如何對(duì)MAX14906進(jìn)行編程四通道工業(yè)數(shù)字輸出、數(shù)字輸入

MAX14906為符合IEC 61131-2標(biāo)準(zhǔn)的高速、四通道工業(yè)數(shù)字輸出、數(shù)字輸入器件，可按通道配置為高邊（HS）開(kāi)關(guān)、推挽（PP）驅(qū)動(dòng)器、1、3型或2型數(shù)字輸入。SPI接口具有內(nèi)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(gè)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(guò)壓和欠壓檢測(cè)、斷線或開(kāi)路檢測(cè)、熱過(guò)載和電流限制報(bào)告等。

本應(yīng)用筆記介紹了一系列功能，為MAX14906編程提供簡(jiǎn)單且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的解決方案（圖1）。它們是用C#編寫(xiě)的，應(yīng)該很容易移植到任何常見(jiàn)的微控制器上。有關(guān)MAX14906引腳、工作模式、SPI命令和控制寄存器的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考MAX14906數(shù)據(jù)資料。

圖1.MAX14906典型應(yīng)用電路

MAX14906 SPI

MAX14906具有高速SPI串行接口，最大時(shí)鐘速率為10MHz。SPI 接口遵循時(shí)鐘極性 CPOL = 0（SCLK 空閑 = 0）和時(shí)鐘相位 CPHA = 0（上升沿/第一沿對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣）。命令首先以最高有效位 （MSb） 計(jì)時(shí)。

MAX14906 SPI支持可尋址SPI，允許使用共享CS信號(hào)與多達(dá)14906個(gè)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(xiě)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(shí)適當(dāng)?shù)仨憫?yīng)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?qū)懭胍粋€(gè)寄存器，而突發(fā)模式允許在一個(gè)SPI周期內(nèi)讀取或?qū)懭攵鄠€(gè)連續(xù)寄存器。

單周期SPI命令的長(zhǎng)度為16位（8位指令+ 8位數(shù)據(jù)），禁用CRC，如果啟用CRC，則會(huì)增加8位，包括5位CRC和3個(gè)前導(dǎo)零。命令字節(jié)的2 MSB為器件地址位（A1和A0），允許4個(gè)MAX14906共享相同的片選（CS）引腳。對(duì)于單周期模式，BRST 位設(shè)置為 0。設(shè)備在SDO上發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)告設(shè)備故障情況，如果是寫(xiě)入命令，則報(bào)告每個(gè)通道的狀態(tài)，如果是讀取命令，則報(bào)告寄存器值。單周期讀寫(xiě)圖如圖 2 至圖 5 所示。

圖2.SPI 單周期寫(xiě)入命令，CRC 禁用。

圖3.SPI 單周期寫(xiě)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(gè) SPI 周期和一個(gè)寄存器地址寫(xiě)入或讀取多個(gè)連續(xù)寄存器，并通過(guò)將 BRST 位設(shè)置為 1 來(lái)啟用。

突發(fā)寫(xiě)入命令寫(xiě)入 SetOUT 和 SetLED 寄存器，BRST = 1、R/W = 1 和 R[3：0] = 0。該命令包含兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，一個(gè)用于配置 SetOUT 寄存器，另一個(gè)用于配置 SetLED 寄存器。如果未啟用 CRC，則 SCLK 周期數(shù)為 24，如果啟用 CRC，則 SCLK 周期數(shù)為 32。SPI突發(fā)寫(xiě)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(gè)連續(xù)診斷寄存器的數(shù)據(jù)，BRST = 1， R/W = 0， R[3：0] = 2。如果未啟用 CRC，則 SCLK 周期數(shù)為 56，如果啟用了 CRC，則 SCLK 周期數(shù)為 64。在突發(fā)讀取期間，SDI數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)位9至59可以是0或1，但如果啟用CRC，這些位用于計(jì)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(xiě)入命令，CRC 禁用。

圖7.SPI 突發(fā)寫(xiě)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(guān)SPI命令的更多詳細(xì)信息以及寄存器表和指令，請(qǐng)參考MAX14906數(shù)據(jù)資料。

MAX14906 - 代碼應(yīng)用示例

MAX14906設(shè)計(jì)用于支持終端設(shè)備的工業(yè)應(yīng)用，如可編程邏輯控制器（PLC），需要可配置的數(shù)字輸入（1/3型或2型）或數(shù)字輸出（高邊開(kāi)關(guān)或推挽式驅(qū)動(dòng)器）。典型應(yīng)用電路支持4通道組隔離，采用單個(gè)MAX14483數(shù)字隔離器，如圖1所示。

源代碼

本應(yīng)用筆記提供了C#源代碼示例，主要提供驅(qū)動(dòng)器功能，用于訪問(wèn)MAX14906中的多個(gè)寄存器，以實(shí)現(xiàn)配置、控制和診斷功能。所有軟件均使用MAX14906評(píng)估板進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和測(cè)試。本應(yīng)用筆記中的功能用于MAX14906評(píng)估板軟件，用于處理MAX14906 SPI的基本讀寫(xiě)命令。設(shè)計(jì)用于與MAX2232評(píng)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(jí)FT2232功能。本文檔中也未包含圖形界面功能。

客戶(hù)應(yīng)僅將本文檔中的功能用作參考，并根據(jù)其應(yīng)用程序中的微控制器和硬件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自己的固件/軟件。

單周期寫(xiě)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(xiě)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(jì)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(gè)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(jié)論

本應(yīng)用筆記介紹了如何對(duì)MAX14906進(jìn)行編程，以監(jiān)測(cè)輸入、驅(qū)動(dòng)輸出和診斷故障條件。該代碼使用MAX14906EVKIT#進(jìn)行測(cè)試。工程師可以使用本應(yīng)用筆記中提到的C代碼示例，快速輕松地實(shí)現(xiàn)常用微控制器和MAX14906之間的接口。

審核編輯：郭婷