Porovnání tří výkonných rozšiřujících jednotek M5Stack 1-to-6 pro I2C a I/O

I2C Hub 1 až 6 rozšiřující jednotka v2.1 (založená na PCA9548AP) a I2C Hub 1 až 6 rozšiřující jednotka (založená na PCA9548APW) jsou obě navrženy pro rozšíření sběrnice I2C. Hlavní rozdíl mezi nimi spočívá v jejich způsobech konfigurace: první používá DIP přepínač pro ruční ovládání, což je vhodné pro pevné nastavení, zatímco druhý využívá softwarově řízené dynamické přepínání pro větší flexibilitu.

Naopak, I/O Hub 1 až 6 rozšiřující jednotka (STM32F0), napájená mikrokontrolérem STM32F0, nabízí různé funkce jako GPIO, PWM a ADC, zaměřené na obecné rozšíření I/O. Volba mezi těmito jednotkami závisí na konkrétních potřebách vašeho projektu, zda vyžaduje specializované aplikace I2C nebo širší správu I/O.

Poznámka: Černé porty produktů M5Stack jsou I/O porty a červené jsou I2C porty.

I2C rozbočovač 1 na 6 rozšiřující jednotka (PCA9548APW)

Jednotka PaHUB2 je rozšiřitelný I2C hub navržený k překonání omezení jednoho I2C rozhraní. Umožňuje rozšíření jednoho I2C HY2.0-4P rozhraní tak, aby pojalo až šest dalších I2C kanálů.

Použitím pollingové kontroly na různých kanálech umožňuje rozbočovač připojení více podřízených zařízení sdílejících stejnou I2C adresu. To umožňuje lepší soužití zařízení tím, že umožňuje komunikaci na různých kanálech bez konfliktů.

Pro zvýšení své funkčnosti jednotka PaHUB2 obsahuje IC přepínač PCA9548AP I2C vícekanálový přepínač, který je integrován přímo v rozbočovači. Tento přepínač poskytuje nezbytné schopnosti pro plynulé přepínání mezi různými I2C kanály. S PaHUB2 jsou obavy ohledně nedostatku I2C rozhraní pro rozšíření odstraněny. Nabízí pohodlné a efektivní řešení pro rozšíření I2C schopností vašeho systému, umožňující připojení a komunikaci s více I2C zařízeními, která sdílejí stejnou adresu.

M5Stack I2C rozbočovač 1 na 6 rozšiřující jednotka v2.1

Zobrazit produkt

Jednotka PaHub v2.1 je I2C multiplexer, který využívá čip PCA9548AP. Rozšiřuje jedno I2C rozhraní na šest kanálů, což umožňuje, aby na stejné I2C sběrnici koexistovalo více zařízení se stejnými nebo různými I2C adresami výběrem různých kanálů pomocí kanálového průzkumu. Modul je vybaven vestavěným DIP přepínačem, který usnadňuje nastavení I2C adresy jednotky PaHub v2.1 a podporuje kaskádování pro připojení dalších I2C zařízení. Ve srovnání se svým předchůdcem tato jednotka nabízí lepší flexibilitu a škálovatelnost pro paralelní použití více I2C zařízení. Je ideální pro aplikace, které vyžadují současný provoz více I2C zařízení.

M5Stack I2C rozbočovač 1 na 6 rozšiřující jednotka V2.1

Zobrazit produkt

Jednotka PbHUB je všestranný 6kanálový rozšiřující modul navržený pro bezproblémovou integraci a efektivní řízení různých funkcí. Díky kompatibilitě I2C a STM32F030 mikrokontroléru podporuje GPIO, PWM, řízení serva, vzorkování ADC, správu RGB osvětlení a přizpůsobitelné funkce, což z něj činí ideální řešení pro robotiku, domácí automatizaci, IoT projekty a další. Jeho flexibilita a široké možnosti použití poskytují spolehlivé řešení pro rozšíření a správu složitých elektronických systémů.

