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亚德诺新闻
适合工业应用的鲁棒SPI/I2C通信(二)
发布时间:2022-06-06        浏览次数:163        返回列表

电路描述

因此对远程外设的SPI写请求是软件透明的但对远程外设的SPI读请求会产生一个字的延迟,这意味着读取命令需要扩展一个字。若不如此,则当片选取消置位时,LTC4332 MISO移位寄存器中的最后一个字会丢失。WORD_LENGTH寄存器(参见LTC4332数据手册中的寄存器映射)表示LTC4332上MISO信号路径中的移位寄存器的深度,决定了SPI控制器何时开始在MISO线上接收有效数据。例如,若WORD_LENGTH为8,则在CS置为有效后经过8个时钟周期,用户将开始接收有效MISO数据。

 

故障监控

LTC4331/LTC4332 link引脚表示通信链路的状态,驱动到低电平时表示远程I2C/SPI总线已加入本地I2C/SPI总线。

LTC4331/LTC4332支持中断信号,LTC4331上为alert 引脚,LTC4332上为INT 引脚。这些信号从远程总线镜像到本地总线。在远程端,中断引脚是输入,可以连接到相连I2C/SPI外设的中断输出。在本地端,alert/INT 用作开漏输出,可以连接到共享本地中断线。如果使能,本地LTC4331/LTC4332的控制接口将使用alert/INT 引脚报告链路和故障事件。本地侧alert/INT输出是远程alert/INT与内部端点中断信号的逻辑“与”结果。

本地侧LTC4331/LTC4332还可以通过让ON引脚保持低电平至少180ms来触发远程侧复位。如果链路断开,远程LTC4331/LTC4332会在180ms后自动复位。远程复位会禁用所有远程侧输出,直到重新建立链路通信。

 

ADI 技术文章图4 - 适合工业应用的鲁棒SPII2C通信

4./写故障监控寄存器的控制接口时序图

 

 

LTC4331/LTC4332控制接口

要配置LTC4331/LTC4332链路本地侧的控制接口,可使用单独的内部可寻址外设。通过配置引脚A1和A2,可为本地LTC4331的内部接口分配一个的I2C地址。LTC4332则提供了单独的片选引脚

ADI 技术文章图5 - 适合工业应用的鲁棒SPII2C通信

5.LTC4332(左侧)和LTC4331(右侧)的内部框图

LTC4331/LTC4332控制接口支持读取速度配置、链路状态和中断/警报状态,以及访问其他I2C/SPI特定选项。LTC4331可以配置为将I2C地址转换为远程外设,从而扩展I2C地址空间并防止地址冲突。LTC4332允许每个CS引脚使用独立的SPI模式配置,以及配置字长(用于确定所接收的数据延迟)。有关更多信息,请参阅LTC4331和LTC4332数据手册。

 

PCB尺寸

PCB设计中的元件密度增加会导致复杂的问题。为了编码SPI或I2C,通常需要额外的微控制器,这会增加解决方案成本和尺寸,但使用CN0564的话,远程侧无需额外的微控制器。这样可实现更小的传感器解决方案,其占用的PCB面积更小,从而降低制造总成本,并为其他元件留下更多空间以提供更多特性。

ADI 技术文章图6 - 适合工业应用的鲁棒SPII2C通信

6.LTC4331I2C扩展器LTC4332SPI扩展器的本地eval-CN0564-ARDZ节点和远程节点

 

扩展传感器接口功能 

更长传输距离的传感器接口传统上使用模拟信号技术,例如0-10V或4-20 mA。例如,在状态监控应用中,集成电子压电(IEPE)传感器接口是振动传感器最常用的信号标准。它为振动传感器提供恒定电流源,传感器输出电压通过相同线路读回。当传输交流信号内容时,这种双线系统可以简化系统设计,但不提供额外的故障监控或配置能力。

LTC4332/LTC4331则支持灵活的配置和处理,发生故障事件时可直接在数字输出传感器上轻松调试。

 

