使用PCA9615和ATmega328P体验长距离无缝I2C通信

扩展，连接，繁荣：您的I2C总线扩展解决方案！

I2C Extend 2 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 24, 2024

点击板

I2C Extend 2 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

通过我们的总线扩展解决方案，轻松扩展您的 I2C 启用项目的可能性，该解决方案旨在简化远程传感器、显示器和控制设备的集成。

硬件概览

它是如何工作的？

I2C Extend 2 Click 基于 NXP Semiconductor 的 PCA9615，这是一款快速模式加 (FM+) I2C 总线缓冲器，可在电气噪声环境中扩展单端 I2C 总线。它由两个用于 SCL（串行时钟）和 SDA（串行数据）的单端到差分驱动通道组成。通过相同 I2C 总线缓冲器之间的差分传输线，当信号穿过不同的电压域（如高能量电源和电动机）时，可以消除电噪声和共模偏移。这些信号可以在较低时钟速度下达到 3 米或更长的距离，同时通过板载 RJ-45 连接器通过以太网电缆（双绞线传输线电缆）保持信号完整性。PCA9615 将默认的 I2C 信号转换为四个差分信号，两个用于 SCL，两个用于 SDA。信

号方向由 I2C 协议确定，这意味着它不需要方向信号，因为这些总线缓冲器会自动设置信号流方向。额外的电路使得 PCA9615 可以用于“热插拔”应用，其中系统始终开启，但需要插入或移除模块或卡而不干扰现有信号。由于 I2C 总线侧的电源电压可能与外部 I2C 总线侧不同，因此有两个电源引脚和公共地。第一个是通过 VCC SEL 跳线选择的标准 I2C 总线侧电源，另一个是通过 VDD SEL 跳线确定的电路主要电源。I2C Extend 2 Click 使用标准 I2C 接口与 MCU 通信，在标准模式下频率最高为 100kHz，在快速模式下频率最高为 400kHz，在快速模式加 (FM+) 下频率最高为 1MHz。用

户必须小心不要超载驱动器的电流额定值，标准和快速模式为 3mA，快速模式加 (FM+) 为 30mA。此外，该 Click 板™ 具有一个使能引脚，路由到 mikroBUS™ 插座的 CS 引脚，标记为 EN，用于关闭总线缓冲器，对于故障查找、上电排序或通过隔离不需要的部分重新配置总线系统非常有用。该 Click 板™ 可以在 3.3V 或 5V 逻辑电压水平下工作，通过 VCC SEL 跳线选择。这样，3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都能正确使用通信线路。此外，该 Click 板™ 配备了包含易于使用的函数库和示例代码的库，可用作进一步开发的参考。

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项，具有 14 个数字输入/输出引脚，其中六个支持 PWM 输出，以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮，提供了为板子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机，也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板，它成为 Arduino 平台的基准，"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择，意为意大利语中的 "一"，是为了纪念 Arduino Software（IDE）1.0 的推出。最初与 Arduino Software（IDE）版本1.0 同时推出，Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型，体现了该平台的演进。

微控制器概述

MCU卡片 / MCU

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

硅供应商

Microchip

引脚数

RAM (字节)

2048

你完善了我！

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座，使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板，为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统，结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚（其中 6 个可用作 PWM 输出）、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器（CSTCE16M0V53-R0）、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚，然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关，可执行各种功能，例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平，以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外，用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™，无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接，用户即可访问数百种 Click board™，并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

RST

Enable

PB2

SCK

MISO

MOSI

Power Supply

3.3V

Ground

GND

PWM

INT

I2C Clock

PC5

SCL

I2C Data

PC4

SDA

Power Supply

Ground

GND

“仔细看看！”

Click board™ 原理图

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly

Charger 27 Click front image hardware assembly

Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly

Arduino UNO Rev3 Access MB 1 - upright/background hardware assembly

Necto No Display image step 8 hardware assembly

Debug Image Necto Step 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 Extend 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

i2cextend2_rmt_write - 远程模式下的通用数据写入功能
i2cextend2_rmt_read - 远程模式下的通用数据读取功能
i2cextend2_enable - 启用扩展功能

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 I2CExtend2 Click example
 *
 * # Description
 * This is an example which demonstrates the use of I2C Extend 2 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization driver enables - I2C,
 * check communication with device 6DOF IMU 11 Click
 * connected to the I2C Extend 2 Click ( Remote Mode ),
 * set default configuration and start measurement.
 *
 * ## Application Task
 * In this example, we read Accel and Mag axis of the connected
 * 6DOF IMU 11 Click boards to the I2C Extend 2 Click ( Remote Mode )
 * which is connected by a LAN cable to I2C Extend 2 Click ( Local Mode ).
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 * All data logs write on USB uart changes for every 2 sec.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "i2cextend2.h"

static i2cextend2_t i2cextend2;
static log_t logger;
int16_t axis;

void i2cextend2_6dofimu11_get_axis ( i2cextend2_t *ctx, uint8_t axis_out_reg ) 
{
    uint16_t rx_val = 0;

    rx_val = i2cextend2_rmt_read( ctx, axis_out_reg + 1 );
    rx_val <<= 8;
    rx_val |= i2cextend2_rmt_read( ctx, axis_out_reg );

    axis = ( int16_t ) rx_val;
}

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    i2cextend2_cfg_t i2cextend2_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.
    i2cextend2_cfg_setup( &i2cextend2_cfg );
    I2CEXTEND2_MAP_MIKROBUS( i2cextend2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == i2cextend2_init( &i2cextend2, &i2cextend2_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );
        for ( ; ; );
    }