1. PCA9548A vs. PCA9548APW

• Manuální konfigurace: Uživatelé mohou fyzicky nastavit přepínače pro přímou kontrolu výběru kanálu multiplexoru, ideální pro aplikace, které nevyžadují častou rekonfiguraci I2C kanálů.
• Plug and Play: Není potřeba žádný zásah do softwaru, což jej činí vhodným pro jednoduché rozšíření hardwaru.

Verze PCA9548APW:

• Softwarové ovládání: Přepínání kanálů se provádí pomocí příkazů I2C, ideální pro složité aplikace, které vyžadují dynamické řízení kanálů I2C na základě různých podmínek.
• Vysoká flexibilita: Kanály lze měnit za chodu, což nabízí větší přizpůsobivost pro projekty vyžadující složitější konfigurace.

v2.1 s DIP Přepínač:

• Ideální pro projekty s pevně nastavenými konfiguracemi zařízení I2C, jako jsou rozšíření vývojových desek nebo prototypování.
• Vhodné pro uživatele, kteří chtějí jednoduchou hardwarovou metodu výběru I2C kanálů bez potřeby složitého softwarového ovládání.

Verze PCA9548APW:

• Dobře vhodné pro složité systémy, které vyžadují dynamickou správu I2C zařízení, jako jsou multisenzorové sítě nebo vestavěné systémy vyžadující časté přepínání zařízení.
• Umožňuje flexibilnější přiřazení kanálů prostřednictvím softwaru, což vyhovuje různorodým a měnícím se požadavkům.

• Požadavky na napětí: Obě verze obecně podporují podobná provozní napětí (např. 3,3 V nebo 5 V), ale konkrétní parametry závisí na zvolené variantě čipu a konstrukci výrobce. Před použitím si prostudujte datový list produktu.
• Kompatibilita: Oba jsou kompatibilní se standardními protokoly I2C, ale kvůli odlišným hardwarovým implementacím se mohou lišit některé detaily – například hodnoty pull-up rezistorů nebo integrita signálu. Vyberte vhodnou verzi na základě požadavků aplikace.

Další úvahy

Nejčastější dotazy

I2C rozbočovač je hardwarový modul navržený k rozšíření a správě I2C sběrnice, který umožňuje připojení více zařízení k jednomu masteru. Řeší problémy jako konflikty adres a degradaci signálu. Rozbočovač poskytuje několik kanálů, často využívajících aktivní čipy, což umožňuje zařízením se stejnými adresami koexistovat tím, že je izoluje na samostatných kanálech.

I2C rozbočovače zlepšují integritu signálu, podporují dynamický výběr zařízení a zvyšují škálovatelnost. Díky tomu jsou ideální pro aplikace jako jsou senzorové sítě, vestavěné systémy, projekty Internetu věcí (IoT) a ladění. Zjednodušením správy zařízení a zajištěním spolehlivé komunikace jsou I2C rozbočovače nezbytnými součástmi složitých elektronických systémů.

A2:

Podpora sběrnice I2C pro více kanálů podřízených zařízení přináší několik důležitých výhod, které jsou zvláště cenné v embedded systémech a projektech Internetu věcí (IoT):

1. Vyřešit konflikty adres

• Protokol I2C má omezený počet adres podřízených zařízení, což může vést ke konfliktům adres, když více zařízení, například senzory, sdílí stejnou výchozí adresu.

• Vícekanálové návrhy, jako jsou ty používající multiplexery, umožňují přiřadit zařízení se stejnými adresami k různým kanálům. Tento přístup zabraňuje konfliktům a umožňuje připojení více zařízení ke stejné sběrnici I2C.

2. Podpora více podřízených zařízení

• I2C umožňuje 128 adres v 7bitovém prostoru, ale elektrická omezení, jako je integrita signálu a odpor pull-up, často snižují počet zařízení, která lze připojit.

• Zvýšení počtu podřízených kanálů na sběrnici I2C, například pomocí I2C multiplexerů, výrazně zvyšuje počet zařízení, která lze připojit, čímž se zlepšuje škálovatelnost systému.

3. Zlepšit efektivitu komunikace

• Rozdělení zařízení do různých kanálů jim umožňuje vyhnout se současnému obsazení sběrnice, což pomáhá snížit rušení a přetížení.

