探索PCA8561AHN-ARD評估板：功能、配置與應用全解析
探索PCA8561AHN-ARD評估板：功能、配置與應用全解析
在電子設計領域，評估板是工程師們進行產品測試和開發的重要工具。今天，我們就來深入了解一下NXP Semiconductors推出的PCA8561AHN-ARD評估板，它在汽車18x4 LCD段驅動測試方面有著出色的表現。
文件下載：NXP Semiconductors PCA8561AHN-ARD LCD驅動器Arduino擴展板.pdf
評估板概述
PCA8561AHN-ARD評估板是一款配備Arduino端口的子卡，主要用于對PCA8561 IC（汽車18x4 LCD段驅動器）進行便捷的測試和設計。該評估板完全兼容IMXRT1050 EVK、LPCXpresso55S69（LPC55S69 - ECK）和i.MX 8M Mini LPDDR4 EVK等主板，還提供了GUI軟件控制功能。而且，它可以連接到任何配備Arduino端口的設備上，為工程師們提供了極大的便利。
資源獲取與社區交流
NXP Semiconductors在其官方網站http://www.nxp.com上提供了評估板及其支持設備的在線資源。PCA8561AHN - ARD評估板的信息頁面為http://www.nxp.com/PCA8561AHN - ARD ，這里提供了評估板的概述信息、文檔、軟件和工具、參數、訂購信息以及入門指南等內容。同時，NXP社區（http://community.nxp.com ）也是一個很好的交流平臺，工程師們可以在這里分享想法和技巧，提問并解答技術問題，獲取關于嵌入式設計主題的各種建議。
準備工作
套件內容
- 裝在防靜電袋中的已組裝和測試好的評估板
- 快速入門指南
前提條件
雖然熟悉I2C總線會有所幫助，但這并非必需條件。
靜電處理要求
該設備對靜電放電（ESD）敏感，在運輸和處理過程中，一定要使用接地帶或觸摸PC機箱等接地源，以避免靜電對設備造成損壞。
最低系統要求
- 安裝Windows 10系統的計算機
- 一個USB端口（兼容3.0、2.0或1.1）
- 以下三款EVK板之一：MIMXRT1050 - EVK、LPC55S69 - EVK、8MMINILPD4 - EVK，并配備相關的固件/GUI軟件
- 如果EVK套件中未包含，還需要用于PC和EVK板之間電源和數據連接的USB電纜
硬件詳解
評估板特點
- 配備Arduino Uno R3端口，可直接與Arduino設備連接
- 板載復位開關
- 用于I2C地址設置的板載跳線
- 完全兼容IMXRT1050 EVK板、LPCXpresso55S69開發板和i.MX Mini LPDDR4 EVK板，并支持Windows 10的GUI軟件
需要注意的是，在使用i.MX Mini LPDDR4 EVK板時，需要在EVK和PCA8561AHN - ARD子板之間使用IMX8MMINI - IARD轉接板。
主要組件
評估板的主要組件在圖中都有明確標識，Arduino端口連接器（J1、J4、J5、J6）位于板的底部。
原理圖
PCA8561AHN - ARD的原理圖可在URL：http://www.nxp.com/PCA8561AHN - ARD獲取。
Arduino端口
| J1、J4、J5和J6是Arduino Uno R3連接器的匹配引腳頭，具有相同的電氣功能。評估板子卡僅使用四條信號線，具體的引腳圖表和電路中使用的線路如下表所示： | Ref Des | # | Arduino label | PCA8561AHN-ARD function |
|---|---|---|---|---|
| J6 (Power) | 1 | NC | Not used | |
| 2 | IOREF | Not used | ||
| 3 | RESET | Not used | ||
| 4 | 3.3V | Not used | ||
| 5 | 5V | Power supply | ||
| 6 | GND | Power supply return | ||
| 7 | GND | Power supply return | ||
| 8 | Vin | Not used | ||
