如何對MAX14906進行編程四通道工業(yè)數字輸出、數字輸入
MAX14906為符合IEC 61131-2標準的高速、四通道工業(yè)數字輸出、數字輸入器件，可按通道配置為高邊（HS）開關、推挽（PP）驅動器、1、3型或2型數字輸入。SPI接口具有內置芯片尋址解碼器，允許利用具有公共片選（CS）的共享SPI與多個MAX14906器件通信。SPI接口為全局和每通道配置和診斷提供了靈活性，包括電源過壓和欠壓檢測、斷線或開路檢測、熱過載和電流限制報告等。
本應用筆記介紹了一系列功能，為MAX14906編程提供簡單且經過驗證的解決方案（圖1）。它們是用C#編寫的，應該很容易移植到任何常見的微控制器上。有關MAX14906引腳、工作模式、SPI命令和控制寄存器的詳細信息，請參考MAX14906數據資料。
圖1.MAX14906典型應用電路
MAX14906 SPI
MAX14906具有高速SPI串行接口，最大時鐘速率為10MHz。SPI 接口遵循時鐘極性 CPOL = 0（SCLK 空閑 = 0）和時鐘相位 CPHA = 0（上升沿/第一沿對數據進行采樣）。命令首先以最高有效位 （MSb） 計時。
MAX14906 SPI支持可尋址SPI，允許使用共享CS信號與多達14906個MAX1直接通信。地址引腳 A0 和 A1 用于配置器件地址。地址位 A0 和 A1 作為 SPI 讀寫命令的第一和第二位發(fā)送。器件監(jiān)視SPI命令，并在地址與A0和A<>引腳的狀態(tài)匹配時適當地響應SDO。
MAX14906 SPI支持單周期模式和突發(fā)模式。單周期模式一次讀取或寫入一個寄存器，而突發(fā)模式允許在一個SPI周期內讀取或寫入多個連續(xù)寄存器。
單周期SPI命令的長度為16位（8位指令+ 8位數據），禁用CRC，如果啟用CRC，則會增加8位，包括5位CRC和3個前導零。命令字節(jié)的2 MSB為器件地址位（A1和A0），允許4個MAX14906共享相同的片選（CS）引腳。對于單周期模式，BRST 位設置為 0。設備在SDO上發(fā)送的數據報告設備故障情況，如果是寫入命令，則報告每個通道的狀態(tài)，如果是讀取命令，則報告寄存器值。單周期讀寫圖如圖 2 至圖 5 所示。
圖2.SPI 單周期寫入命令，CRC 禁用。
圖3.SPI 單周期寫入命令，啟用 CRC。
圖4.SPI 單周期讀取命令，CRC 禁用。
圖5.SPI 單周期讀取命令，啟用 CRC。
突發(fā) SPI 命令使用一個 SPI 周期和一個寄存器地址寫入或讀取多個連續(xù)寄存器，并通過將 BRST 位設置為 1 來啟用。
突發(fā)寫入命令寫入 SetOUT 和 SetLED 寄存器，BRST = 1、R/W = 1 和 R[3：0] = 0。該命令包含兩個數據字節(jié)，一個用于配置 SetOUT 寄存器，另一個用于配置 SetLED 寄存器。如果未啟用 CRC，則 SCLK 周期數為 24，如果啟用 CRC，則 SCLK 周期數為 32。SPI突發(fā)寫入圖如圖6和圖7所示。
突發(fā)讀取命令從地址0x02到0x07（DoiLevel、Interrupt、OvrLdChF、OpnWirChF、ShtVDDChF 和 GlobalErr 寄存器）檢索六個連續(xù)診斷寄存器的數據，BRST = 1， R/W = 0， R[3：0] = 2。如果未啟用 CRC，則 SCLK 周期數為 56，如果啟用了 CRC，則 SCLK 周期數為 64。在突發(fā)讀取期間，SDI數據流中的數據位9至59可以是0或1，但如果啟用CRC，這些位用于計算CRC位。SPI突發(fā)讀取圖如圖8和圖9所示。
圖6.SPI 突發(fā)寫入命令，CRC 禁用。
圖7.SPI 突發(fā)寫入命令，已啟用 CRC。
圖8.SPI 突發(fā)讀取命令，CRC 已禁用。
圖9.SPI 突發(fā)讀取命令，已啟用 CRC。
有關SPI命令的更多詳細信息以及寄存器表和指令，請參考MAX14906數據資料。
MAX14906 - 代碼應用示例
MAX14906設計用于支持終端設備的工業(yè)應用，如可編程邏輯控制器（PLC），需要可配置的數字輸入（1/3型或2型）或數字輸出（高邊開關或推挽式驅動器）。典型應用電路支持4通道組隔離，采用單個MAX14483數字隔離器，如圖1所示。
源代碼
本應用筆記提供了C#源代碼示例，主要提供驅動器功能，用于訪問MAX14906中的多個寄存器，以實現配置、控制和診斷功能。所有軟件均使用MAX14906評估板進行實現和測試。本應用筆記中的功能用于MAX14906評估板軟件，用于處理MAX14906 SPI的基本讀寫命令。設計用于與MAX2232評估板硬件上的FT14906微控制器配合使用。本文檔不包括USB通信和低級FT2232功能。本文檔中也未包含圖形界面功能。
客戶應僅將本文檔中的功能用作參考，并根據其應用程序中的微控制器和硬件實現設計自己的固件/軟件。
單周期寫入
public void WriteRegister(int index)
{
if (index < 0 || index >= registers.Count) { return; }
byte register = 0x00;
byte[] txBuffer = new byte[2];
byte[] rxBuffer = new byte[2];
// Register Byte
register = 0x01;// Write
register |= (byte)(index << 1);// Register Address
register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address
txBuffer[0] = register;
// Data Byte
txBuffer[1] = registers[index].Value;
SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, 2);
// Store Fault Data
SDOFaults.SHTVDD = ((rxBuffer[0] & 0x20) >> 5);
SDOFaults.AbvVDD = ((rxBuffer[0] & 0x10) >> 4);
SDOFaults.OWOffF = ((rxBuffer[0] & 0x08) >> 3);
SDOFaults.OvrCurr = ((rxBuffer[0] & 0x04) >> 2);
SDOFaults.OvldF = ((rxBuffer[0] & 0x02) >> 1);
SDOFaults.GLOBLF = (rxBuffer[0] & 0x01);
SDOFaults.ChannelFaults = rxBuffer[1];
// If successful, clean up
