Porównanie trzech potężnych jednostek rozszerzeń M5Stack 1-do-6 dla I2C i I/O

Rozdzielacz I2C 1 do 6 jednostka rozszerzająca v2.1 (oparta na PCA9548AP) oraz Rozdzielacz I2C 1 do 6 jednostka rozszerzająca (oparta na PCA9548APW) zostały zaprojektowane do rozszerzenia magistrali I2C. Główna różnica między nimi polega na metodach konfiguracji: pierwszy używa przełącznika DIP do ręcznej kontroli, co czyni go odpowiednim do stałych konfiguracji, podczas gdy drugi wykorzystuje dynamiczne przełączanie oparte na oprogramowaniu dla większej elastyczności.

W przeciwieństwie do tego, Jednostka rozszerzeń I/O Hub 1 do 6 (STM32F0), zasilana przez mikrokontroler STM32F0, oferuje różnorodne funkcje, takie jak GPIO, PWM i ADC, koncentrując się na ogólnym rozszerzeniu I/O. Wybór między tymi jednostkami zależy od konkretnych potrzeb Twojego projektu, czy wymaga dedykowanych zastosowań I2C, czy szerszego zarządzania I/O.

Uwaga: czarne porty produktów M5Stack to porty I/O, a czerwone to porty I2C.

Jednostka rozszerzająca I2C Hub 1 do 6 (PCA9548APW)

Jednostka PaHUB2 to rozszerzalny koncentrator I2C zaprojektowany, aby przezwyciężyć ograniczenia pojedynczego interfejsu I2C. Umożliwia rozszerzenie jednego interfejsu I2C HY2.0-4P o maksymalnie sześć dodatkowych kanałów I2C.

Stosując sterowanie pollingiem na różnych kanałach, koncentrator umożliwia podłączenie wielu urządzeń podrzędnych korzystających z tego samego adresu I2C. Pozwala to na lepszą koegzystencję urządzeń poprzez umożliwienie komunikacji na różnych kanałach bez konfliktów.

Aby zwiększyć funkcjonalność, jednostka PaHUB2 zawiera układ PCA9548AP wielokanałowego przełącznika I2C, który jest zintegrowany w koncentratorze. Ten układ przełącznika zapewnia niezbędne możliwości płynnego przełączania między różnymi kanałami I2C. Dzięki PaHUB2 obawy dotyczące niewystarczającej liczby interfejsów I2C do rozbudowy zostają rozwiane. Stanowi on wygodne i efektywne rozwiązanie do zwiększania możliwości I2C w Twoim systemie, umożliwiając podłączenie i komunikację z wieloma urządzeniami I2C, które mają ten sam adres.

M5Stack I2C Hub 1 do 6 jednostka rozszerzająca v2.1

Zobacz produkt

Unit PaHub v2.1 to multiplekser I2C wykorzystujący układ PCA9548AP. Rozszerza pojedynczy interfejs I2C na sześć kanałów, umożliwiając współistnienie wielu urządzeń o tych samych lub różnych adresach I2C na tej samej magistrali I2C poprzez wybór różnych kanałów za pomocą sondowania kanałów. Moduł posiada wbudowany przełącznik DIP, który ułatwia regulację adresu I2C jednostki PaHub v2.1, wspierając kaskadowanie do podłączania dodatkowych urządzeń I2C. W porównaniu do swojego poprzednika, jednostka ta oferuje większą elastyczność i skalowalność w użyciu wielu urządzeń I2C równolegle. Jest idealna do zastosowań wymagających jednoczesnej pracy wielu urządzeń I2C.

M5Stack I2C Hub 1 do 6 jednostka rozszerzeń V2.1

Zobacz produkt

Jednostka PbHUB to wszechstronny moduł rozszerzeń 6-kanałowy zaprojektowany do bezproblemowej integracji i efektywnej kontroli różnych funkcji. Dzięki kompatybilności I2C oraz mikrokontrolerowi STM32F030, obsługuje GPIO, PWM, sterowanie serwomechanizmami, próbkowanie ADC, zarządzanie oświetleniem RGB oraz funkcje konfigurowalne, co czyni go idealnym do robotyki, automatyki domowej, projektów IoT i innych. Jego elastyczność i szerokie zastosowanie zapewniają niezawodne rozwiązanie do rozbudowy i zarządzania złożonymi systemami elektronicznymi.

