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使用MAX3471和STM32G431RB在恶劣环境中确保无误且稳健的RS485数据传输

简化、优化、变革:数据通信的未来!

RS485 2 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

RS485 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

我们的解决方案无缝地将UART信号转换为RS485,为工业自动化系统提供更快、更可靠的数据通信。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

RS485 2 Click 基于 MAX3471,这是 Analog Devices 生产的 RS-422/485 半双工差分收发器,适用于电池供电系统。此 Click 设计用作物理层设备,通常称为 PHY,为 MCU TTL 级 UART 线与 RS422/485 总线提供物理接口。它非常适合使用屏蔽差分对传输小块数据到远距离,实现 TX 和 RX 信号的半双工异步通信。MAX3471 收发器由单独的驱动器和接收器部分组成,有驱动器启用和接收器启用引脚(#RE 和 DE),用于启用相应部分。驱动器部分用于将 UART RX 线(在 IC 上标记为 RO)接收到的信号驱动 RS422/485 总线,而接收器部分则将总线数据通过 UART TX 线(在 IC 上标记为 DI)返回给 MCU。RS422/485 标准只规定了发射器和接收器的电气特性,并未规定或推荐任何通信协议,只有物理层。可以使用顶层通信协议,如 MODBUS 或类似协议。因此,RS485 2 Click 提供 UART RX 和 TX 引脚,路由到相应的 mikroBUS™ TX 和 RX UART 引脚。这些引脚由 MCU 使用,以用户协议确定的形式将数据发送到 RS485 总线。额外的 DE 和 RE 引脚分别路由到 mikroBUS™ 的 CS 和 PWM 引脚。这些引脚在 Click 

board™ 上标记为 DE 和 RE,与 IC 本身相同。悬空时,使用上拉和下拉来确定这些引脚的状态。MAX3471 IC 允许数据速率高达 64kbps。通常,最大传输速度由总线长度决定:较长的总线线将导致较低的传输速度。RS485/422 总线需要在两端用等于使用电缆的特性阻抗的电阻终止,以防止线路反射。然而,MAX3471 IC 具有降低的驱动器输出斜率,导致速度较慢,但同时信号更为强健,能抵抗长线或连接存根(未终止的总线部分)出现的 EMI 和其他类型的干扰。这款 IC 也能在未终止的总线上工作,这在低速和低功耗系统中很常见。RS-485 标准规定,符合标准的驱动器必须能够驱动 32 个单元负载(UL),其中 1 个单元负载代表大约 12 kΩ 的负载阻抗。由于 MAX3471 IC 设备是 1/8 UL,单个驱动器可支持多达 256 个此类接收器。当 RS485/422 总线电压接近 2.5V 时,该设备能够驱动多达 8 个负载,这意味着它可以驱动多达 64 个接收器。随着总线电压的上升,可以添加更多的驱动器,以便在 5V 时,该设备可以驱动标准规定的设备数量。在 RS485/422 总线上,可能出现导致通过驱动器输出的电流增加的差分电压情况,这种

状态称为总线争用,通常出现在初始化、总线故障条件或多个节点同时激活其驱动器时。MAX3471 IC 提供驱动器输出保护,限制这种电流并防止对驱动器输出级造成损害。MAX3471 接收器采用输入滤波和输入滞回以增强噪声抑制,当差分信号的上升和下降时间非常慢时。MAX3471 IC 具有真正的失效安全接收器输入,保证在接收器输入开路、短路或连接到所有驱动器均已禁用的终止传输线时,接收器输出为逻辑高电平。板上有一个四极螺丝端子(VCC, RX, TX, GND)用于连接 RS422/485 总线双绞线电缆,以及 GND 和 VCC。跳线标记为 VCC SEL,用于将 Click board™ 的操作电压设置为 3.3V 或 5V。GND 和 VCC 轨道可用于为另一个节点提供电源。注意,VCC 端子直接路由到 mikroBUS™ 的 3.3V 或 5V 轨道,具体取决于 VCC SEL 跳线的位置。MikroElektronika 提供一个库,其中包含与 MikroElektronika 编译器兼容的函数,可用于操作 RS485 2 Click。库还包含一个示例应用程序,演示了它们的使用。这个示例应用程序可以作为自定义设计的参考。

RS485 2 Click top side image
RS485 2 Click bottom side 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

NC
NC
AN
NC
NC
RST
Driver Output Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Receiver Output Enable
PC8
PWM
NC
NC
INT
UART TX
PA3
TX
UART RX
PA2
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

RS485 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

这个库包含了RS485 2 Click驱动的API。

关键功能:

  • rs4852_generic_read - 通用读取功能。

  • rs4852_generic_write - 通用写入功能。

  • rs4852_set_de_pin - 设置DE(cs)引脚状态。

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 Rs4852 Click example
 * 
 * # Description
 * This example reads and processes data from RS485 2 clicks.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the driver and enables the selected mode.
 * 
 * ## Application Task  
 * Depending on the selected mode, it reads all the received data or sends the desired message
 * every 2 seconds.
 * 
 * ## Additional Function
 * - rs4852_process ( ) - The general process of collecting the received data.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "rs4852.h"
#include "string.h"

#define PROCESS_RX_BUFFER_SIZE 500

#define TEXT_TO_SEND "MikroE - RS485 2 click board\r\n"

// #define DEMO_APP_RECEIVER
#define DEMO_APP_TRANSMITTER

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

static rs4852_t rs4852;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------- ADDITIONAL FUNCTIONS

static void rs4852_process ( void )
{
    int32_t rsp_size;
    
    char uart_rx_buffer[ PROCESS_RX_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    uint8_t check_buf_cnt;
    
    rsp_size = rs4852_generic_read( &rs4852, uart_rx_buffer, PROCESS_RX_BUFFER_SIZE );

    if ( rsp_size > 0 )
    {  
        for ( uint8_t cnt = 0; cnt < rsp_size; cnt++ )
        {
            log_printf( &logger, "%c", uart_rx_buffer[ cnt ] );
            if ( uart_rx_buffer[ cnt ] == '\n' )
            {
                log_printf( &logger, "--------------------------------\r\n" );
            }
        }
    }
}

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    rs4852_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.

    rs4852_cfg_setup( &cfg );
    RS4852_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    rs4852_init( &rs4852, &cfg );
    Delay_ms( 100 );
    
#ifdef DEMO_APP_RECEIVER
    rs4852_set_re_pin( &rs4852, RS4852_ENABLE_RE );
    rs4852_set_de_pin( &rs4852, RS4852_DISABLE_DE );
    log_info( &logger, "---- Receiver mode ----" );
#endif    
#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
    rs4852_set_de_pin( &rs4852, RS4852_ENABLE_DE );
    rs4852_set_re_pin( &rs4852, RS4852_DISABLE_RE );
    log_info( &logger, "---- Transmitter mode ----" );
#endif    
    Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( void )
{
#ifdef DEMO_APP_RECEIVER
    rs4852_process( );
#endif    
    
#ifdef DEMO_APP_TRANSMITTER
    rs4852_generic_write( &rs4852, TEXT_TO_SEND, strlen( TEXT_TO_SEND ) );
    log_info( &logger, "---- Data sent ----" );
    Delay_ms( 2000 );
#endif   
}

void main ( void )
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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