探索NAFE13388 - UIM 8通道通用輸入AFE擴(kuò)展板：高精度測量新選擇

在電子工程師的日常工作中，尋找一款能夠滿足高精度測量需求、具備良好兼容性與擴(kuò)展性的模擬前端（AFE）擴(kuò)展板至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一款來自恩智浦半導(dǎo)體（NXP）的優(yōu)秀產(chǎn)品——NAFE13388 - UIM 8通道通用輸入AFE擴(kuò)展板。

文件下載：NXP Semiconductors NAFE13388-UIM 8通道AFE Arduino擴(kuò)展板.pdf

一、產(chǎn)品概述

NAFE13388 - UIM擴(kuò)展板屬于高度可配置的工業(yè)級(jí)多通道模擬輸入AFE（AI - AFE）系列產(chǎn)品。它由低泄漏高壓多路復(fù)用器、低失調(diào)漂移緩沖器、低噪聲和低漂移可編程增益放大器（PGA）、精密24位sigma - delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以及低漂移電壓基準(zhǔn)等部分組成。同時(shí)，該系列還集成了用于電磁兼容性（EMC）和錯(cuò)誤接線場景的輸入保護(hù)電路，以及用于輸入、開路、短路和阻抗檢測的診斷電路。更為出色的是，它具備先進(jìn)的診斷電路，可實(shí)現(xiàn)通道回讀、輸出電壓或電流偏置電路功能，兩個(gè)精確的參考電壓源還能實(shí)現(xiàn)端到端系統(tǒng)自校準(zhǔn)和高級(jí)異常檢測，為預(yù)測性維護(hù)提供有力支持。

這款擴(kuò)展板能夠快速評(píng)估AFE性能，并且與帶有Arduino連接器的MCU板實(shí)現(xiàn)即插即用兼容。用戶可以通過圖形界面輕松探索驅(qū)動(dòng)程序的不同功能，IC通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPI總線端口與主機(jī)通信，評(píng)估軟件可在Microsoft Windows 7、8和10 PC平臺(tái)上運(yùn)行。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

1. 緊湊設(shè)計(jì)

• 尺寸小巧：僅89 mm x 50 mm的尺寸，在有限的空間內(nèi)也能輕松布局。
• 兼容性強(qiáng)：配備Arduino UNO連接器，可連接到任何恩智浦FRDM MCU平臺(tái)，并且與FRDM兼容，方便工程師進(jìn)行快速開發(fā)和測試。

2. 增強(qiáng)模擬傳感能力

• 多類型測量：擁有八個(gè)軟件可配置的模擬輸入通道，能夠測量電壓、電流、熱電阻（RTD）和熱電偶等多種信號(hào)，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
• 冷端補(bǔ)償：嵌入式RTD可用于冷端補(bǔ)償，提高測量精度。
• 電流檢測電阻控制：通過GPIO控制電流檢測電阻，增加了設(shè)計(jì)的靈活性。

3. 先進(jìn)模擬特性

• 激勵(lì)源多樣：提供電壓或電流激勵(lì)源，為測量提供更多選擇。
• 校準(zhǔn)支持：支持工廠和用戶校準(zhǔn)，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 診斷與異常檢測：具備先進(jìn)的診斷和異常檢測功能，幫助工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題。

4. 即插即用體驗(yàn)

• 驅(qū)動(dòng)程序包：提供Open - CMSIS驅(qū)動(dòng)程序包，簡化開發(fā)過程。
• 圖形用戶界面：NAFE GUI讓用戶可以直觀地配置和監(jiān)控?cái)U(kuò)展板的運(yùn)行狀態(tài)。
• 代碼示例：豐富的代碼示例為開發(fā)者提供了參考，加速項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)程。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

該擴(kuò)展板適用于多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，包括可編程邏輯控制器（PLC）或遠(yuǎn)程I/O、數(shù)據(jù)采集工業(yè)儀器以及伺服控制等。在這些應(yīng)用中，高精度的模擬輸入測量是保證系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，NAFE13388 - UIM擴(kuò)展板正好能夠滿足這一需求。

五、準(zhǔn)備工作

1. 評(píng)估套件組件

評(píng)估套件中包含已組裝和測試好的NAFE13388 - UIM擴(kuò)展板（裝在防靜電袋中）以及備用跳線。需要注意的是，若要運(yùn)行MCUXpresso示例代碼或GUI，還需要FRDM - MCXN947評(píng)估板，可通過鏈接（https://www.nxp.com/FRDM - MCXN947）進(jìn)行訂購。

2. Windows PC工作站

該評(píng)估板需要運(yùn)行在安裝有Windows 7、Windows 8或Windows 10操作系統(tǒng)的USB啟用計(jì)算機(jī)上，滿足這些最低規(guī)格要求，在使用評(píng)估板時(shí)將獲得良好的效果。

