探索NAFE13388 - UIM 8通道通用输入AFE扩展板：高精度测量新选择

在电子工程师的日常工作中，寻找一款能够满足高精度测量需求、具备良好兼容性与扩展性的模拟前端（AFE）扩展板至关重要。今天，我们就来深入了解一款来自恩智浦半导体（NXP）的优秀产品——NAFE13388 - UIM 8通道通用输入AFE扩展板。

文件下载：NXP Semiconductors NAFE13388-UIM 8通道AFE Arduino扩展板.pdf

一、产品概述

NAFE13388 - UIM扩展板属于高度可配置的工业级多通道模拟输入AFE（AI - AFE）系列产品。它由低泄漏高压多路复用器、低失调漂移缓冲器、低噪声和低漂移可编程增益放大器（PGA）、精密24位sigma - delta模数转换器（ADC）以及低漂移电压基准等部分组成。同时，该系列还集成了用于电磁兼容性（EMC）和错误接线场景的输入保护电路，以及用于输入、开路、短路和阻抗检测的诊断电路。更为出色的是，它具备先进的诊断电路，可实现通道回读、输出电压或电流偏置电路功能，两个精确的参考电压源还能实现端到端系统自校准和高级异常检测，为预测性维护提供有力支持。

这款扩展板能够快速评估AFE性能，并且与带有Arduino连接器的MCU板实现即插即用兼容。用户可以通过图形界面轻松探索驱动程序的不同功能，IC通过行业标准SPI总线端口与主机通信，评估软件可在Microsoft Windows 7、8和10 PC平台上运行。

二、关键特性与优势

1. 紧凑设计

• 尺寸小巧：仅89 mm x 50 mm的尺寸，在有限的空间内也能轻松布局。
• 兼容性强：配备Arduino UNO连接器，可连接到任何恩智浦FRDM MCU平台，并且与FRDM兼容，方便工程师进行快速开发和测试。

2. 增强模拟传感能力

• 多类型测量：拥有八个软件可配置的模拟输入通道，能够测量电压、电流、热电阻（RTD）和热电偶等多种信号，满足不同应用场景的需求。
• 冷端补偿：嵌入式RTD可用于冷端补偿，提高测量精度。
• 电流检测电阻控制：通过GPIO控制电流检测电阻，增加了设计的灵活性。

3. 先进模拟特性

• 激励源多样：提供电压或电流激励源，为测量提供更多选择。
• 校准支持：支持工厂和用户校准，确保测量结果的准确性。
• 诊断与异常检测：具备先进的诊断和异常检测功能，帮助工程师及时发现并解决问题。

4. 即插即用体验

• 驱动程序包：提供Open - CMSIS驱动程序包，简化开发过程。
• 图形用户界面：NAFE GUI让用户可以直观地配置和监控扩展板的运行状态。
• 代码示例：丰富的代码示例为开发者提供了参考，加速项目开发进程。

三、应用领域

该扩展板适用于多个工业领域，包括可编程逻辑控制器（PLC）或远程I/O、数据采集工业仪器以及伺服控制等。在这些应用中，高精度的模拟输入测量是保证系统性能的关键，NAFE13388 - UIM扩展板正好能够满足这一需求。

五、准备工作

1. 评估套件组件

评估套件中包含已组装和测试好的NAFE13388 - UIM扩展板（装在防静电袋中）以及备用跳线。需要注意的是，若要运行MCUXpresso示例代码或GUI，还需要FRDM - MCXN947评估板，可通过链接（https://www.nxp.com/FRDM - MCXN947）进行订购。

2. Windows PC工作站

该评估板需要运行在安装有Windows 7、Windows 8或Windows 10操作系统的USB启用计算机上，满足这些最低规格要求，在使用评估板时将获得良好的效果。

3. 电源要求

为NAFE13388 - UIM扩展板供电时，需将15 V直流电源适配器连接到扩展板的直流电源插孔（J7）。同时，使用Type - C电缆将USB端口J2（在三个USB端口J1、J2和J3中选择）连接到FRDM MCXN - 947评估板，为其供电。