| J1(analog,digital,"c) | 1 | A0 | Not used | |
| 2 | A1 | Not used | ||
| 3 | A2 | Not used | ||
| 4 | A3 | Not used | ||
| 5 | A4/SDA | C-SDA | ||
| 6 | A5/SCL | C-SCL | ||
| J5(digital, UART, PWM) | 1 | DO/RX | RST | |
| 2 | D1/TX | CLK_CONN | ||
| 3 | D2 | Not used | ||
| 4 | D3/PWM | Not used | ||
| 5 | D4 | Not used | ||
| 6 | D5/PWM | Not used | ||
| 7 | D6/PWM | Not used | ||
| 8 | D7 | Not used | ||
| J4 (mixed) | 1 | D8 | Not used | |
| 2 | D9/PWM | Not used | ||
| 3 | D10/SS/PWM | Not used | ||
| 4 | D11/MOSI/PWM | Not used | ||
| 5 | D12/MISO | Not used | ||
| 6 | D13/SCK | Not used | ||
| 7 | GND | Power supply return | ||
| 8 | AREF | Not used | ||
| 9 | A4/SDA | Not used | ||
| 10 | A5/SCL | Not used |
電路通過J6和J4從Arduino端口獲取電源，J6的4號引腳為3.3V電源，5號引腳為5V電源，J6的6、7號引腳和J4的7號引腳為電源返回（接地）。
LCD驅動
PCA8561AHN - ARD的LCD驅動和顯示部分如圖所示。被測設備（U1）通過I2C總線（Arduino連接器J1的A5/SCL和A4/SDA）進行控制，PCA8561AHN的I2C端口中，8號引腳為SCL，9號引腳為SDA，R15和R16是I2C上拉電阻。復位輸入（U1的5號引腳）可以通過按下板載開關SW1在本地激活，也可以通過Arduino端口（連接器J5的1號引腳）從GUI軟件遠程激活。PCA8561 IC有一個內部時鐘，也可以使用外部時鐘。當使用內部時鐘時，被測設備（U1）的CLK引腳（7號引腳）可配置為輸出以提供時鐘信號，此時應移除跳線頭J10；當使用外部時鐘時，應安裝J10，并將U1配置為使用外部時鐘。PCA8561驅動“DE301 - RS - 20/6.35” LCD顯示屏（U2），該顯示屏有八個字符顯示，但驅動僅控制四個（最高有效）字符。
電源供應
評估板的電源供應部分如圖所示，它由Arduino端口提供3.3V和5V電源。LED D1是3.3V電源指示燈（VCC_3V3_MAIN電源網絡），LED D3和D2是5V電源指示燈（VCC_5V_MAIN電源網絡）。晶體管Q1和Q2確保LCD驅動器所需的上電和下電順序，具體可參考PCA8561數據手冊中的電源序列部分。
跳線和測試點
| 評估板包含四個跳線和多個測試點，具體的跳線位置和默認配置以及測試點信息如下表所示： | Ref Des | Label | Default | Description |
|---|---|---|---|---|
| J7 | A0 | 2-3 | 1-2:A0=1；2-3:A0=0 | |
| J8 | A1 | 2-3 | 1-2:A1=1；2-3:A1=0 | |
| J9 | PORE | 1-2 | 1-2:Power on Reset Enable；2-3:Power on Reset Disable | |
| J10 | EXT CLK | OFF | OFF: Internal clock；ON(1-2):External clock |
| Ref Des | Test point / jumper label | Description |
|---|---|---|
| TP1 | SCL | Ic SCL line |
| TP2 | SDA | IC SDA line |
| TP3 | RST | Reset |
