Зоопарк коннекторов: экосистемы I2C

Sep 14, 2023

I2C — замечательный интерфейс. С четырьмя проводами и всего двумя GPIO вы можете подключить множество датчиков и устройств — причем параллельно! Вы увидите, что I2C используется практически везде: в каждом телефоне, ноутбуке, настольном компьютере и любом устройстве с несколькими микросхемами внутри — и большинство микроконтроллеров имеют поддержку I2C, встроенную в их оборудование. В результате появилось множество интересных и полезных устройств, с которыми можно использовать I2C. Иногда компании, работающие с производителями, создают готовые к использованию интерфейсы для производимых ими устройств I2C со стандартизированными выводами и разъемами.

Следовать стандартной распиновке намного лучше, чем изобретать свою собственную, и ваш опыт работы с противоречивыми распиновками разъемов на стандартных модулях I2C из Китая наверняка это отразит. Разве не было бы замечательно, если бы вы могли просто подключить один разъем I2C к коммутационному разъему MPU9050, MLX90614 или HMC5883L, который вы купили за несколько долларов, вместо обычного препятствия, связанного с просмотром шелкографии модуля и припаиванием к нему разъемов контактов. и аккуратно расположить гнездовые разъемы на правильных контактах?

Как и в случае с любым стандартом, когда речь идет о соглашениях I2C-on-a-connector, вы правильно догадались, что их несколько, и все они имеют свои плюсы и минусы. Их не совсем пятнадцать, но шесть с половиной точно есть! Они в основном совместимы, и их использование означает, что вы можете легко получить доступ к некоторым довольно мощным периферийным устройствам. Давайте начнем с двух экосистем, которые имеют лишь незначительные различия и с которыми вы столкнетесь чаще всего!

Существует две экосистемы модулей I2C, основанных на четырехконтактных разъемах JST-SH (шаг 1 мм), и они очень взаимозаменяемы! Один из них — QWIIC от Sparkfun, а другой — STEMMA QT от Adafruit (произносится как «милашка»). Оба из них легко добавить на вашу печатную плату, если у вас есть несколько готовых четырехконтактных разъемов JST-SH. Более того — разъемы Adafruit и Sparkfun имеют одинаковую распиновку!

Используются разъемы JST-SH для поверхностного монтажа с шагом 1 мм. Их семейство JST — SR/SH, а номер оригинальной детали JST — SM04B-SRSS-TB, но вы можете найти дешевые разъемы сторонних производителей с такими же размерами на LCSC, используя условия поиска «1x4P SH 1 мм». И в QWIIC, и в STEMMA есть страницы, на которые можно ссылаться при создании собственных проектов. Итак, каковы различия между ними?

QWIIC ограничивает себя значением 3,3 В как на стороне хоста (т. е. платы MCU, обеспечивающей питание), так и на стороне устройства (т. е. датчика, потребляющего мощность) – разумное решение, значительно упрощающее ситуацию. Подавляющее большинство устройств, с которыми мы работаем в настоящее время, имеют напряжение 3,3 В, до такой степени, что о проблемах со сдвигом уровня практически не слышно. Возможно, окончательный переход на 1,8 В изменит ситуацию, но мы еще не достигли этого, и такие факторы, как прямое напряжение светодиодов, в любом случае потребуют в нашем проекте некоторого опорного напряжения выше 1,8 В, когда мы доберемся до этого. Итак, питание 3,3 В и два сигнала I2C логического уровня 3,3 В на одном разъеме – просто и понятно. Скорее всего, вы уже можете добавить QWIIC к вашему датчику или плате MCU – без каких-либо дополнительных компонентов, кроме самого разъема!

Напротив, STEMMA QT создан для расширения возможной образовательной и удобной ценности, как и другие предложения Adafruit. Таким образом, он позволяет использовать хосты с напряжением 5 В — с устройствами, предназначенными для работы в диапазоне мощности и логического уровня 3,3–5 В, гарантируя, что ваш Arduino Uno не останется в стороне. Это возможно, поскольку каждый модуль имеет стабилизатор напряжения с низким падением напряжения, такой как AP2112K или MIC5219, который помогает поддерживать напряжение почти 3,3 В при подаче на плату напряжения 3,3 В. Причина проста — за исключением хостов с напряжением 5 В, таких как Arduino Uno. , вы также можете объединить свои устройства STEMMA с некоторыми энергоемкими устройствами, такими как сервоприводы с поддержкой I2C или ленты RGB. Короче говоря, подключение чего-либо к чему-либо, с помощью любой цепи не должно приводить к выходу волшебного дыма — событие, которое редко встречается в списке TODO проекта производителя. Еще одним преимуществом STEMMA QT является стандартизация размеров плат устройств, позволяющая легко механически интегрировать новые датчики в проект еще до того, как они доставят вас, а также создание изящных хаков, таких как этот разъем для горячей замены STEMMA Qt, который можно напечатать на 3D-принтере!