RAK13004 WisBlock Interface Модуль расширения ШИМ

Расширение RAK13004 WisBlock Interface с 16 цифровыми портами для вывода данных, поддерживающих технологию широтно-импульсного модулирования (ШИМ) сигнала, относится к серии продуктов модульного конструирования WisBlock. Платформа ориентирована на разработку многоцелевых электронных IoT-приложений, совместимых с концепцией быстрой сборки готового решения из набора существующих узлов, с возможностью последующей лёгкой перекомпоновки аппаратной составляющей. Плата расширения WisBlock PWM Expander добавляет в платформу возможность взаимодействия со множеством простых или сложных электронных устройств, обладающих чувствительным к 3.3-вольтовому ШИМ-сигналу интерфейсом. Используемая в составе WisBLock-приложения, WisBlock RAK13004 плата расширения ШИМ позволяет реализовать решение с условно независимым друг от друга 16-канальным управлением внешними диммируемыми светодиодами, диммируемыми драйверами различного оборудования, цифровыми сервомоторами. Может служить средством регулировки уровня подсветки ЖК-дисплея или блока клавишного ввода информации, и так далее.

Платформа WisBlock поддерживает нескольких популярных технологий беспроводной связи LoRaWAN, WiFi или Bluetooth, представляющих способ двухстороннего обмена информацией между облачными серверами и конечными устройствами сбора данных в IoT-приложениях. Высокая эффективность системы WisBlock заключается в наличии инструмента экономии ресурсов электроэнергии приложения с автономным питанием. Потребляющие ток датчики, сенсоры, или модули расширения/интерфейсов способны программно включатся на время сбора/обработки данных.

Технические характеристики

• Питание: 3.3 В DC
• Потребление тока в режим
  • нагрузки: до 400 мА
  • простоя: до 10 мА
  • ожидания: 2.0 мкА
• ШИМ-контроллер: PCA9685 NXP
• Количество портов: 16
• Пропускной ток выхода
  • каскадное подключение: до 10 мА
  • подключение с открытым стоком: до 25 мА
• Частота модуляции импульса: 24 ~ 1526 Гц (252 уровня)
• Коэффициент заполнение импульса: 0 ~ 100 %
• Разрядность ШИМ: 12 бит (4096 значений)
• Интерфейс: I2C, до 400 кГц
• Аппаратный адрес: 0х40h, 7-битный
• Порт подключения: WisIO 40-pin
• Шаг штыревых контактов: 2.54 мм
• Температура эксплуатации: -40°С ~ 85°С
• Размеры: 35 х 25 мм

Модуль построен на микросхеме 16-канального драйвера PCA9685 NXP, имеющиеся выводы которого расположены на плате двумя группами по 10 штыревых контактов, с соответвующей каналу порядковой нумерацией, и промежуточным шагом 2.54 мм. Связь между процессорным модулем WisCore и RAK13004 организована через последовательную шину I2C/IIC (TWI) с фиксированным адресом устройства 0х40h.

Чип PCA9685 способен модулировать индивидуальный цифровой ШИМ-сигнал для каждого канала или одновременно для всех каналов, программно настраиваемый по нескольким ключевым параметрам: одинаковой для всех частотой импульсов, и индивидуально регулируемым коэффициентом заполнения импульса от 0 до 100%. Исходная частота 25 МГц интегрированного в чип кварцевого резонатора масштабируется 252-уровневым предделителем в диапозоне выходных 24 Гц - 1526 Гц.

Выводы PCA9685 имеют по два 12-разрядных таймера, принимающих значения от 0 до 4095. На этапе формирования ШИМ-импульса, таймеры позволяют устанавливать временные задержки перехода в высокое и задержки возврата в низкое логическое состояние относительно полного цикла, тем самым создавать прямоугольные формы с различной продолжительностью и фазовым сдвигом. Драйвер способен переназначать выводы на внутрисхемное подключение с открытым стоком (с отсутствием прямого электрического контакта) или с каскадным выходом (с подтягиванием к плюсу или минусу питания, push-pull), умеет инвертировать логические состояния выходов. В режиме сна, требующего последующей процедуры перезапуска со сбросом настроек управляющих регистров, таймеры многоканального ШИМ-контроллера перестают функционировать, управление выводами невозможно.

Низкоуровневый вход управления OE

Вход управления OE активен при низкоуровневом сигнале. Он позволяет синхронизировать работу всех ШИМ-выводов, одновременно включать их или выключать. В выключенном состоянии (не путать с режимом сна SLEEP), ШИМ-выводы могут принимать логическое высокоуровневое, логическое низкоуровневое, или высокоимпедансное состояние.

Примеры формирования ШИМ-импульсов

 

Назначение выводов модуля расширения ШИМ RAK13004 WisBlock Interface

 

Модуль WisInterface RAK13004 оснащён 40-контактным соединительным разъёмом WisConnector, совместимым со слотом WisIO базовой платы WisBlock Base. Интерфейс RAK13004 задействует следующие контакты:

• 3V3 — неуправляемое напряжение питания +3.3В, по-умолчанию отключено
• 3V3_S(IO2*) — напряжение питания +3.3В, программно контролируемое процессорным модулем WisCore
• GND — напряжение питания, общий (минусовой)
• I2C_SDA — сигнал данных шины I2C
• I2C_SCL — сигнал тактирования шины I2C
• OE (IO6*) — сигнал управления включением/отключением всех 16 ШИМ-портов, активный на низком уровне

* - cоответствие обозначению контактов ввода-вывода общего назначения (GPIO) процессорного модуля WisCore.

Эскиз монтажа

Модуль RAK13004 WisBlock PWM Expander Module разработан для установки в 40-контактный слот WisBlock IO, имеющийся в распоряжении полноразмерных базовых плат наподобие RAK5005-O. Правильное расположение платы приведено на изображении ниже, подключение с разворотом в противоположном направлении к коннектору "IO Slot" не предусмотрено в системе WisBlock.

Примечание. а) Рекомендуется винтовое крепление платы для надёжного соединения контактов WisBlock-разъёма, предотвращающее его расстыковку в условиях тряски или вибрации. б) Установку, извлечение, или замену одного модуля WisBlock на другой, следует выполнять после отключения питающего напряжения.

 

 

На лицевой стороне RAK13004 и прочих модулей WisBlock нанесена шелкографическая метка, которая указывает на область приложения механического усилия для безопасного извлечения модуля из разъёма базовой платы. Находится метка рядом с коннектором WisConnector.

Физические размеры, мм

 

Электрическая принципиальная схема модуля RAK13004 WisBlock Interface

 

Техническая документация

1. Спецификация ШИМ-контроллера PCA9685 NXP (англ., PDF, Datasheet)
2. Характеристики коннекторов FBB (.PNG)

Полезные ссылки

1. Руководство пользователя RAK13004 WisBlock PWM Expander Module
2. Пример программирования 16-канального ШИМ расширения RAK13004
3. Ардуино совместимая библиотека PCA9685 для модуля RAK13004
4. Репозиторий исходного кода WisBlock на сайте GitHub
5. Краткое руководство пользователя системы WisBlock
6. Руководство по дизайну индивидуальных сенсорных WisIO модулей