( &digiio, DIGIIO_REG_SET_OUT, &set_out ) )
    {
        set_out ^= ( DIGIIO_SET_OUT_HIGH_O1_MASK | DIGIIO_SET_OUT_HIGH_O2_MASK );
        if ( DIGIIO_OK == digiio_write_reg ( &digiio, DIGIIO_REG_SET_OUT, set_out ) )
        {
            digiio_sync_io ( &digiio );
        }
    }
    if ( DIGIIO_OK == digiio_read_reg ( &digiio, DIGIIO_REG_DOI_LEVEL, &doi_level ) )
    {
        if ( doi_level & DIGIIO_DOI_LEVEL_DOI1 )
        {
            log_printf ( &logger, " DOI1: HIGH\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf ( &logger, " DOI1: LOW\r\n" );
        }
        if ( doi_level & DIGIIO_DOI_LEVEL_DOI2 )
        {
            log_printf ( &logger, " DOI2: HIGH\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf ( &logger, " DOI2: LOW\r\n" );
        }
        if ( doi_level & DIGIIO_DOI_LEVEL_DOI3 )
        {
            log_printf ( &logger, " DOI3: HIGH\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf ( &logger, " DOI3: LOW\r\n" );
        }
        if ( doi_level & DIGIIO_DOI_LEVEL_DOI4 )
        {
            log_printf ( &logger, " DOI4: HIGH\r\n" );
        }
        else
        {
            log_printf ( &logger, " DOI4: LOW\r\n" );
        }
        log_printf ( &logger, "\r\n" );
    }
    Delay_ms ( 1000 );
}

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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