Universeller I2C/SPI/UART I/O- & ADC-Expander

Ein bedeutendes internationales Unternehmen (dessen Name aufgrund einer Vertraulichkeitsvereinbarung nicht genannt werden darf) trat mit der Anfrage an uns heran, ein universelles Modul zu entwickeln, das die Ein- und Ausgabemöglichkeiten ihrer bestehenden und zukünftigen Steuerungseinheiten erweitert. Ziel war es, einen flexiblen Expander zu schaffen, der sich über gängige Kommunikationsschnittstellen – UART, SPI oder I2C – einfach in verschiedene Systeme integrieren lässt und zugleich präzise analoge Messungen ermöglicht.

Herausforderung

Unser Partner benötigte eine einheitliche und universelle Lösung, um mehrere unterschiedliche Varianten von I/O- und externen ADC-Modulen zu ersetzen, die sich in Funktionalität, Schnittstellen und Verfügbarkeit unterschieden. Diese Vielfalt erschwerte den Einkauf, die Integration und die langfristige Unterstützung der Geräte. Ziel des Projekts war es daher, alle erforderlichen Funktionen in einem einzigen universellen Modul zu vereinen, das ein breites Anwendungsspektrum abdeckt und gleichzeitig die Entwicklung sowie die Produktion der Endprodukte vereinfacht.

Unsere Lösung

Das Herzstück des Systems bildet ein STM32C051x6/x8-Mikrocontroller aus der ARM® Cortex®-M0+-Familie, der ein optimales Verhältnis zwischen Leistung, Stromverbrauch und Kosten bietet. Auf dieser Basis entwickelten wir eine umfassende Firmware, die den Betrieb des Expanders in einem der folgenden Kommunikationsmodi ermöglicht: I2C / SPI / UART.

Der Kommunikationsmodus wird hardwareseitig über einen Konfigurationspin ausgewählt, was die Nutzung derselben Hardware in unterschiedlichen Anwendungen ermöglicht – ohne Änderungen an der Firmware. Die Firmware wurde als universell und hoch konfigurierbar konzipiert, sodass sie in verschiedenen Gerätetypen ohne Anpassung eingesetzt werden kann. Zum System gehört außerdem ein integrierter Bootloader, der eine komfortable Firmware-Aktualisierung über die gewählte Schnittstelle (UART, SPI oder I2C) ermöglicht – ohne physischen Zugriff auf den Expander.

Konfigurierbare Funktionsblöcke

• Zwei 16-Bit-I/O-Peripherien (IOA und IOB) – jeder Pin ist einzeln als Eingang oder Ausgang konfigurierbar, mit optionalem Software-Filter, Pull-up/Pull-down-Widerständen und Interrupt-Maskierung

• 12-Bit-ADC-Modul – bis zu 8 unabhängige Messkanäle, interne Temperatur- und Spannungsmessung

• 64-Sample-Puffer – mit den Modi SINGLE, FIFO und LIFO für flexible Datenverarbeitung

• Timer, konfigurierbare Tiefpassfilter (LPF) und Vergleichsschwellen – mit der Möglichkeit, Interrupts bei Überschreitung festgelegter Grenzen zu erzeugen

• Interne RTC und Firmware-Versionsregistrierung zur Sicherstellung der Rückwärtskompatibilität

• Weitere Funktionen, die aufgrund der Vertraulichkeitsvereinbarung nicht offengelegt werden dürfen

Vorteile

Der neue Expander bietet eine universelle Lösung, die Entwicklung und Integration in verschiedene Produktreihen erheblich vereinfacht. Im Rahmen des Projekts lieferten wir zudem eine Firmware-Bibliothek, die die Integration in übergeordnete Systeme erleichtert und eine einfache Konfiguration sowie Steuerung des Expanders ermöglicht.

Darüber hinaus wurde eine vollständige technische Dokumentation bereitgestellt, einschließlich eines detaillierten Datenblatts, das Register, Kommunikationsprotokolle und die Interrupt-Logik beschreibt. Dadurch lässt sich das Gerät problemlos in übergeordnete Systeme integrieren – ohne direkte Unterstützung durch das ASN Plus-Team.

Schließen Sie sich den Kunden an, die uns vertrauen