registers[index].Modified = false;
}
單周期讀取
public void ReadRegister(int index) { if (index < 0 || index >= registers.Count) { return; } FTDI.FT_STATUS ftStatus; byte register = 0x00; byte[] txBuffer = new byte[2]; byte[] rxBuffer = new byte[2]; // Register Byte register = 0x00;// Read register |= (byte)(index << 1);// Register Address register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address txBuffer[0] = register; // Data Byte txBuffer[1] = 0x00; ftStatus = SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, 2); if (ftStatus == FTDI.FT_STATUS.FT_OK) { registers[index].Value = rxBuffer[1]; } // Store Fault Data SDOFaults.SHTVDD = ((rxBuffer[0] & 0x20) >> 5); SDOFaults.AbvVDD = ((rxBuffer[0] & 0x10) >> 4); SDOFaults.OWOffF = ((rxBuffer[0] & 0x08) >> 3); SDOFaults.OvrCurr = ((rxBuffer[0] & 0x04) >> 2); SDOFaults.OvldF = ((rxBuffer[0] & 0x02) >> 1); SDOFaults.GLOBLF = (rxBuffer[0] & 0x01); //SDOFaults.ChannelFaults = rxBuffer[1];// Not Valid, bc on read this is register data // If successful, clean up registers[index].Modified = false; }
突發(fā)寫入
public void BurstWriteRegisters(int startIndex, int endIndex)
{
// Typically always 0 and 1 only
if (endIndex < startIndex) { return; }
if (startIndex < 0) { return; }
if (endIndex >= registers.Count) { return; }
int byteCount = (endIndex - startIndex) + 2;
byte register = 0x00;
byte[] txBuffer = new byte[byteCount];
byte[] rxBuffer = new byte[byteCount];
// Register Byte
register = 0x01;// Write
register |= (byte)(startIndex << 1);// Register Address
register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address
register |= (byte)(0x01 << 5);// Burst
txBuffer[0] = register;
// Data Byte
for (int x = 0; x < (byteCount - 1); x++)
{
txBuffer[1 + x] = registers[startIndex + x].Value;
registers[startIndex + x].Modified = false;
}
SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, byteCount);
// Store Fault Data
SDOFaults.SHTVDD = ((rxBuffer[0] & 0x20) >> 5);
SDOFaults.AbvVDD = ((rxBuffer[0] & 0x10) >> 4);
SDOFaults.OWOffF = ((rxBuffer[0] & 0x08) >> 3);
SDOFaults.OvrCurr = ((rxBuffer[0] & 0x04) >> 2);
SDOFaults.OvldF = ((rxBuffer[0] & 0x02) >> 1);
SDOFaults.GLOBLF = (rxBuffer[0] & 0x01);
SDOFaults.ChannelFaults = rxBuffer[1];
}
突發(fā)讀取
public void BurstReadRegisters(int startIndex, int endIndex)
{
if (endIndex < startIndex) { return; }
if (startIndex < 0) { return; }
if (endIndex >= registers.Count) { return; }
FTDI.FT_STATUS ftStatus;
int byteCount = (endIndex - startIndex) + 2;
byte register = 0x00;
byte[] txBuffer = new byte[byteCount];
byte[] rxBuffer = new byte[byteCount];
// Register Byte
register = 0x00;// Read
register |= (byte)(startIndex << 1);// Register Address
register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address
register |= (byte)(0x01 << 5);// Burst
txBuffer[0] = register;
// Data Byte
for (int x = 0; x < (byteCount - 1); x++)
{
txBuffer[1 + x] = 0x00;
}
ftStatus = SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, byteCount);