    i2cextend2_enable( &i2cextend2, I2CEXTEND2_EXTEND_ENABLE );

    if ( C6DOFIMU11_WHO_AM_I_WIA_ID == i2cextend2_rmt_read( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_WHO_AM_I ) ) 
    {
        log_printf( &logger, "        SUCCESS         \r\n" );
        log_printf( &logger, "------------------------\r\n" );
    } 
    else 
    {
        log_printf( &logger, "         ERROR          \r\n" );
        log_printf( &logger, "    Reset the device    \r\n" );
        log_printf( &logger, "------------------------\r\n" );
        for ( ; ; );
    }
    i2cextend2_rmt_write ( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_CNTL2, C6DOFIMU11_CNTL2_TEMP_EN_STANDBY_MODE |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_MAG_EN_STANDBY_MODE |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_ACCEL_EN_STANDBY_MODE );

    i2cextend2_rmt_write ( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_INC3, C6DOFIMU11_INC3_IEL2_FIFO_TRIG |
                                                             C6DOFIMU11_INC3_IEL1_FIFO_TRIG );

    i2cextend2_rmt_write ( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_CNTL2, C6DOFIMU11_CNTL2_GSEL_8G |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_RES_MAX2 |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_MAG_EN_OPERATING_MODE |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_ACCEL_EN_OPERATING_MODE );
    Delay_ms ( 100 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "------------------------\r\n" );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf( &logger, "\t   Accel   \t|\t    Mag    \r\n" );
    log_printf( &logger, "------------------------------------------------\r\n" );

    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_ACCEL_XOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Accel X: %d\t|", axis );
    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_MAG_XOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Mag X: %d\r\n", axis );

    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_ACCEL_YOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Accel Y: %d\t|", axis );
    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_MAG_YOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Mag Y: %d\r\n", axis );

    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_ACCEL_ZOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Accel Z: %d\t|", axis );
    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_MAG_ZOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Mag Z: %d\r\n", axis );

    log_printf( &logger, "------------------------------------------------\r\n" );
    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 I2CExtend2 Click example
 *
 * # Description
 * This is an example which demonstrates the use of I2C Extend 2 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization driver enables - I2C,
 * check communication with device 6DOF IMU 11 Click
 * connected to the I2C Extend 2 Click ( Remote Mode ),
 * set default configuration and start measurement.
 *
 * ## Application Task
 * In this example, we read Accel and Mag axis of the connected
 * 6DOF IMU 11 Click boards to the I2C Extend 2 Click ( Remote Mode )
 * which is connected by a LAN cable to I2C Extend 2 Click ( Local Mode ).
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 * All data logs write on USB uart changes for every 2 sec.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "i2cextend2.h"

static i2cextend2_t i2cextend2;
static log_t logger;
int16_t axis;

void i2cextend2_6dofimu11_get_axis ( i2cextend2_t *ctx, uint8_t axis_out_reg ) 
{
    uint16_t rx_val = 0;

    rx_val = i2cextend2_rmt_read( ctx, axis_out_reg + 1 );
    rx_val <<= 8;
    rx_val |= i2cextend2_rmt_read( ctx, axis_out_reg );

    axis = ( int16_t ) rx_val;
}

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    i2cextend2_cfg_t i2cextend2_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.
    i2cextend2_cfg_setup( &i2cextend2_cfg );
    I2CEXTEND2_MAP_MIKROBUS( i2cextend2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == i2cextend2_init( &i2cextend2, &i2cextend2_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );
        for ( ; ; );
    }

    i2cextend2_enable( &i2cextend2, I2CEXTEND2_EXTEND_ENABLE );

    if ( C6DOFIMU11_WHO_AM_I_WIA_ID == i2cextend2_rmt_read( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_WHO_AM_I ) ) 
    {
        log_printf( &logger, "        SUCCESS         \r\n" );
        log_printf( &logger, "------------------------\r\n" );
    } 
    else 
    {
        log_printf( &logger, "         ERROR          \r\n" );
        log_printf( &logger, "    Reset the device    \r\n" );
        log_printf( &logger, "------------------------\r\n" );
        for ( ; ; );
    }
    i2cextend2_rmt_write ( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_CNTL2, C6DOFIMU11_CNTL2_TEMP_EN_STANDBY_MODE |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_MAG_EN_STANDBY_MODE |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_ACCEL_EN_STANDBY_MODE );

    i2cextend2_rmt_write ( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_INC3, C6DOFIMU11_INC3_IEL2_FIFO_TRIG |
                                                             C6DOFIMU11_INC3_IEL1_FIFO_TRIG );

    i2cextend2_rmt_write ( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_CNTL2, C6DOFIMU11_CNTL2_GSEL_8G |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_RES_MAX2 |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_MAG_EN_OPERATING_MODE |
                                                              C6DOFIMU11_CNTL2_ACCEL_EN_OPERATING_MODE );
    Delay_ms ( 100 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "------------------------\r\n" );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf( &logger, "\t   Accel   \t|\t    Mag    \r\n" );
    log_printf( &logger, "------------------------------------------------\r\n" );

    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_ACCEL_XOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Accel X: %d\t|", axis );
    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_MAG_XOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Mag X: %d\r\n", axis );

    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_ACCEL_YOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Accel Y: %d\t|", axis );
    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_MAG_YOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Mag Y: %d\r\n", axis );

    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_ACCEL_ZOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Accel Z: %d\t|", axis );
    i2cextend2_6dofimu11_get_axis( &i2cextend2, C6DOFIMU11_REG_MAG_ZOUT_L );
    log_printf( &logger, "\t Mag Z: %d\r\n", axis );

    log_printf( &logger, "------------------------------------------------\r\n" );
    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