使用PCA9518和TM4C129EKCPDT将I2C总线分成多个子分支以解决地址冲突问题

I2C多路复用

已发布 6月 24, 2024

点击板

I2C MUX 6 Click

开发板

Fusion for Tiva v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

TM4C129EKCPDT

用于 I2C 和 SMBus 应用的可扩展缓冲区，提供四个双向数据传输通道。

硬件概览

它是如何工作的？

I2C MUX 6 Click 基于德州仪器的 PCA9518，这是一款可扩展的四通道双向缓冲器，可通过 I2C 串行接口控制。主要的 SCL/SDA 信号对被引导到四个通道，其中只能选择一个 SCL/SDA 通道，由连接到 mikroBUS™ 插座的 AN、RST、CS 和 PWM 引脚的四个 Enable 引脚的状态决定。PCA9518 通过将 I2C 数据（SDA）和时钟（SCL）线分离和缓冲到多个 400pF I2C 通道组中，克服了总线最大电容的限制。PCA9518 具有多个多方向开漏缓冲器，旨在支持 I2C 总线的标准低电平竞争仲裁。除了

仲裁期间，PCA9518 像一对非反向开漏缓冲器，一个用于 SDA，一个用于 SCL。它可以通过板载标记为 EXP 的引脚上的 4 线集线器间扩展总线与其他 PCA9518 集线器通信，即通过缓冲数据（SDA）和时钟（SCL）线扩展 I2C 总线，允许几乎无限数量的 400pF 总线。PCA9518 使用支持标准模式（100 kHz）和快速模式（400 kHz）操作的标准 I2C 接口与 MCU 通信。如前所述，每个 Enable 引脚，ENx，控制其相关联的 SDAx 和 SCLx 通道。当 ENx 引脚处于低逻辑状态时，它通过阻止 SDAx 和 SCLx 的输入并禁

用这些线上的输出驱动器，使其对应的 SDAx 和 SCLx 线与系统隔离。为了防止系统故障，ENx 的状态更改只能在全局总线和本地端口都处于空闲状态时进行。此 Click board™ 设计用于 3.3V 操作。它还具有板载终端，标记为 VCC-I2C，用于为 PCA9518 的 I2C 线提供 3.3V 或 5V 的逻辑电压，这些线是 5V 容忍的。然而，在使用不同逻辑电平的 MCU 之前，板必须执行适当的逻辑电压电平转换。该 Click board™ 配备了包含函数和示例代码的库，可作为进一步开发的参考。

功能概述

开发板

Fusion for TIVA v8 是一款专为快速开发嵌入式应用的需求而特别设计的开发板。它支持广泛的微控制器，如不同的32位ARM® Cortex®-M基础MCUs，来自Texas Instruments，无论它们的引脚数量如何，并且具有一系列独特功能，例如首次通过WiFi网络实现的嵌入式调试器/程序员。开发板布局合理，设计周到，使得最终用户可以在一个地方找到所有必要的元素，如开关、按钮、指示灯、连接器等。得益于创新的制造技术，Fusion for TIVA v8 提供了流畅而沉浸式的工作体验，允许在任何情况下、任何地方、任何

时候都能访问。Fusion for TIVA v8开发板的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。一个先进的集成CODEGRIP程序/调试模块提供许多有价值的编程/调试选项，包括对JTAG、SWD和SWO Trace（单线输出）的支持，并与Mikroe软件环境无缝集成。此外，它还包括一个干净且调节过的开发板电源供应模块。它可以使用广泛的外部电源，包括电池、外部12V电源供应和通过USB Type-C（USB-C）连接器的电源。通信选项如USB-UART、USB HOST/DEVICE、CAN（如果MCU卡支持的话）和以

太网也包括在内。此外，它还拥有广受好评的 mikroBUS™标准，为MCU卡提供了标准化插座（SiBRAIN标准），以及两种显示选项，用于TFT板线产品和基于字符的LCD。Fusion for TIVA v8 是Mikroe快速开发生态系统的一个组成部分。它由Mikroe软件工具原生支持，得益于大量不同的Click板™（超过一千块板），其数量每天都在增长，它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

