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2023.07.16

YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。

うぷ主の開発環境は、CLIが中心で、Visual Studio Code や eclipse は使用しません。 したがって、チェックポイント的なことや結果表示は、print()系関数を用いることになりますが、シリアル出力を用いたくないことも多々あります。 シリアル入出力は、HardwareSerial, SoftwareSerial, USBCDC などマイコンに依存し、シリアル名もSerial, Serial1, Serial2 など様々です。 このシリアル通信を利用してしまうと、ソースコードの移植性が低下してしまいます。
そこで、今回はI2Cを利用した出力表示を行ってみます。

●概要図


●Adafruit QT Py - SAMD21 Dev Board with STEMMA QT
I2Cスレーブ用マイコンには、SparkFun Qwiic 互換の STEMMA QT コネクタを実装している QT Py SAMD21 を使いました。
ATSAMD21E18 32-bit Cortex M0+ - 48 MHz 32 bit processor with 256KB Flash and 32 KB RAM
SparkFun Qwiic-compatible STEMMA QT connectors for the I2C bus

●Pinout


Power Pins
3V - this is the regulated output from the onboard regulator. You can draw 500mA
5V - This is 5v out from the USB port. You can also use this as a voltage input but you must have some sort of diode (schottky, signal, power, really anything) between your external power source and this pin with anode to battery, cathode to 5V pin. Note that you cannot power the USB port by supplying 5V to this pin: there is a protection diode that prevents the 5V from reaching the USB connector. This is to protect host computer USB ports, etc. You can draw 1A peak through the diode, but we recommend keeping it lower than that, about 500mA
GND - Power/data/signal ground
Input/Output Pins
General Purpose / Analog Inputs
A0 / D0 - Digital/analog GPIO pin 0. Can act as a true analog output with 10 bit precision, but does not have PWM. Can also be a capacitive touch input.
A1 / D1 - Digital/analog GPIO pin 1. Can be a capacitive touch input or an AREF pin.
A2 / D2 - Digital/analog GPIO pin 2. Can act as PWM or capacitive touch input.
A3 / D3 - Digital/analog GPIO pin 3. Can act as PWM or capacitive touch input.
I2C Pins
SDA / D4 - This is the I2C data pin and digital pin 4, can also be a PWM. There is no analog on this pin! There's no pull up on this pin by default so when using with I2C, you may need a 2.2K-10K pullup on each to 3.3V. All our STEMMA QT breakouts have the pullup installed on the breakout PCB.
SCL / D5 - This is the I2C clock pin and digital pin 5, can also be a PWM. There is no analog on this pin! There's no pull up on this pin by default so when using with I2C, you may need a 2.2K-10K pullup on each to 3.3V
STEMMA QT - This connector allows you to connect over I2C (without soldering!) to breakout boards with STEMMA QT connectors or to other things with various associated accessories. In CircuitPython, you can use the STEMMA connector with board.SCL and board.SDA, or board.STEMMA_I2C().
Hardware Serial Pins
TX / A6 / D6 - Transmit (output) for Serial1. Also analog/digital GPIO 6. Can act as PWM or capacitive touch input.
RX / A7 / D7 - Receive (input) for Serial1. Also analog/digital GPIO 7. Can act as PWM or capacitive touch input.
SPI Pins
SCK / A8 / D8 - Hardware SPI clock pin. Also analog/digital GPIO 8. Can act as PWM output.
MI / A9 / D9 - Hardware SPI MISO microcontroller in serial out pin. Also analog/digital GPIO 9. Can act as PWM output.
MO / A10 / D10 - Hardware SPI MOSI microcontroller out serial in pin. Also analog/digital GPIO 10. Can act as PWM output.
Onboard Neopixel pins
There is a very tiny NeoPixel that is connected to digital pin 11 for signal. If you would like to turn off the pixel for low power usage, set pin 12 low. By default pin 12 is set high for you by Arduino/CircuitPython
Capacitive touch pins
A0, A1, A2, A3, A6 (TX), A7 (RX) can be capacitive touch pins without the need for a separate driver pin.
Analog output pin
Only A0 can be a true analog output (not PWM!) at 10-bit resolution
Analog input pins
All pins except for SDA/SCL can be analog inputs with 12-bit read resolution
PWM output pins
Only A0 and A1 cannot be PWM output
I2S pins
Data pin is RX
Bit Clock pin is MOSI
Word Select pin is SCK
Only one data pin is available so you cannot have both I2S input and output.