1. PCA9548A kontra PCA9548APW

• Ręczna konfiguracja: Użytkownicy mogą fizycznie ustawiać przełączniki, aby bezpośrednio kontrolować wybór kanału multipleksera, co jest idealne dla zastosowań, które nie wymagają częstej rekonfiguracji kanałów I2C.
• Plug and Play: Nie jest potrzebna żadna ingerencja w oprogramowanie, co czyni go odpowiednim do prostych potrzeb rozbudowy sprzętu.

Wersja PCA9548APW:

• Sterowanie oprogramowaniem: Przełączanie kanałów odbywa się za pomocą poleceń I2C, co jest idealne dla złożonych zastosowań wymagających dynamicznego zarządzania kanałami I2C w zależności od zmieniających się warunków.
• Wysoka elastyczność: Kanały mogą być zmieniane na bieżąco, oferując większą adaptacyjność dla projektów wymagających bardziej zaawansowanych konfiguracji.

v2.1 z DIP Przełącznik:

• Idealne do projektów z ustalonymi konfiguracjami urządzeń I2C, takich jak rozszerzenia płytek rozwojowych lub prototypowanie.
• Odpowiednie dla użytkowników, którzy chcą prostą, sprzętową metodę wyboru kanałów I2C bez potrzeby skomplikowanej kontroli oprogramowania.

Wersja PCA9548APW:

• Dobrze nadaje się do złożonych systemów, które wymagają dynamicznego zarządzania urządzeniami I2C, takich jak sieci wieloczujnikowe lub systemy wbudowane wymagające częstej zmiany urządzeń.
• Umożliwia bardziej elastyczne przypisywanie kanałów za pomocą oprogramowania, dostosowując się do różnorodnych i zmieniających się wymagań.

• Wymagania dotyczące napięcia: Obie wersje zazwyczaj obsługują podobne napięcia robocze (np. 3,3V lub 5V), ale szczegóły zależą od wybranego wariantu układu i projektu producenta. Przed użyciem zapoznaj się z kartą katalogową produktu.
• Zgodność: Oba są zgodne ze standardowymi protokołami I2C, ale ze względu na różne implementacje sprzętowe, niektóre szczegóły — takie jak wartości rezystorów podciągających czy integralność sygnału — mogą się różnić. Wybierz odpowiednią wersję w zależności od wymagań aplikacji.

Inne rozważania

Najczęściej zadawane pytania

Hub I2C to moduł sprzętowy zaprojektowany do rozszerzania i zarządzania magistralą I2C, umożliwiający podłączenie wielu urządzeń do jednego mastera. Rozwiązuje problemy takie jak konflikty adresów i degradacja sygnału. Hub zapewnia kilka kanałów, często wykorzystując aktywne układy, co pozwala urządzeniom o identycznych adresach współistnieć poprzez izolowanie ich na oddzielnych kanałach.

Huby I2C poprawiają integralność sygnału, wspierają dynamiczny wybór urządzeń oraz zwiększają skalowalność. Dzięki temu są dobrze przystosowane do zastosowań takich jak sieci czujników, systemy wbudowane, projekty Internetu Rzeczy (IoT) oraz debugowanie. Upraszczając zarządzanie urządzeniami i zapewniając niezawodną komunikację, huby I2C są niezbędnymi komponentami w złożonych systemach elektronicznych.

A2:

Obsługa magistrali I2C dla wielu kanałów urządzeń podrzędnych przynosi kilka istotnych korzyści, które są szczególnie cenne w systemach wbudowanych i projektach Internetu Rzeczy (IoT):

1. Rozwiązywanie konfliktów adresów

• Protokół I2C ma ograniczoną liczbę adresów slave, co może prowadzić do konfliktów adresów, gdy wiele urządzeń, takich jak czujniki, korzysta z tego samego domyślnego adresu.

• Projekty wielokanałowe, takie jak te wykorzystujące multipleksery, pozwalają na przypisanie urządzeń o tych samych adresach do różnych kanałów. Takie podejście zapobiega konfliktom i umożliwia podłączenie większej liczby urządzeń do tej samej magistrali I2C.

2. Obsługa większej liczby urządzeń podrzędnych

• Chociaż I2C umożliwia 128 adresów w przestrzeni 7-bitowej, ograniczenia elektryczne, takie jak integralność sygnału i rezystancja podciągająca, często zmniejszają liczbę urządzeń, które można podłączyć.

• Zwiększenie liczby kanałów podrzędnych na magistrali I2C, na przykład poprzez multipleksery I2C, znacznie zwiększa liczbę urządzeń, które można podłączyć, poprawiając skalowalność systemu.

3. Popraw efektywność komunikacji

• Rozdzielanie urządzeń na różne kanały pozwala im unikać zajmowania magistrali w tym samym czasie, co pomaga zmniejszyć zakłócenia i przeciążenie.