微控制器概述

MCU卡片 / MCU

类型

8th Generation

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

Texas Instruments

引脚数

128

RAM (字节)

262144

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Channel 1 Enable

PD0

Channel 2 Enable

PK3

RST

Channel 3 Enable

PH0

SCK

MISO

MOSI

Power Supply

3.3V

Ground

GND

Channel 4 Enable

PL4

PWM

INT

I2C Clock

PD2

SCL

I2C Data

PD3

SDA

Ground

GND

“仔细看看！”

Click board™ 原理图

一步一步来

项目组装

Fusion for PIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Fusion for Tiva v8作为您的开发板开始

GNSS2 Click front image hardware assembly

SiBRAIN for PIC32MZ1024EFK144 front image hardware assembly

GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly

v8 SiBRAIN Access MB 1 - upright/background hardware assembly

NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly

NECTO Output Selection Step Image hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下，“应用程序输出”窗口支持实时数据监控，直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境，以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输，实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置，以确保正常运行。有关分步设置说明，请参考提供的教程。

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据，使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置，请按照提供的教程，其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时，请使用以下函数：plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式，用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称，并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 I2C MUX 6 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

i2cmux6_set_channel - 此函数设置所需通道为活动状态并配置其从地址。
i2cmux6_generic_write - 此函数使用 I2C 串行接口从选定的寄存器开始写入所需数量的数据字节。
i2cmux6_generic_read - 此函数使用 I2C 串行接口从选定的寄存器开始读取所需数量的数据字节。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio。应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief I2CMUX6 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of I2C MUX 6 click board by reading the
 * device ID of a 6DOF IMU 11 and Compass 3 click boards connected to 
 * the channels 1 and 4 respectfully.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and logger.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the device ID of the connected click boards.
 * Channel 1 : 6DOF IMU 11 click [slave address: 0x0E; reg: 0x00; id: 0x2D],
 * Channel 4 : Compass 3 click   [slave address: 0x30; reg: 0x2F; id: 0x0C].
 * All data is being logged on the USB UART where you can check the device ID.
 * 
 * @note
 * Make sure to provide 3v3 power supply on VCC-I2C pin.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "i2cmux6.h"

#define DEVICE0_NAME                "6DOF IMU 11 click"
#define DEVICE0_POSITION            I2CMUX6_CHANNEL_1
#define DEVICE0_SLAVE_ADDRESS       0x0E
#define DEVICE0_REG_ID              0x00
#define DEVICE0_ID                  0x2D

#define DEVICE1_NAME                "Compass 3 click"
#define DEVICE1_POSITION            I2CMUX6_CHANNEL_4
#define DEVICE1_SLAVE_ADDRESS       0x30
#define DEVICE1_REG_ID              0x2F
#define DEVICE1_ID                  0x0C

static i2cmux6_t i2cmux6;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    i2cmux6_cfg_t i2cmux6_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    i2cmux6_cfg_setup( &i2cmux6_cfg );
    I2CMUX6_MAP_MIKROBUS( i2cmux6_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == i2cmux6_init( &i2cmux6, &i2cmux6_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    uint8_t device_id;
    if ( I2CMUX6_OK == i2cmux6_set_channel ( &i2cmux6, DEVICE0_POSITION, DEVICE0_SLAVE_ADDRESS ) )
    {
        log_printf( &logger, "\r\n Active Channel: - " );
        for ( uint8_t cnt = 0; cnt < 4; cnt++ )
        {
            if ( ( DEVICE0_POSITION ) & ( 1 << cnt ) )
            {
                log_printf( &logger, "%u - ", ( uint16_t ) ( cnt + 1 ) );
            }
        }
        if ( I2CMUX6_OK == i2cmux6_generic_read ( &i2cmux6, DEVICE0_REG_ID, &device_id, 1 ) )
        {
            log_printf( &logger, "\r\n %s - Device ID: 0x%.2X\r\n", ( char * ) DEVICE0_NAME, ( uint16_t ) device_id );
        }
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    if ( I2CMUX6_OK == i2cmux6_set_channel ( &i2cmux6, DEVICE1_POSITION, DEVICE1_SLAVE_ADDRESS ) )
    {
        log_printf( &logger, "\r\n Active Channel: - " );
        for ( uint8_t cnt = 0; cnt < 4; cnt++ )
        {
            if ( ( DEVICE1_POSITION ) & ( 1 << cnt ) )
            {
                log_printf( &logger, "%u - ", ( uint16_t ) ( cnt + 1 ) );
            }
        }
        if ( I2CMUX6_OK == i2cmux6_generic_read ( &i2cmux6, DEVICE1_REG_ID, &device_id, 1 ) )
        {
            log_printf( &logger, "\r\n %s - Device ID: 0x%.2X\r\n", ( char * ) DEVICE1_NAME, ( uint16_t ) device_id );
        }
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