if (ftStatus == FTDI.FT_STATUS.FT_OK)
{
for (int x = 0; x < (byteCount - 1); x++)
{
registers[startIndex + x].Value = rxBuffer[1 + x];
registers[startIndex + x].Modified = false;
}
}
// Store Fault Data
SDOFaults.SHTVDD = ((rxBuffer[0] & 0x20) >> 5);
SDOFaults.AbvVDD = ((rxBuffer[0] & 0x10) >> 4);
SDOFaults.OWOffF = ((rxBuffer[0] & 0x08) >> 3);
SDOFaults.OvrCurr = ((rxBuffer[0] & 0x04) >> 2);
SDOFaults.OvldF = ((rxBuffer[0] & 0x02) >> 1);
SDOFaults.GLOBLF = (rxBuffer[0] & 0x01);
}
CRC 計算
private CRC8 crc8 = new CRC8(0x15, 0x1F);
class CRC8
{
private readonly byte POLY = 0x00;
private readonly byte START_VALUE = 0x00;
public CRC8(byte poly, byte startValue = 0x00)
{
this.POLY = poly;
this.START_VALUE = startValue;
}
public byte ComputeChecksum3MSB(byte[] bytes)
{
byte remainder = START_VALUE;
byte min = 0;
for (int bite = 0; bite < bytes.Length; ++bite)
{
// For MAX14906 it does 8/16bits plus the 3 "0" MSBs of check byte
if (bite == (bytes.Length - 1)) { min = 5; }
for (byte bit = 8; bit > min; --bit)
{
remainder = (((bytes[bite] >> (bit - 1) & 0x01) ^ ((remainder >> 4) & 0x01)) > 0) ? (byte)((remainder << 1) ^ POLY) : (byte)(remainder << 1);
}
}
return (byte)(remainder & 0x1F);
}
}
為每個通道配置操作模式的示例
public void SendModeAndSetting(int channel, int mode, int setting)
{
if (channel < 1 || channel > 4) { return; }
if (mode < 0 || mode > 2) { return; }
if (((mode == 1) && (setting < 0 || setting > 4)) || ((mode == 0) && (setting < 0 || setting > 2)) || (mode == 2 && setting != 0)) { return; }
byte register = 0x00;
byte data = 0x00;
byte[] txBuffer = new byte[2];
byte[] rxBuffer = new byte[2];
if (mode == 0 || mode == 2)// Input or Low-leakage
{
////////////////////////////
// Reg 0x00:
///////////////////////////
// Register Byte
register = 0x01;// Write
register |= (0x00 << 1);// Register Address
register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address
txBuffer[0] = register;
// Data Byte
// Set current bit mode from FTDI
byte temp = 0x00;
// Remember bit logic for FTDI input/output inverted from MAX14906 Reg 0x00
temp = (byte)((~FTDI_ADBUS_MODE & 0x80) >> 7);// DIO1
data |= (byte)(temp << 4);
temp = (byte)((~FTDI_ACBUS_MODE & 0x01));// DIO2
data |= (byte)(temp << 5);
temp = (byte)((~FTDI_ACBUS_MODE & 0x02) >> 1);// DIO3
data |= (byte)(temp << 6);
temp = (byte)((~FTDI_ACBUS_MODE & 0x04) >> 2);// DIO4
data |= (byte)(temp << 7);
// New Mode to Set
temp = (byte)(0x01 << (channel + 3));
data = (mode == 0 || mode == 2) ? (byte)(temp | data) : (byte)(~temp & data);
txBuffer[1] = data;
SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, 2);
////////////////////////////
// Reg 0x0C:
///////////////////////////
// Register Byte
register = 0x00;// Read
register |= (0x0C << 1);// Register Address
register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address
txBuffer[0] = register;
// Get Current Data from Reg 0x0C
SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, 2);
temp = rxBuffer[1];
// Register Byte
