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使用PAC1921和STM32G431RB自信地进行电流监控

精准可靠的电源监控终极解决方案

PAC1921 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

PAC1921 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

体验我们的功率监测技术,为高侧电流测量而设计,确保您拥有所需的关键分析洞察力,达到新的精度水平。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

PAC1921 Click基于Microchip的PAC1921,这是一款高侧功率/电流监测器。测量是通过SENSE+和SENSE-引脚进行的,这些引脚被路由到用于连接负载的板载端子上。还在这两个引脚之间焊接了一个10mΩ的电流检测电阻。SENSE引脚对电压非常敏感,可以检测到跨电流检测电阻的电压高达100mV。PAC1921 IC的OUT引脚可用于输出模拟电压,该电压对应于所选的测量电气特性 - 电压、电流或功率。测量的全量程可以设置为1V、1.5V、2V和3V。IC的OUT引脚被路由到mikroBUS™的AN引脚,以便主机MCU可以立即读取测量信息,而不会出现串行通信常见的延迟。负载应该串联连接在PAC1921 click上,以便正极电源通过PAC1921 click的SENSE+端子、SENSE-端子,最后到达负载的正极。负载的负极(GND)连接到地。用于测量负载通过电流的电压降应不超过6A。当知道电流检测电阻的电压降和电阻时,可以轻松计算电流。所连接电源的电压在SENSE+引脚和GND之间测量。SENSE+和GND轨道之间的最大电压电平不应超过32V。在测量期间,这些值存储在适当的寄存器中,并用于

功率计算。PAC1921能够积分测量,以便计算平均值。积分可以在两种模式下进行:自由运行模式和引脚控制模式。通过将#READ/INT引脚拉到高电平可以启用引脚控制积分模式。此引脚被路由到mikroBUS™的INT引脚。在此模式下测量类型仅限于功率读数。当引脚保持在高逻辑电平或在进行2048次测量样本之前,PAC1921 IC将执行测量值的积分。积分结束后 - 在采取2048个样本后,或者在任何时刻将#READ/INT引脚拉到低逻辑电平以获得最小更新时间后,寄存器将被更新,并将计算值发送到OUT引脚的10位DAC。将#READ/INT引脚拉到低逻辑电平以获得最小更新时间将使设备进入读取模式,停止积分过程,并将值发送到OUT引脚的10位DAC。在自由运行积分模式下工作时,除了功率测量外,还可以测量电流和电压。自由运行积分时间取决于所选的测量模式、滤波、分辨率和样本数量,可选择的最大样本数为2048个。滤波可以提高信号质量,但会将积分时间增加50%。此外,当需要较少的积分时间时,应使用11位ADC转换,而不是14位,以降低精度为代价。当选择功率读取模式作为测量类型时,电压和电

流寄存器都将被更新,导致较长的积分时间。当设备保持在积分模式时,信息将在每个积分周期后存储在OUT引脚的DAC上。当设备进入读取模式时,积分被中断,收集到的数据被丢弃。设备也能够通过设置适当的寄存器进入读取模式。在积分测量值时,设备将选择的测量电气特性值放入累加器寄存器中。在积分周期结束时,此平均值将发送到OUT引脚的输出10位DAC,以便主机MCU读取。它也以寄存器的形式可用,以MSB/LSB的形式,并通过使用PAC1921数据表中的转换公式,可以直接将该值转换为电气特性的物理值 - 安培[A]、伏特[V]或瓦特[W]。PAC1921数据表中描述了所有所需的设置和配置寄存器,具体详细信息。此Click板库包含用于轻松设置设备寄存器和读取所选电气特性的测量的函数。提供的演示应用程序可用作自定义设计的起点或参考。PAC1921 click配有板载SMD跳线,标记为PWR SEL,可用于设置操作电压和I2C通信线的逻辑电平,以便3.3V和5V能力的MCU都可以与设备进行通信。通信线已经配备了上拉电阻,因此设备可以立即使用。

PAC1921 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

Analog Output
PA15
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

PAC1921 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PAC1921 Click驱动程序的API。

关键函数:

  • pac1921_write_to_reg - 此函数将数据写入指定的寄存器地址,并保存寄存器的状态,以便不会重复写入相同的值。

  • pac1921_get_measured_data - 此函数从PAC1921芯片收集电压/功率数据,并根据测量模式将这些原始值转换为更合适的形式。

  • pac1921_set_int_pin - 此函数在中断引脚上设置数字输出。

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 
 * \brief PAC1921 Click example
 * 
 * # Description
 * This example showcases how to measure voltage, current or power (load) data using the 
 * PAC1921 chip. Required modules are first initialized and after used to read and
 * display the measured data. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * This function initializes and configures the logger and click modules. Default settings
 * are written to three control/configuration registers in the default_cfg(...) function.
 * 
 * ## Application Task  
 * This function reads and displays voltage, current or power data from the chip, depending
 * on the specified measurement mode and sample count. It does so every half a second. 
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "pac1921.h"

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

static pac1921_t pac1921;
static log_t logger;

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

void application_init ( )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    pac1921_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.

    pac1921_cfg_setup( &cfg );
    PAC1921_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    pac1921_init( &pac1921, &cfg );
    Delay_ms( 100 );
    pac1921_default_cfg( &pac1921 );
    Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( )
{
    float read_data;

    read_data = pac1921_get_measured_data( &pac1921, PAC1921_MEASUREMENT_MODE_V_BUS_FREE_RUN,
                                                     PAC1921_SAMPLE_RATE_512 );

    if ( pac1921.aux.measurement_mode_old == PAC1921_MEASUREMENT_MODE_V_POWER_FREE_RUN )
    {
        log_printf( &logger, " * Power: %.2f W * \r\n", read_data );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, " * Voltage: %.2f mV * \r\n", read_data );
    }

    Delay_ms( 500 );
}

void main ( )
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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