PmodPMON1

Moduł PmodPMON1 jest monitorem mocy składającym się z dwóch układów firmy Analog Devices: ADM119 i AD5112. Pierwszy układ to monitor prądu i napięcia z możliwością generacji alarmu po przekroczeniu zadanej wartości natężenia prądu, ustalanej poprzez napięcie podawane na pin SETV. Do tego celu służy drugi z układów – AD5112, będący potencjometrem cyfrowym o całkowitej rezystancji 5 kΩ i 64 pozycjach ślizgacza. Sposób połączenia obu układów przedstawiono na rysunku 4.

Fotografia 3. Moduł PmodPMON1

Rysunek 4. Połączenie układów ADM119 i AD512 w module PmodPMON1 (źródło: dokumentacja modułu PmodPMON1) 

Oba układy są podłączone do jednej magistrali I²C. Potencjometr jest widoczny pod adresem 0x2F, natomiast monitor ma adres konfigurowany za pomocą zworek JP1 i JP2. W przykładzie obie zworki są ustawione w pozycji 1, dzięki czemu ustawiony jest adres 0x30.

Połączenie z płytką KAmeleon

Moduł PmodPMON1 posiada 8-pinowe złącze Pmod I2C (J2) służące do komunikacji z obydwoma układami. Oprócz tego dostępne są: złącze J1, zawierające sygnały CONV (wyzwalanie konwersji) i ALERT (powiadomienie o przekroczeniu progu), a także J3 służące do podłączenie mierzonego układu. Do podłączenia modułu zostały wykorzystane dwa złącza na płytce KAmeleon, oznaczone jako: I2C KAmod Expander i ARDUINO CONNECTOR, zgodnie z tabelą 2.

Tabela 2. Sygnały PmodPMON1 oraz odpowiadające im piny złącz ARDUINO, I2C Expander oraz wyprowadzenia mikrokontrolera; w tabeli pominięto linie zasilania występujące na złączu Pmod

Kod przykładu

Kod do obsługi modułu PmodPMON1 znajduje się w plikach PmodPMON1.c oraz PmodPMON1.h i składa się z czterech funkcji. Pierwsze dwie zajmują się konfiguracją interfejsu I²C i wyprowadzeń mikrokontrolera. Fragment funkcji PmodPMON1_Config przedstawiono na listingu 6. Konfiguruje ona interfejs I²C oraz oba układy znajdujące się w module PmodPMON1. Komenda 0x05 przesyłana do układu ADM119 uruchamia ciągłą konwersję natężenia prądu oraz napięcia. Z kolei bajty 0x02 i 0x01 przesłane do potencjometru AD5112 ustawiają wartość rezystancji zgodnie z zależnością:

W równaniu tym wartość D jest równa drugiemu z bajtów (0x01), a wartości rezystancji R_AB i R_W wynoszą odpowiednio 5 kΩ i 70 Ω. Takie ustawienie potencjometru ustala napięcie ~89mV na wejściu SETV monitora ADM119, co z kolei powoduje generację alarmu po przekroczeniu natężenia prądu o wartości ~49mA ze względu na wartość rezystora pomiarowego (R2) wynoszącą 0,1 Ω i wzmocnienie napięciowe układu pomiarowego wynoszące 18.

Funkcja PmodPMON1_Config konfiguruje także dwa piny mikrokontrolera podłączone do sygnałów CONV (PF14) oraz ALERT (PF15). Pierwszy z nich jest ustawiany jako wyjście w stanie wysokim, co wymusza ciągłą konwersję. Drugi jest wejściem z przerwaniem wyzwalanym na obu zboczach sygnału.

Listing 6. Fragment funkcji konfigurującej interfejs I2C

void PmodPMON1_Config(void)
{
  ...
  pmodPmon1I2c.Instance = I2C2;
  pmodPmon1I2c.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  pmodPmon1I2c.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  pmodPmon1I2c.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  pmodPmon1I2c.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  pmodPmon1I2c.Init.OwnAddress1 = 0x01;
  // Set the I2C_TIMINGR register.
  pmodPmon1I2c.Init.Timing = 0x10563046;
  HAL_I2C_Init(&pmodPmon1I2c);
  PmodMON1_ClearAlarm();

  uint8_t monCommand = 0x05;
  HAL_I2C_Master_Transmit(&pmodPmon1I2c, PMODPMON1_MON_ADDRES, &monCommand, 1, 100);

  uint8_t potCommand[2] = {0x02, 0x01};
  HAL_I2C_Master_Transmit(&pmodPmon1I2c, PMODPMON1_POT_ADDRES, potCommand, 2, 100);
}

Druga z funkcji konfiguracyjnych – HAL_I2C_MspInit ustawia piny PF0 i PF1 w funkcji alternatywnej AF4 dla interfejsu I2C2. Zgodnie z konwencją biblioteki STM32Cube, jest ona wywoływana wewnątrz funkcji HAL_I2C_Init.

Odczyt i konwersja danych

Kolejną funkcją zaimplementowaną w pliku PmodPMON1.c jest PmodPMON1_GetMeasurements. Odczytuje ona trzy rejestry przechowujące ostatnio zmierzone wartości napięcia i natężenia prądu. Odczyty te są następnie konwertowane według zależności:

V_FULLSCALE, I_FULLSCALE i Sense Resistor wynoszą odpowiednio 26,52 V, 105,84 mV i 0,1Ω.

Ostatnia funkcja – PmodMON1_ClearAlarm, czyści flagę alarmu w układzie ADM119. Powoduje to zmianę stanu linii ALERT, chyba że próg alarmowy jest w dalszym ciągu przekroczony. Wówczas flaga jest ponownie ustawiania, a linia ALERT pozostaje w stanie aktywnym, czyli niskim.

Plik main.c implementuje dwie funkcje. HAL_GPIO_EXTI_Callback obsługuje przerwania od linii ALERT. Jeżeli alarm jest aktywny (stan niski), to zapalana jest dioda LED1 (PC7) i ustawiana jest programowa flaga alarmFlag. W przeciwnym razie dioda jest gaszona a flaga zerowana. W funkcji main wykonywana jest najpierw konfiguracja modułu PmodPMON1, a następnie w pętli sprawdzana jest flaga alarmFlag – jeżeli została ona ustawiona w przerwaniu, to jest wywoływana opisana wyżej funkcja zerująca alarm. Następnie odczytywane są wartości napięcia i natężenia prądu zmierzone przez układ ADM119 i wysyłane za pośrednictwem portu szeregowego LPUART1, widocznego na komputerze jako wirtualny port szeregowy. Przykładowy układ pomiarowy przedstawiono na fotografii 5.

Fotografia 5. Moduł PmodPMON1 podłączony do zestawu KAmeleon