コネクタ動物園: I2C エコシステム

I2Cは素晴らしいインターフェースです。 4 本のワイヤと 2 つの GPIO だけで、多数のセンサーやデバイスを並列接続できます。 I2C は、基本的にどこでも、すべての電話、ラップトップ、デスクトップ、および内部に複数の IC を搭載したあらゆるデバイスで使用されているのを目にすることができます。また、ほとんどのマイクロコントローラーには、ハードウェアに I2C サポートが組み込まれています。 その結果、I2C を使用できる興味深く便利なデバイスが無数に存在します。 場合によっては、メーカー対応企業が、標準化されたピン配置とコネクタを使用して、自社が製造する I2C デバイス ブレークアウト用のプラグ アンド プレイ インターフェイスを作成することがあります。

標準のピン配置に従うことは、独自のピン配置を考案するよりもはるかに優れており、中国製の汎用 I2C モジュールの一貫性のないピン ヘッダーのピン配置に関する経験は、確実にそれを反映しています。 モジュールのシルクスクリーンを見てピンヘッダを半田付けするという通常のハードルとは対照的に、数ドルで購入した MPU9050、MLX90614、または HMC5883L ブレークアウトに I2C 搭載コネクタを 1 つ差し込むだけで済むとしたら、素晴らしいと思いませんか?メスヘッダーを正しいピンに慎重に配置しますか?

他の標準と同様に、I2C オン コネクタの規則に関して言えば、複数の規則があり、それぞれに長所と短所があることはご想像のとおりです。 15 個には至りませんが、6 個半は確実にあります。 これらはほとんど相互互換性があり、これらを利用すると、非常に強力な周辺機器に簡単にアクセスできるようになります。 小さな違いしかなく、最も頻繁に遭遇することになる 2 つのエコシステムから始めましょう。

4 ピン JST-SH (1mm ピッチ) コネクタに基づく I2C モジュールの 2 つのエコシステムがあり、非常に互換性があります。 そのうちの 1 つは Sparkfun の QWIIC で、もう 1 つは Adafruit の STEMMA QT (「キューティー」と発音) です。 JST-SH 4 ピン コネクタをいくつか用意していれば、どちらも PCB に簡単に追加できます。 さらに、Adafruit コネクタと Sparkfun コネクタのピン配置は同じです。

使用されているコネクタは JST-SH、表面実装、1 mm ピッチです。 同社の JST ファミリは SR/SH で、オリジナルの JST 部品の部品番号は SM04B-SRSS-TB ですが、LCSC で「1x4P SH 1mm」の検索語を使用すると、同じ寸法の安価なサードパーティ製コネクタを見つけることができます。 QWIIC と STEMMA の両方に、独自のデザインを行うときに参照するページがあります。 さて、両者の違いは何でしょうか？

QWIIC は、ホスト (つまり、電力を供給する MCU ボード) 側とデバイス (つまり、電力を消費するセンサー) 側の両方で 3.3 V に制限します。これは合理的な決定であり、物事を大幅に簡素化します。 現在、私たちが使用しているデバイスの圧倒的多数は 3.3 V であり、レベルシフトの問題はほとんど前例がありません。 おそらく、最終的に 1.8 V に移行すると、この状況が大きく変わるでしょうが、まだそこには達しておらず、LED の順方向電圧などの要因により、いずれにせよ、そこに到達したプロジェクトには 1.8 V より高い何らかのリファレンスが必要になります。 つまり、3.3 V 電源と 2 つの 3.3 V ロジック レベル I2C 信号が 1 つのコネクタに接続されており、単純明快です。 おそらく、コネクタ自体以外に追加のコンポーネントは必要なく、センサーまたは MCU ボードに QWIIC をすでに追加できる可能性があります。

対照的に、STEMMA QT は、他の Adafruit 製品と同様に、教育的および利便性の価値を拡張するように構築されています。 そのため、3.3 V ～ 5 V の電力およびロジック レベルの範囲で動作するように設計されたデバイスを備えた 5 V ホストが可能になり、Arduino Uno がゲームから取り残されることがなくなります。 これが可能になるのは、各モジュールに AP2112K や MIC5219 などの低ドロップアウト電圧レギュレータが搭載されており、ボードに 3.3 V を供給するときにほぼ 3.3 V を維持できるからです。Arduino Uno のような 5 V ホストを除けば、理由は簡単です。 、STEMMA デバイスを、I2C 対応のサーボや RGB ストリップなど、電力を大量に消費するデバイスとチェーンすることもできます。 要するに、どんな種類のチェーンであっても、何かを何かに接続しても、魔法の煙が逃げてはなりません。これは、メーカーのプロジェクトの TODO リストにほとんど載っていない出来事です。 STEMMA QT のもう 1 つの利点は、デバイスのボード サイズが標準化されていることです。これにより、新しいセンサーが届く前にプロジェクトに機械的に簡単に統合できるようになり、この STEMMA Qt 3D 印刷可能なホットスワップ ソケットのような気の利いたハックが生まれます。