register = 0x01;// Write
register |= (0x0C << 1);// Register Address
register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address
txBuffer[0] = register;
// Data Byte
data = (setting == 1) ? (byte)(temp | 0x80) : (byte)(temp & ~0x80);// Type 2 IEC Mode, Note this forces all DI to be in this mode
txBuffer[1] = data;
SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, 2);
////////////////////////////
// Reg 0x0D:
///////////////////////////
// Register Byte
register = 0x01;// Write
register |= (0x0D << 1);// Register Address
register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address
txBuffer[0] = register;
// Data Byte
data = (byte)(DO_Settings & ~(0x03 << (channel - 1) * 2));// Whether any setting (Normal, IEC 2, or Low-leakage) zero out both bits
if (mode == 2)// Low-leakage
{
data |= (byte)(0x02 << (channel - 1) * 2);// For Low-leakage DI must set PP
}
DO_Settings = data;
txBuffer[1] = data;
SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, 2);
}
else// Output
{
////////////////////////////
// Reg 0x00:
///////////////////////////
// Register Byte
register = 0x01;// Write
register |= (0x00 << 1);// Register Address
register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address
txBuffer[0] = register;
// Data Byte
// Set current bit mode from FTDI
byte temp = 0x00;
// Remember bit logic for FTDI input/output inverted from MAX14906 Reg 0x00
temp = (byte)((~FTDI_ADBUS_MODE & 0x80) >> 7);// DIO1
data |= (byte)(temp << 4);
temp = (byte)((~FTDI_ACBUS_MODE & 0x01));// DIO2
data |= (byte)(temp << 5);
temp = (byte)((~FTDI_ACBUS_MODE & 0x02) >> 1);// DIO3
data |= (byte)(temp << 6);
temp = (byte)((~FTDI_ACBUS_MODE & 0x04) >> 2);// DIO4
data |= (byte)(temp << 7);
// New Mode to Set
temp = (byte)(0x01 << (channel + 3));
data = (mode == 0) ? (byte)(temp | data) : (byte)(~temp & data);
txBuffer[1] = data;
SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, 2);
////////////////////////////
// Reg 0x0D:
///////////////////////////
// Register Byte
register = 0x01;// Write
register |= (0x0D << 1);// Register Address
register |= (byte)(Address << 6);// Chip Address
txBuffer[0] = register;
// Data Byte
data = (byte)(DO_Settings & ~(0x03 << (channel - 1) * 2));// Whether any setting (HS, HS 2x, PP clamp, PP low) zero out both bits
data |= (byte)(setting << (channel - 1) * 2);
DO_Settings = data;// Update settings
txBuffer[1] = data;
SPIWriteRead(txBuffer, ref rxBuffer, 2);
}
// Store Fault Data
SDOFaults.SHTVDD = ((rxBuffer[0] & 0x20) >> 5);
SDOFaults.AbvVDD = ((rxBuffer[0] & 0x10) >> 4);
SDOFaults.OWOffF = ((rxBuffer[0] & 0x08) >> 3);
SDOFaults.OvrCurr = ((rxBuffer[0] & 0x04) >> 2);
SDOFaults.OvldF = ((rxBuffer[0] & 0x02) >> 1);
SDOFaults.GLOBLF = (rxBuffer[0] & 0x01);
SDOFaults.ChannelFaults = rxBuffer[1];
}
結論
本應用筆記介紹了如何對MAX14906進行編程，以監(jiān)測輸入、驅動輸出和診斷故障條件。該代碼使用MAX14906EVKIT#進行測試。工程師可以使用本應用筆記中提到的C代碼示例，快速輕松地實現常用微控制器和MAX14906之間的接口。
審核編輯：郭婷
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