• Používání více kanálů zvyšuje efektivitu komunikace a zlepšuje stabilitu přenosu dat, zejména u zařízení, která vyžadují nízkou latenci a vysokou spolehlivost.

4. Flexibilní seskupování a správa zařízení

• Vícekanálové I2C umožňuje logické seskupení zařízení, například:

• Jeden kanál pro environmentální senzory (např. teplota, vlhkost, tlak).

• Jeden kanál pro displejové moduly (např. OLED obrazovky, LCD).

• Jeden kanál pro paměťová zařízení (např. EEPROM, FRAM).

• Toto seskupení zjednodušuje vývoj, ladění a zvyšuje modularitu a udržovatelnost systému.

5. Izolovat vadná zařízení

• Vadné zařízení (např. kvůli zkratu nebo hardwarovému problému) na sběrnici I2C může zablokovat celou sběrnici.

• Vícekanálové návrhy zabraňují tomu, aby vadná zařízení ovlivňovala ostatní kanály, čímž zvyšují spolehlivost systému a odolnost vůči chybám.

6. Zlepšit integritu signálu

• Vícekanálové návrhy minimalizují problémy, jako je ztráta signálu, přeslech a rušení způsobené připojením příliš mnoha zařízení k jedné sběrnici.

• Každý kanál se může připojit ke konkrétním zařízením, čímž se zabrání přetížení sběrnice, zlepší kvalita signálu a zajistí spolehlivý přenos dat.

7. Podpora dynamického přepínání zařízení

• Použití multiplexorů umožňuje softwarově řízené dynamické přepínání kanálů, což umožňuje přístup k různým podřízeným zařízením podle potřeby.

• Tato adaptivní přepínací metoda je ideální pro aplikace, které vyžadují přístup v reálném čase k více zařízením, včetně sběru dat z více senzorů a průmyslových řídicích systémů.

8. Zjednodušte návrh hardwaru

• Vícekanálové I2C snižuje složitost zapojení v hardwarovém designu, odstraňující nutnost samostatné sběrnice pro každé zařízení.

• Tato metoda snižuje náklady na vývoj a šetří místo na DPS, což ji činí vhodnou pro kompaktní a rozpočtově citlivé aplikace.

Počet zařízení I2C, která lze připojit k jedné sběrnici, závisí na několika faktorech, včetně adresního schématu, elektrických omezení a použití hardwaru, jako jsou multiplexery. Se standardní 7bitovou adresou I2C je k dispozici až 112 použitelných adres zařízení, zatímco 10bitové adresy mohou podporovat až 1 024 adres. Praktická omezení způsobená elektrickými faktory, jako je kapacita sběrnice (která má maximálně 400 pF) a síla pull-up rezistorů, však obecně omezují počet zařízení na jedné sběrnici na 5 až 20. Použitím multiplexerů, jako je PCA9548A, lze toto omezení výrazně rozšířit. Multiplexery mohou izolovat zařízení přes více kanálů, což umožňuje připojení stovek nebo dokonce tisíců zařízení ve velkých systémech.

Q4: Kolik zařízení I2C lze připojit?

A4:

Pro zvýšení vzdálenosti sběrnice I2C můžete snížit rychlost hodin, aby se snížily požadavky na časování signálu, použít rezistory s nižší hodnotou pull-up k posílení integrity signálu nebo implementovat prodlužovače sběrnice I2C jako P82B715 nebo PCA9600 pro zesílení signálů a kompenzaci kapacity. Použití diferenciálního signálu s moduly jako PCA9615 pomáhá snížit šum na dlouhých vzdálenostech, zatímco stíněné nebo kroucené kabely minimalizují elektromagnetické rušení. Použití I2C multiplexerů nebo opakovačů rozděluje sběrnici na kratší segmenty nebo regeneruje signály pro udržení spolehlivosti. Pro velmi dlouhé vzdálenosti zvažte přechod na protokoly jako RS-485 nebo CAN, které jsou pro takové scénáře lépe vhodné.