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为各种电池供电的应用创建可靠的供电解决方案,使用MCP1811A和STM32G474RE

永不停电

Single Cell Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Single Cell Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

适用于由碱性电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池或锂聚合物电池供电的应用,易于使用的电源解决方案。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Single Cell Click 基于 Microchip 的 MCP16251,这是一款紧凑、高效、固定频率、同步升压 DC-DC 转换器。该设备为由单节、两节或三节碱性电池、镍镉电池、镍氢电池、单节锂离子电池或锂聚合物电池供电的应用提供了一种易于使用的电源解决方案。低电压技术允许调节器在启动时无需高浪涌电流或输出电压过冲即可从低电压输入启动。通过集成低电阻 N 沟道升压开关和同步 P 沟道开关,实现了高效率。所有补偿和保护电路均集成在内,以最小化外部组件。MCP16251 与 MCP1811A 设备配对,后者是高电流需求但在睡眠期间需要超低功耗的新型超长寿命 LDO 应用的理想选择。Single Cell Click 上的 MCP16251 在启动后无负载运行时从电池消耗的电流小于 14µA。设备在关断 EN = LOW 时提供输入到输出的真正断开。关断时,它从电

池消耗的电流小于 0.6µA。Single Cell Click 设计为可在宽输入电压范围内运行,最低可达 0.35V,以适应多种输入源。在为设计选择主要电源解决方案时,必须仔细选择电池类型和负载电流需求。MCP16251 的启动电压通常为 0.82V(在 1mA 负载时),但这不作为 UVLO 启动阈值。设备在 0.82V 输入之前会消耗电流以偏置其内部电路。由于电压从零到超过 0.82V(例如能量收集),它不能在高阻抗源下启动或良好运行。启动电压是设备在闭环中开始开关并调节输出的点,这取决于负载和温度。电池有多种尺寸和化学成分,并且可以支持多种放电率。无论化学成分如何,大多数电池都有几个共同点。它们不应被放电至低于其指定的 FEP(功能终点或截止电压)。在此点以下,如果电池负载应用,则没有足够的能量提供电力,因为所有可用容量已被使用。对于

碱性电池,FEP 为 0.9V 或 0.8V。使用低于 FEP 的碱性电池会增加泄漏风险。碱性电池有一个例外:如果严格监控电池电压,则在单节应用中仅可将其放电至 0.5V。对于可充电镍氢电池,FEP 值通常为 1.0V – 1.1V。另一种情况是用一节可充电电池(如镍氢或镍镉电池)为升压电路供电。这些应用需要外部 MCU 监控电池电压或单独的 UVLO 电路以防止深度放电,这会导致电池永久损坏。在多节电池供电的应用中(例如,两节镍氢电池的典型电压为 2.4V),深度放电将导致其中一节电池由于电池电压不平衡而发生反极性充电,从而损坏相应的电池。该 Click board™ 只能在 3.3V 逻辑电压水平下运行。使用不同逻辑电平的 MCU 之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。然而,该 Click board™ 配备了一个库,包含功能和示例代码,可作为进一步开发的参考。

Single Cell 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

锂聚合物电池是那些既要求可靠、持久电源,又强调移动性的设备的理想解决方案。其与 mikromedia 板的兼容性确保了无需额外修改即可轻松集成。3.7V 的电压输出符合许多电子设备的标准要求。此外,2000mAh 的容量能够存储大量能量,提供长时间的持续电力。这一特性减少了频繁充电或更换的需要。总的来说,锂聚合物电池是一种可靠且独立的电源,非常适合需要稳定和持久能源解决方案的设备。您可以在我们的产品中找到更多种类的锂聚合物电池。

Single Cell Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
Enable
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
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

Single Cell 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

此库包含 Single Cell Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • singlecell_set_power_mode - 设置电源模式功能

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 Single Cell Click example
 * 
 * # Description
 * Demo application is used to shows basic controls Single Cell click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes GPIO and LOG structures,
 * set CS pin as output and start write log.
 * Initialization driver enable's - GPIO, also write log.
 * 
 * ## Application Task  
 * This is a example which demonstrates the use of Single Cell board.
 * This example shows the automatic control of the Single Cell click,
 * enable and disable power the regulator output on 10 sec. 
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "singlecell.h"

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

static singlecell_t singlecell;
static log_t logger;

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


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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    singlecell_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_printf(&logger, "---- Application Init ----\r\n");

    //  Click initialization.

    singlecell_cfg_setup( &cfg );
    SINGLECELL_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    singlecell_init( &singlecell, &cfg );
    singlecell_default_cfg ( &singlecell );
   
    log_printf(&logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf(&logger, "    Single Cell click    \r\n");
    log_printf(&logger, "-------------------------\r\n");

    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void )
{
    log_printf(&logger, "         Enable\r\n");
    singlecell_set_power_mode ( &singlecell, SINGLECELL_ENABLE );
    // 10 seconds delay
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    
    log_printf(&logger, "         Disable\r\n");
    singlecell_set_power_mode ( &singlecell, SINGLECELL_DISABLE );
    // 10 seconds delay
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    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

额外支持

资源

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