/*!
 * @file main.c
 * @brief I2CMUX6 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of I2C MUX 6 click board by reading the
 * device ID of a 6DOF IMU 11 and Compass 3 click boards connected to 
 * the channels 1 and 4 respectfully.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and logger.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the device ID of the connected click boards.
 * Channel 1 : 6DOF IMU 11 click [slave address: 0x0E; reg: 0x00; id: 0x2D],
 * Channel 4 : Compass 3 click   [slave address: 0x30; reg: 0x2F; id: 0x0C].
 * All data is being logged on the USB UART where you can check the device ID.
 * 
 * @note
 * Make sure to provide 3v3 power supply on VCC-I2C pin.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "i2cmux6.h"

#define DEVICE0_NAME                "6DOF IMU 11 click"
#define DEVICE0_POSITION            I2CMUX6_CHANNEL_1
#define DEVICE0_SLAVE_ADDRESS       0x0E
#define DEVICE0_REG_ID              0x00
#define DEVICE0_ID                  0x2D

#define DEVICE1_NAME                "Compass 3 click"
#define DEVICE1_POSITION            I2CMUX6_CHANNEL_4
#define DEVICE1_SLAVE_ADDRESS       0x30
#define DEVICE1_REG_ID              0x2F
#define DEVICE1_ID                  0x0C

static i2cmux6_t i2cmux6;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    i2cmux6_cfg_t i2cmux6_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    i2cmux6_cfg_setup( &i2cmux6_cfg );
    I2CMUX6_MAP_MIKROBUS( i2cmux6_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == i2cmux6_init( &i2cmux6, &i2cmux6_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    uint8_t device_id;
    if ( I2CMUX6_OK == i2cmux6_set_channel ( &i2cmux6, DEVICE0_POSITION, DEVICE0_SLAVE_ADDRESS ) )
    {
        log_printf( &logger, "\r\n Active Channel: - " );
        for ( uint8_t cnt = 0; cnt < 4; cnt++ )
        {
            if ( ( DEVICE0_POSITION ) & ( 1 << cnt ) )
            {
                log_printf( &logger, "%u - ", ( uint16_t ) ( cnt + 1 ) );
            }
        }
        if ( I2CMUX6_OK == i2cmux6_generic_read ( &i2cmux6, DEVICE0_REG_ID, &device_id, 1 ) )
        {
            log_printf( &logger, "\r\n %s - Device ID: 0x%.2X\r\n", ( char * ) DEVICE0_NAME, ( uint16_t ) device_id );
        }
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    if ( I2CMUX6_OK == i2cmux6_set_channel ( &i2cmux6, DEVICE1_POSITION, DEVICE1_SLAVE_ADDRESS ) )
    {
        log_printf( &logger, "\r\n Active Channel: - " );
        for ( uint8_t cnt = 0; cnt < 4; cnt++ )
        {
            if ( ( DEVICE1_POSITION ) & ( 1 << cnt ) )
            {
                log_printf( &logger, "%u - ", ( uint16_t ) ( cnt + 1 ) );
            }
        }
        if ( I2CMUX6_OK == i2cmux6_generic_read ( &i2cmux6, DEVICE1_REG_ID, &device_id, 1 ) )
        {
            log_printf( &logger, "\r\n %s - Device ID: 0x%.2X\r\n", ( char * ) DEVICE1_NAME, ( uint16_t ) device_id );
        }
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END