六、硬件了解

1. 板卡特性

• 完整评估平台：为NAFE13388提供了一个完整的评估环境。
• 可配置输入：八个输入软件可配置的AI - AFE，满足不同的测量需求。
• 易用软件：基于GUI的软件能够展示AI - AFE系列代表性产品NAFE11388和NAFE13388的功能，具体取决于板上安装的部件。
• 外部供电：可使用外部电源为扩展板供电，增加了使用的灵活性。
• 测试点方便：设有方便的测试点，便于使用示波器进行测量和信号访问。
• USB接口：通过USB接口与主机PC连接，实现数据传输。

2. 框图

通过框图可以清晰地看到扩展板的各个组成部分及其连接关系，有助于工程师理解其工作原理。

3. 套件特色组件

设备	描述	位置
八输入软件可配置AI - AFE	NAFE13388	U1
SPST模拟开关	开关	U21,U22,U25,U26
线性稳压器	LDO	U18
高压电荷泵DC - DC转换器	电荷泵	U20
四通道数字隔离器	数字隔离器	U7,U8
单线连接器	与FRDM - MCXN板的安装连接	J1,J2,J3,J4

4. 跳线设置

设置（默认）	跳线	注释
1 - 2（闭合）	J90	外部 - 15V电源
1 - 2（闭合）	J91	AICOM连接

5. 原理图、板卡布局和物料清单

这些重要的设计资料可在（http://www.nxp.com/NAFE13388 - UIM）上获取，方便工程师进行深入的硬件设计和调试。

七、硬件配置

1. 基本连接

要评估完整的解决方案，需要将NAFE13388 - UIM扩展板与FRDM MCXN - 947评估板配合使用。具体连接步骤如下：

• 使用Arduino连接器将NAFE13388 - UIM扩展板牢固地连接到FRDM MCXN - 947评估板。
• 将NAFE13388 - UIM扩展板底部的J1、J2、J3和J4公连接器滑入FRDM MCX - N 947评估板上相应的母连接器中。
• 将直流电源适配器连接到NAFE13388 - UIM扩展板的直流电源插孔（J7），由于肖特基二极管的反向极性保护，会有大约0.4 V的压降。
• 使用USB转Type - C电缆将PC的USB端口连接到FRDM MCXN - 947评估板。

2. 搭配MCUXpresso SDK使用

软件下载与安装

需要下载并安装以下软件：

• IoT Sensing SDK（ISSDK）v1.8，作为MCUXpresso SDK中支持平台的中间件。
• MCUXpresso IDE v11.9.0
• Tera Term 5.3
• GitHub

扩展板应用

应用代码中心提供了示例代码以及关于评估NAFE13388 - UIM扩展板的硬件和软件步骤的详细概述。具体应用包括：

• 电压传感SCSR
• 电压传感MCMR
• 电流传感SCSR
• 两线RTD SCCR
• 四线RTD SCCR
• 重量秤SCCR

示例项目构建步骤

• 打开MCUXpresso IDE，点击“Import from Application Code Hub”。
• 在搜索栏中输入“NAFE13388 - UIM”。
• 点击“NAFE13388 - UIM Industrial Applications”。
• 点击“Visit on Github”。
• 打开命令提示符，设置当前目录位置，复制代码链接。
• 使用命令“git clone ”克隆Git仓库。
• 打开MCUXpresso IDE，选择“Import project from file system”，在面板左侧将看到5个项目。
• 依次点击每个项目，右键选择“Build Project”。
• 使用GUI闪存工具下载固件（.axf文件）。
• 按照应用代码中心“readme文件”中的说明执行示例代码。

八、修订历史

该用户手册的当前版本为v1.0，发布日期为2024年11月22日。随着产品的不断发展和改进，后续可能会有更多的更新和优化。

九、总结

NAFE13388 - UIM 8通道通用输入AFE扩展板凭借其丰富的功能、出色的性能和良好的兼容性，为电子工程师在高精度模拟输入测量领域提供了一个优秀的解决方案。无论是在工业自动化、数据采集还是其他相关领域，它都能够发挥重要作用。希望通过本文的介绍，能让大家对这款扩展板有更深入的了解，在实际项目中更好地应用它。你在使用类似扩展板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。