●HC-06 Bluetooth Serial Port Module
ItsyBitsy 32u4 をこのモジュールにシリアル接続して、パソコンとBluetooth通信を行います。
Bluetooth 2.0 serial port module.
MODELHC-06
Work band2.4G
Communication interfaceUART3.3V TTL
Working voltage3.6~6V
Air Speed2Mbps
Communication level3.3V
Communication current40mA
Receiving sensitivity-85dBm @ 2Mbps
Reference distance10m


HC-06の設定および接続方法は下記をご覧ください。
文字化けしないキーボード

 SAMD21  -  HC-06 
RX  -  TXD
TX  -  RXD
GND  -  GND
3V  -  VCC


ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO

$ mkdir -p ~/QTPySAMD21/HC_06
$ cd ~/QTPySAMD21/HC_06
$ pio init -b adafruit_qt_py_m0

$ vi src/i2c_slave.ino
#include <Wire.h>

#define SLAVE_ADDR 0x77
#define BAUDRATE   38400

uint8_t busyFlag = 0 ;  // 0-Ready : 1-Busy
char    buf[64];

void i2c_receive(int numBytes)
{
	char *pt = buf;
	while (Wire.available()){
		*pt = Wire.read();
		pt++;
	}
	busyFlag = 1;
	*pt = 0x00;
	Serial1.print(buf);
	busyFlag = 0;

}

void i2c_send()
{
	Wire.write(busyFlag);
}

void setup()
{
	Serial1.begin(BAUDRATE);
	Wire.begin(SLAVE_ADDR);

	Wire.onReceive(i2c_receive);
	Wire.onRequest(i2c_send);

	Serial1.write("I2C SLAVE STARTED\n");
}

void loop() {}

$ pio run -t upload

I2Cの7bit形式で設定可能なアドレスは8〜119(0x08〜0x77)の111種類です。
I2C予約アドレス
0x00全体への指示出しのため
0x01CBUS対応のため
0x02異なるBUS対応のため
0x03将来利用予定
0x04, 0x05, 0x06, 0x07高速モードで利用
0x78, 0x79, 0x7A, 0x7B10bitアドレスモードで利用
0x7C, 0x7D, 0x7E, 0x7F将来利用予定
試行錯誤な日々


パソコンのTeraTermと接続して、QT Py SAMD21のリセットボタンを押すと、端末上にスレーブ起動のメッセージが表示されます。

●FeatherS2 - ESP32-S2 by Unexpected Maker
運用側(I2Cマスタ)にも、QWIICコネクタのあるFeatherS2を使用しました。


・32-bit 240 MHz single-core processor
・16 MB SPI Flash
・8 MB extra PSRAM
・2.4 GHz Wi-Fi - 802.11b/g/n

$ mkdir -p ~/FeatherS2/I2C
$ cd ~/FeatherS2/I2Ct
$ pio init -b um_feathers2

$ vi src/debug_print.ino
#include <Wire.h>

#define SLAVE_ADDR 0x77

void debug_print(const char* format, ...)
{
	va_list args;
	char buf[256];
	va_start(args, format);
	vsprintf(buf,format,args);
	va_end(args);

	Wire.beginTransmission(SLAVE_ADDR);
	Wire.write(buf);
	Wire.endTransmission();
}

void setup()
{
	Wire.begin();

	debug_print("Date : %04d/%02d/%02d %02d:%02d:%02d\n",2023,7,4,14,9,20);
}

void loop() {}
$ pio run -t upload


I2Cスレーブ側の QT Py SAMD21 と 運用側 FeatherS2 を QWiicケーブルで接続すると、運用側からの電源供給により、QT Py SAMD21 が稼働します。


運用側マイコンをリセットすると、debug_print()関数の編集文字列がI2Cスレーブ経由、Bluetooth接続により端末に表示されます。

●補足
debug_print()内の書式指定は、C言語のprintf()と同様です。 ESP32系は問題ないのですが、Arduino の場合は浮動小数を扱えません。

■参考文献
Arduino同士をI2C接続 ~I2C SLAVE~
Arduino IDE(Wire: onReceive関数の使い方
Arduinoを使いBluetooth通信をやってみる!HC-05/HC-06 Bluetoothモジュールの使い方!
 Raspberry Pi(ラズベリー パイ)は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。
2019.12.19 ファイル共有 dokany + Win-sshfs
2019.12.26 Arduino開発環境構築 PlatformIO
2022.02.08 Zero 2 W と Bullseye
2022.07.15 NAS導入とApache2パス設定
2023.04.01 秋月・amazon・PIMORONI・tindie
2023.07.16 ログ表示
2023.10.16 漢字フォントの表示と拡張
2024.04.23 NASリプレース


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