• Używanie wielu kanałów zwiększa efektywność komunikacji i poprawia stabilność transferu danych, szczególnie dla urządzeń wymagających niskich opóźnień i wysokiej niezawodności.

4. Elastyczne grupowanie i zarządzanie urządzeniami

• Wielokanałowe I2C umożliwia logiczne grupowanie urządzeń, takich jak:

• Jeden kanał dla czujników środowiskowych (np. temperatury, wilgotności, ciśnienia).

• Jeden kanał dla modułów wyświetlaczy (np. ekranów OLED, LCD).

• Jeden kanał dla urządzeń pamięci masowej (np. EEPROM, FRAM).

• To grupowanie upraszcza rozwój, debugowanie oraz zwiększa modułowość i łatwość utrzymania systemu.

5. Izoluj wadliwe urządzenia

• Uszkodzone urządzenie (np. z powodu zwarcia lub problemu sprzętowego) na magistrali I2C może zablokować całą magistralę.

• Projekty wielokanałowe zapobiegają wpływowi wadliwych urządzeń na inne kanały, zwiększając niezawodność systemu i odporność na awarie.

6. Popraw integralność sygnału

• Projekty wielokanałowe minimalizują problemy takie jak utrata sygnału, przesłuchy i zakłócenia spowodowane podłączeniem zbyt wielu urządzeń do jednej magistrali.

• Każdy kanał może łączyć się z określonymi urządzeniami, zapobiegając przeciążeniu magistrali, poprawiając jakość sygnału i zapewniając niezawodną transmisję danych.

7. Obsługa dynamicznej zmiany urządzeń

• Używanie multiplekserów umożliwia dynamiczne przełączanie kanałów oparte na oprogramowaniu, co pozwala na dostęp do różnych urządzeń podrzędnych w razie potrzeby.

• Ta adaptacyjna metoda przełączania jest idealna dla aplikacji wymagających dostępu w czasie rzeczywistym do wielu urządzeń, w tym do zbierania danych z wielu czujników oraz systemów sterowania przemysłowego.

8. Uprość projektowanie sprzętu

• Wielokanałowy I2C zmniejsza złożoność okablowania w projektowaniu sprzętu, eliminując konieczność stosowania oddzielnej magistrali dla każdego urządzenia.

• Ta metoda obniża koszty rozwoju i oszczędza miejsce na PCB, co czyni ją odpowiednią dla kompaktowych i wrażliwych na budżet zastosowań.

Liczba urządzeń I2C, które mogą być podłączone do jednej magistrali, zależy od kilku czynników, w tym schematu adresowania, ograniczeń elektrycznych oraz użycia sprzętu takiego jak multipleksery. Przy standardowym 7-bitowym adresie I2C dostępnych jest do 112 użytecznych adresów urządzeń, podczas gdy adresy 10-bitowe mogą obsługiwać do 1 024 adresów. Jednak praktyczne ograniczenia narzucone przez czynniki elektryczne, takie jak pojemność magistrali (która ma maksymalnie 400 pF) oraz siła rezystorów podciągających, zazwyczaj ograniczają liczbę urządzeń do od 5 do 20 na jednej magistrali. Dzięki użyciu multiplekserów, takich jak PCA9548A, to ograniczenie może zostać znacznie rozszerzone. Multipleksery mogą izolować urządzenia na wielu kanałach, umożliwiając podłączenie setek, a nawet tysięcy urządzeń w systemach na dużą skalę.

P4: Ile urządzeń I2C można podłączyć?

A4:

Aby zwiększyć odległość magistrali I2C, można zmniejszyć prędkość zegara, aby obniżyć wymagania dotyczące czasu sygnału, użyć rezystorów podciągających o niższej wartości, aby wzmocnić integralność sygnału lub zastosować rozszerzacze magistrali I2C takie jak P82B715 lub PCA9600, aby wzmocnić sygnały i skompensować pojemność. Zastosowanie sygnalizacji różnicowej z modułami takimi jak PCA9615 pomaga zmniejszyć zakłócenia na długich dystansach, podczas gdy ekranowane lub skręcone pary kabli minimalizują zakłócenia elektromagnetyczne. Użycie multiplekserów lub repeaterów I2C dzieli magistralę na krótsze segmenty lub regeneruje sygnały, aby utrzymać niezawodność. Dla bardzo długich odległości warto rozważyć przejście na protokoły takie jak RS-485 lub CAN, które są lepiej przystosowane do takich scenariuszy.