| TP4 | CLK | Clock |
| TP5 | 3V3 | VCC_3V3 rail(Arduino port) |
| TP6 | 5V0 | VCC_5V0 rail(Arduino port) |
| TP7 | 3V3 MAIN | VCC_3V3_MAIN rail |
| TP9 | GND | Ground |
| TP10 | GND | Ground |
| TP11 | 5VO_MAIN | VCC_5VO_MAIN rail |
軟件工具安裝與配置
PCA8561AHN - ARD評估板設計為與配備Arduino端口的主板配合使用，它完全兼容IMXRT1050 EVK板、LPCXpresso55S69開發板和i.MX 8M Mini LPDDR4 EVK板。在開始使用之前，需要從NXP公司網站（www.nxp.com/）下載相應的固件包對EVK主板進行編程。此外，還可以從NXP網站下載一個GUI應用程序（Windows 10平臺），通過上述任何一款EVK板實現對PCA8561AHN - ARD子板的快速測試和操作。具體的安裝步驟可參考從NXP網站下載的EVK_Firmware_And_GUI_Install_Guide_For_Arduino_Boards.pdf說明文件。安裝完成軟件后，首先要選擇正確的EVK - PCA8561AHN - ARD子卡組合，然后就可以通過GUI界面控制評估板了。
硬件配置
與IMXRT1050 EVK板配合使用
使用PCA8561AHN - ARD子板與IMXRT1050 EVK板配合時，需要以下硬件：
- 一塊IMXRT1050 - EVK板
- 一塊PCA8561AHN - ARD子板
- 一根USB - A / USB Micro - B電纜
- 一臺運行Windows 10操作系統的PC
IMXRT1050 EVK主板可以通過以下三種方式供電：
- 將外部5VDC電源連接到板上的桶形電源連接器（J2）
- 將USB電纜從PC連接到板上的Micro - B USB連接器（J9）
- 將USB電纜從PC連接到板上的USB連接器（J28），此時USB端口還可同時作為調試接口
配置硬件和工作站的步驟如下：
- 配置EVK的合適電源配置（J1）。如果使用J28供電，J1跳線應置于5 - 6位置；如果使用外部電源（連接到J2），跳線J1應置于1 - 2位置。
- 將PCA8561AHN - ARD子卡插入EVK的Arduino連接器。
- 使用USB連接器J28將EVK板連接到計算機的USB端口。
- 安裝IMXRT1050目標固件（從NXP網站下載，并參考UM11581，Arduino shields GUI and firmware installation manual獲取詳細步驟）。
- 安裝GUI應用程序（參考UM11581）。
- 打開GUI應用程序，從PC操作設備。關于GUI操作的詳細信息，請參考“GUI描述”部分。
與LPCXpresso55S69開發板配合使用
使用PCA8561AHN - ARD子板與LPCXpresso55S69開發板配合時，所需硬件如下：
- 一塊LPCXpresso55S69 EVK板
- 一塊PCA8561AHN - ARD子板
- 一根USB - A / USB Micro - B電纜
- 一臺運行Windows 10操作系統的PC
LPCXpresso55S69開發板配備了四個USB Micro - B連接器（P5、P6、P9和P10），可以通過任何USB端口供電。使用P6 USB連接器將板連接到PC可以簡化啟動操作，因為P6專門用于調試，USB電纜可以同時實現為板供電和作為數據鏈路的功能。
配置和操作步驟如下：
- 將PCA8561AHN - ARD子卡插入LPCXpresso55S69開發板的P16 - P19連接器。
- 使用P6 USB端口將開發板連接到PC。
- 安裝LPCXpresso55S69目標固件（從NXP網站下載并閱讀EVK_Firmware_And_GUI_Install_Guide_For_Arduino_Boards.pdf說明文件）。
- 在PC上安裝GUI應用程序（參考上述說明文件）。
- 打開GUI應用程序，從PC操作設備。關于GUI操作的詳細信息，請參考相關部分。