常见变化

当本地和远程地电位之差超过容许的±25V (LTC4332)或±15V (LTC4331)时,需要使用电气隔离。使用ADUM141E或ADUM140E之类的数字隔离器,可以将I2C/SPI信号与eval-CN0564-ARDZ上的本地LTC4331/ LTC4332进行电气隔离,如图7所示。

ADUM5020可为本地LTC4331/LTC4332提供高达100mA的隔离电源。

ADI 技术文章图7 - 适合工业应用的鲁棒SPII2C通信

7.包含对数据和电源信号进行电气隔离的框图

 

电路评估与测试

以下部分介绍CN0564如何设置和测试。eval-CN0564-ARDZ可以与Arduino或Arduino兼容设备配合使用,以利用eval-ADXL357Z读取加速度数据,从而轻松评估SPI (LTC4332)和I2C (LTC4331)扩展器。以下部分侧重于在eval-CN0564-ARDZ上设置SPI扩展器(本地和远程LTC4332)。

有关完整的设置详情,以及SPI和I2C扩展器(本地和远程LTC4331/LTC4332)上的设置说明,请访问eval-CN0564-ARDZ用户指南。

 

设备要求

► 带USB端口的PC

► eval-CN0564-ARDZ评估板

► eval-ADXL357评估板

► eval-XLMOUNT1

► Arduino UNO Rev 3

► USB A型转USB B型电缆

► 跳线

► 5V/3.3V电源

 

开始使用

1. 下载为评估eval-CN0564-ARDZ评估板上的SPI或I2C扩展器而提供的Arduino草图,并使用它对Arduino进行编程。

2. 将eval-CN0564-ARDZ板插入Arduino Uno Rev 3

3. 将eval-CN0564-ARDZ上的LTC4332(远程侧)连接到eval-ADXL357

4. 使用双绞线中的跳线将LTC4332(本地侧)连接到LTC4332(远程侧)

5. 跳线连接如下:

a. 正确放置P10跳线,使得P10上的引脚2和3在eval-CN0564-ARDZ上相连。这将选择5V电源选项。

b. JP1跳线应放置到位置D,以将本地LTC4332上的从器件/片选引脚连接到Arduino UNO Rev 3上的D10引脚。

c. JP5跳线应放置到位置A,以将本地LTC4332上的

ADI 技术文章图8 - 适合工业应用的鲁棒SPII2C通信

8.本地和远程LTC4332上的跳线配置

 

系统测试

将eval-ADXL357Z和远程LTC4332安装在eval-XLMOUNT1上,然后接通为电路板供电的电源。现在应能够在eval-CN0564-ARDZ板上看到3个LED闪烁(本地2个LED,远程侧1个LED)。完整系统框图参见图9。

MEMS加速度计(远程侧eval-ADXL357Z上)读取的X、Y和Z数据将显示在Arduino串行监视器上。退出Arduino串行监视器并运行Python Real Time ADXL357 Data Plotter可执行文件,查看加速度数据的实时图,如图10所示的图形。

X、Y和Z加速度(g)数据由python脚本存储在三个单独的文件中,可以在包含可执行文件的位置中找到。

 

电路评估与测试 

ADI 技术文章图9 - 适合工业应用的鲁棒SPII2C通信

9.采用ADXL357Arduino UNO Rev 3eval-CN0564-ARDZ系统测试设置

 

电路评估与测试

ADI 技术文章图10 - 适合工业应用的鲁棒SPII2C通信

10.加速度数据的实时图 

也可以获得图11所示的FFT分析,以使用所获得的X、Y和Z数据识别目标频率。FFT分析常用于监视旋转部件的健康状况。预测性维护(PdM)是智能行业的关键组成部分,其涉及在运行期间监控设备以检测潜在故障的预警迹象。有关如何分析状态监控(CbM)系统中的振动数据的更多信息,请参阅此文章。

ADI 技术文章图11 - 适合工业应用的鲁棒SPII2C通信

11.Z轴加速度数据的FFT分析

  

ESD警告

ESD(静电放电)敏感器件。带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。尽管本产品具有专利或专有保护电路,但在遇到高能量ESD时,器件可能会损坏。因此,应当采取适当的ESD防范措施,以避免器件性能下降或功能丧失。 
 

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