使用PCA9518和STM32F031K6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

I2C MUX 6 Click with Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 01, 2024

点击板

I2C MUX 6 Click

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

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

Nucleo 32开发板搭载STM32F031K6 MCU，提供了一种经济且灵活的平台，适用于使用32引脚封装的STM32微控制器进行实验。该开发板具有Arduino™ Nano连接性，便于通过专用扩展板进行功能扩展，并且支持mbed，使其能够无缝集成在线资源。板载集成

ST-LINK/V2-1调试器/编程器，支持通过USB重新枚举，提供三种接口：虚拟串口（Virtual Com port）、大容量存储和调试端口。该开发板的电源供应灵活，可通过USB VBUS或外部电源供电。此外，还配备了三个LED指示灯（LD1用于USB通信，LD2用于电源

指示，LD3为用户可控LED）和一个复位按钮。STM32 Nucleo-32开发板支持多种集成开发环境（IDEs），如IAR™、Keil®和基于GCC的IDE（如AC6 SW4STM32），使其成为开发人员的多功能工具。

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU double side image

微控制器概述

MCU卡片 / MCU

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

RAM (字节)

4096

你完善了我！

配件

Click Shield for Nucleo-32是扩展您的开发板功能的理想选择，专为STM32 Nucleo-32引脚布局设计。Click Shield for Nucleo-32提供了两个mikroBUS™插座，可以添加来自我们不断增长的Click板™系列中的任何功能。从传感器和WiFi收发器到电机控制和音频放大器，我们应有尽有。Click Shield for Nucleo-32与STM32 Nucleo-32开发板兼容，为用户提供了一种经济且灵活的方式，使用任何STM32微控制器快速创建原型，并尝试各种性能、功耗和功能的组合。STM32 Nucleo-32开发板无需任何独立的探针，因为它集成了ST-LINK/V2-1调试器/编程器，并随附STM32全面的软件HAL库和各种打包的软件示例。这个开发平台为用户提供了一种简便且通用的方式，将STM32 Nucleo-32兼容开发板与他们喜欢的Click板™结合，应用于即将开展的项目中。

Click Shield for Nucleo-32 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Channel 1 Enable

PA0

Channel 2 Enable

PA11

RST

Channel 3 Enable

PA4

SCK

MISO

MOSI

Power Supply

3.3V

Ground

GND

Channel 4 Enable

PA8

PWM

INT

I2C Clock

PB6

SCL

I2C Data

PB7

SDA

Ground

GND

“仔细看看！”

Click board™ 原理图

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU作为您的开发板开始。

Nucleo 144 with STM32L4A6ZG MCU front image hardware assembly

Stepper 22 Click front image hardware assembly

Stepper 22 Click complete accessories setup image hardware assembly

Nucleo-32 with STM32 MCU Access MB 1 - upright/background hardware assembly

STM32 M4 Clicker HA MCU/Select Step 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 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