與i.MX 8M Mini LPDDR4 EVK板配合使用
當使用i.MX 8M Mini LPDDR4 EVK板與PCA8561AHN - ARD板配合時，需要使用第三塊板（IMX8MMINI - IARD轉接板），它作為EVK和子板之間的信號橋接器。i.MX 8M Mini LPDDR4 EVK板沒有Arduino端口，而是有一個2 x 20引腳擴展連接器（J1003），這是一個多用途端口，包含各種數字I/O線，包括專門的I2C和SPI總線。
操作所需的硬件配置如下：
- 一塊i.MX 8M Mini LPDDR4 EVK板
- 一塊PCA8561AHN - ARD子板
- 一塊IMX8MMINI - IARD轉接板
- 一根USB - A / USB - C電纜
- 一根USB - A / USB Micro - B電纜
- 一臺運行Windows 10操作系統的PC
配置和操作步驟如下：
- 將PCA8561AHN - ARD插入IMX8MMINI - IARD轉接板的Arduino連接器（位于頂部）。
- 將IMXMMINI - IARD連接器插頭J1（位于板底部）插入i.MX 8M Mini LPDDR4 EVK頂部的J1003擴展板。
- 使用USB Type C電纜連接到PORT 2為EVK板上電。
- 使用USB Micro - B電纜將EVK連接到PC的J901調試端口。
- 將SW101置于ON位置為板上電。
- 安裝MIMXRT1050目標固件（從NXP網站下載UM11581，Arduino shields GUI and firmware installation manual）。
- 在PC上安裝GUI應用程序（參考上述說明文件）。
- 打開GUI應用程序，從PC操作設備。關于GUI操作的詳細信息，請參考相關部分。
與其他設備配合使用
PCA8561AHN - ARD子板也可以與其他具有Arduino端口的EVK板配合使用。如果EVK板配備了Arduino端口，可以根據PCA8561規格開發固件，然后將子板直接連接到EVK板進行操作；如果EVK板沒有Arduino端口，則需要根據Arduino連接器的引腳圖表進行必要的電氣連接（用于電源、I2C總線和控制線），并開發符合IC規格的固件。同時，要確保正確的電氣連接，避免信號線上的數據沖突，以防止IC損壞。
GUI描述
NXP Semiconductors為其四款EVK板提供了一個通用的GUI應用程序，可用于控制PCA8561AHN - ARD子板。在PC（Windows 10）上安裝GUI軟件包后，確保已連接并上電的三款EVK板之一與PCA8561AHN - ARD子板連接到PC，然后打開“NXP_GUI(PCA8561AHN)” GUI應用程序。
SETTINGS選項卡
GUI應用程序默認打開SETTINGS選項卡，窗口左側顯示板設置，包括以下內容：
- 選擇EVK：顯示EVK列表，選擇錯誤的EVK板會導致連接失敗，并彈出“Unable to Connect with EVK”消息框。
- 選擇COM端口：顯示為通信選擇的端口，系統會自動選擇端口。
- 選擇板：允許用戶選擇正確的子板。
選擇正確的參數后，點擊“Connect”按鈕即可建立與EVK的連接，GUI窗口底部的狀態欄會實時顯示PC與EVK之間的連接狀態。連接建立后，板載LCD顯示屏（U2）將顯示默認消息“ABCD”，同時GUI中的四位顯示屏也會顯示相同的消息。窗口右側的設備設置部分有一個I2C地址選擇設置，該設置必須與PCA8561AHN - ARD子板上的跳線J7和J8選擇的地址相同，否則將無法寫入被測設備的任何內部寄存器。“Set”按鈕用于將新值寫入PCA8561 IC的內部寄存器，“Reset Chip”按鈕用于將PCA8561 IC的所有內部寄存器恢復到默認狀態。
Display Data選項卡
點擊“Display Data”選項卡，會出現一個新窗口，用戶可以在此處寫入要在PCA8561AHN - ARD板的LCD顯示屏上顯示的消息。該選項卡提供了以下設置：
- Display All Segment：ON/OFF命令，選擇ON時，四位字符顯示
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