3. 電源要求

為NAFE13388 - UIM擴(kuò)展板供電時(shí)，需將15 V直流電源適配器連接到擴(kuò)展板的直流電源插孔（J7）。同時(shí)，使用Type - C電纜將USB端口J2（在三個(gè)USB端口J1、J2和J3中選擇）連接到FRDM MCXN - 947評(píng)估板，為其供電。

六、硬件了解

1. 板卡特性

• 完整評(píng)估平臺(tái)：為NAFE13388提供了一個(gè)完整的評(píng)估環(huán)境。
• 可配置輸入：八個(gè)輸入軟件可配置的AI - AFE，滿足不同的測量需求。
• 易用軟件：基于GUI的軟件能夠展示AI - AFE系列代表性產(chǎn)品NAFE11388和NAFE13388的功能，具體取決于板上安裝的部件。
• 外部供電：可使用外部電源為擴(kuò)展板供電，增加了使用的靈活性。
• 測試點(diǎn)方便：設(shè)有方便的測試點(diǎn)，便于使用示波器進(jìn)行測量和信號(hào)訪問。
• USB接口：通過USB接口與主機(jī)PC連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2. 框圖

通過框圖可以清晰地看到擴(kuò)展板的各個(gè)組成部分及其連接關(guān)系，有助于工程師理解其工作原理。

3. 套件特色組件

4. 跳線設(shè)置

5. 原理圖、板卡布局和物料清單

這些重要的設(shè)計(jì)資料可在（http://www.nxp.com/NAFE13388 - UIM）上獲取，方便工程師進(jìn)行深入的硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試。

七、硬件配置

1. 基本連接

要評(píng)估完整的解決方案，需要將NAFE13388 - UIM擴(kuò)展板與FRDM MCXN - 947評(píng)估板配合使用。具體連接步驟如下：

• 使用Arduino連接器將NAFE13388 - UIM擴(kuò)展板牢固地連接到FRDM MCXN - 947評(píng)估板。
• 將NAFE13388 - UIM擴(kuò)展板底部的J1、J2、J3和J4公連接器滑入FRDM MCX - N 947評(píng)估板上相應(yīng)的母連接器中。
• 將直流電源適配器連接到NAFE13388 - UIM擴(kuò)展板的直流電源插孔（J7），由于肖特基二極管的反向極性保護(hù)，會(huì)有大約0.4 V的壓降。
• 使用USB轉(zhuǎn)Type - C電纜將PC的USB端口連接到FRDM MCXN - 947評(píng)估板。

2. 搭配MCUXpresso SDK使用

軟件下載與安裝

需要下載并安裝以下軟件：

• IoT Sensing SDK（ISSDK）v1.8，作為MCUXpresso SDK中支持平臺(tái)的中間件。
• MCUXpresso IDE v11.9.0
• Tera Term 5.3
• GitHub

擴(kuò)展板應(yīng)用

應(yīng)用代碼中心提供了示例代碼以及關(guān)于評(píng)估NAFE13388 - UIM擴(kuò)展板的硬件和軟件步驟的詳細(xì)概述。具體應(yīng)用包括：

• 電壓傳感SCSR
• 電壓傳感MCMR
• 電流傳感SCSR
• 兩線RTD SCCR
• 四線RTD SCCR
• 重量秤SCCR

示例項(xiàng)目構(gòu)建步驟

• 打開MCUXpresso IDE，點(diǎn)擊“Import from Application Code Hub”。
• 在搜索欄中輸入“NAFE13388 - UIM”。
• 點(diǎn)擊“NAFE13388 - UIM Industrial Applications”。
• 點(diǎn)擊“Visit on Github”。
• 打開命令提示符，設(shè)置當(dāng)前目錄位置，復(fù)制代碼鏈接。
• 使用命令“git clone ”克隆Git倉庫。
• 打開MCUXpresso IDE，選擇“Import project from file system”，在面板左側(cè)將看到5個(gè)項(xiàng)目。
• 依次點(diǎn)擊每個(gè)項(xiàng)目，右鍵選擇“Build Project”。
• 使用GUI閃存工具下載固件（.axf文件）。
• 按照應(yīng)用代碼中心“readme文件”中的說明執(zhí)行示例代碼。

八、修訂歷史

該用戶手冊(cè)的當(dāng)前版本為v1.0，發(fā)布日期為2024年11月22日。隨著產(chǎn)品的不斷發(fā)展和改進(jìn)，后續(xù)可能會(huì)有更多的更新和優(yōu)化。

九、總結(jié)

NAFE13388 - UIM 8通道通用輸入AFE擴(kuò)展板憑借其豐富的功能、出色的性能和良好的兼容性，為電子工程師在高精度模擬輸入測量領(lǐng)域提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無論是在工業(yè)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集還是其他相關(guān)領(lǐng)域，它都能夠發(fā)揮重要作用。希望通過本文的介紹，能讓大家對(duì)這款擴(kuò)展板有更深入的了解，在實(shí)際項(xiàng)目中更好地應(yīng)用它。你在使用類似擴(kuò)展板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。