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使用 MAX22000 和 STM32G431RB 实现无缝信号转换

ADC + DAC 的完美和谐

ADAC 2 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

ADAC 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

对于需要合并 ADC 和 DAC 操作的应用,这是一个完整的解决方案。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

ADAC 2 Click 基于 Analog Devices 的 MAX22000,这是一款工业级、软件可配置的模拟输入/输出解决方案。它在发送路径提供高性能的 18 位 DAC,并在接收路径提供 24 位增量-Δ ADC。发送路径(模拟输出)和接收路径(模拟输入)完全独立;因此,它们可以针对不同的配置和操作模式进行编程。由于其出色的性能和特性,该板设计用于支持各种工业应用,如可编程逻辑控制器(PLC)、可编程自动化控制器(PAC)和需要可配置模拟 I/O 的过程控制应用。该 Click board™ 通过标准 SPI 接口与 MCU 进行通信,用于所有配置和管理信息,最大频率为 20MHz。MAX22000 为其输入和输出提供了多种电压和电流范围,以保持最佳的准确性。它将线性范围设置为名义范围的 105%,将满量程设置为名义范围的 125%。

例如,对于 ±10V 的名义范围,MAX22000 提供 ±10.5V 的线性范围和 ±12.5V 的满量程范围。可以通过配置适当的寄存器来实现其他范围。MAX22000 还提供一个标记为 CIO 的输出,配置为电压或电流输出,以及三个模拟输入(AI4、AI5 和 AI6),可配置为电压或电流输入。除了作为通用模拟输入的用途外,AI5 和 AI6 引脚还可以配置为低电压或高电压输入的差分可编程增益放大器(PGA),以支持 RTD 和热电偶测量。高性能滤波器允许 ADC 在选定的 ADC 数据速率下提供 50Hz/60Hz 正常模式拒绝。使用 AI5 和 AI6 引脚进行电流测量依赖于外部精密电阻器进行电流-电压转换。额外的 GPIO 引脚可以控制外部模拟开关,用于电流测量时的连接或断开电流感应电阻,该电流测量不使用差分传感器。此外,还使用了几个 

mikroBUS™ 引脚。连接到 mikroBUS™ 插座的 RST 引脚的主动低电平复位信号可以激活系统的硬件复位(所有寄存器回到上电默认状态,模拟输出变为高阻态,模拟输入停止供电,ADC 转换停止),而连接到 mikroBUS™ 插座的 INT 引脚代表标准中断功能,提供用户反馈信息。还有一个额外的数据准备中断,标记为 RDY,连接到 mikroBUS™ 插座的 AN 引脚上,用于在数据寄存器中有新的 ADC 转换结果可用时发出信号。此 Click board™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下操作。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水平转换。然而,该 Click board™ 配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

ADAC 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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

Data Ready
PA15
AN
Reset
PC12
RST
SPI Chip Select
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
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

ADAC 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 STM32G431RB 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 ADAC 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • adac2_set_active_ain_channel - 此函数设置活动的模拟输入通道。

  • adac2_read_voltage - 此函数读取上一次转换的原始 ADC 值,并将其转换为电压。

  • adac2_write_dac - 此函数通过向 AO_DATA_WR 寄存器写入数据设置模拟输出

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 ADAC 2 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of ADAC 2 Click board by setting the DAC output (CIO)
 * and reading the ADC results from a single-ended channel (AI4) and from a differential
 * channel (AI5+, AI6-) as well as toggling all GPIO pins.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration which enables
 * DAC voltage output, sets the analog input mode to single-ended for AI4 and 
 * differential (AI5+, AI6-), and enables all GPIOs as output.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the ADC results from a single-ended (AI4) and a differential (AI5+, AI6-) channels,
 * then sets the raw DAC output increasing the value by 10000 after each iteration, and toggles
 * all GPIO pins. The results will be displayed on the USB UART approximately once per second.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "adac2.h"

static adac2_t adac2;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    adac2_cfg_t adac2_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.
    adac2_cfg_setup( &adac2_cfg );
    ADAC2_MAP_MIKROBUS( adac2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == adac2_init( &adac2, &adac2_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( ADAC2_ERROR == adac2_default_cfg ( &adac2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    float voltage;
    if ( ADAC2_OK == adac2_set_active_ain_channel ( &adac2, ADAC2_CH_AI4_SINGLE_ENDED ) )
    {
        adac2_start_conversion ( &adac2, ADAC2_DATA_RATE_450_SPS );
        // Waits for the availability of the conversion result
        while ( adac2_get_rdy_pin ( &adac2 ) );
        adac2_stop_conversion ( &adac2 );
        if ( ADAC2_OK == adac2_read_voltage ( &adac2, ADAC2_FULL_SCALE_RANGE_12p5V, &voltage ) )
        {
            log_printf ( &logger, " Channel AI4 single-ended: %.2f V\r\n", voltage );
        }
    }
    if ( ADAC2_OK == adac2_set_active_ain_channel ( &adac2, ADAC2_CH_AI5_AI6_DIFFERENTIAL_25V ) )
    {
        adac2_start_conversion ( &adac2, ADAC2_DATA_RATE_450_SPS );
        // Waits for the availability of the conversion result
        while ( adac2_get_rdy_pin ( &adac2 ) );
        adac2_stop_conversion ( &adac2 );
        if ( ADAC2_OK == adac2_read_voltage ( &adac2, ADAC2_FULL_SCALE_RANGE_25V, &voltage ) )
        {
            log_printf ( &logger, " Channel AI5-AI6 differential: %.2f V\r\n", voltage );
        }
    }
    
    static int32_t dac = ADAC2_DAC_MIN_VALUE;
    if ( ADAC2_OK == adac2_write_dac ( &adac2, dac ) )
    {
        log_printf ( &logger, " DAC: %ld\r\n", dac );
        dac += 5000;
        if ( dac > ADAC2_DAC_MAX_VALUE )
        {
            dac = ADAC2_DAC_MIN_VALUE;
        }
    }
    
    uint32_t gpio_data;
    if ( ADAC2_OK == adac2_read_register ( &adac2, ADAC2_REG_GEN_GPIO_CTRL, &gpio_data ) )
    {
        gpio_data ^= ADAC2_GPIO_ALL_MASK;
        if ( ADAC2_OK == adac2_write_register ( &adac2, ADAC2_REG_GEN_GPIO_CTRL, gpio_data ) )
        {
            log_printf ( &logger, " GPIO: 0x%.2X\r\n\n", ( uint16_t ) ( gpio_data & ADAC2_GPIO_ALL_MASK ) );
        }
    }
    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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