簡単接続！ Arduino を30分で I2C通信 する方法

Arduinoの小さいボードながら、様々なセンサーやアクチュエータとの連携が可能で、プロトタイピングや produkt開発において欠かせない existenceとなっている。そんなArduinoだが、初心者のうちは NightmareのようなI2C通信についての理解や実装に苦戦している人も多い。そんな人々に向けて、今回は超簡単にI2C通信を実現する方法を30分안에習得することができる「簡単接続！Arduinoを30分でI2C通信する方法」を紹介する。

簡単接続！Arduino を30分で I2C通信 する方法

I2C通信は、マイコントローラー間での通信方式の一種です。Arduino を使用して I2C通信 を行うためには、基本的に複数の手順を踏む必要があります。しかし、本記事ではその手順を大幅に簡略化し、30分での I2C通信 の実現を目指します。

I2C通信 の基本

I2C通信 は、マスタースレーブ型の通信方式です。マスター側が信号を送信し、スレーブ側が応答します。I2Cバスには、SCL（ック信号）とSDA（データ信号）の2つの信号線があります。

必要な部品

本記事では、Arduino Uno BOARD と I2C通信possibleなモジュール（例えば、PCF8574 など）を使用します。また、ジャンパー線やブレッドボードも必要です。

I2C通信 possibleなモジュールの選択

I2C通信 possibleなモジュールは多数ありますが、本記事では PCF8574 を例にとります。PCF8574 は、I2Cバスに接続して、8ビットのパラレル信号を生成します。

Arduino の設定

Arduino のプログラムでは、Wire ライブラリを使用して I2C通信 を行います。まずは、Wire ライブラリをインクルードし、I2Cバスに接続するモジュールのアドレスを指定します。

プログラムの実装

以下は、Arduino Uno BOARD と PCF8574 を使用した I2C通信 のプログラムの例です。

上記のプログラムでは、まず Wire.begin() で I2Cバスを初期化し、次に Wire.beginTransmission() で PCF8574 のアドレスを指定します。最後に、Wire.write() でデータを送信し、Wire.endTransmission() で送信を完了します。

ArduinoのI2C通信速度は？

ArduinoのI2C通信速度は、100kHzや400kHzの2つのモードで設定することができます。

I2C通信の基本

I2C通信は、マスターデバイスとスレーブデバイスの間でestyデータをやりとりするための同期型シリアル通信プロトコルです。

1. マスターデバイスがック信号を生成し、スレーブデバイスに送信します。
2. スレーブデバイスは、マスターデバイスから受信したック信号に同期して、データを送信します。
3. マスターデバイスが受信したデータをもとに、スレーブデバイスに対する処理を行います。

ArduinoのI2C通信速度の設定

ArduinoのI2C通信速度は、WireライブラリのsetClock関数を使用して設定することができます。

1. Wire.setClock(100000)；で100kHzモードに設定します。
2. Wire.setClock(400000)；で400kHzモードに設定します。
3. デフォルトでは100kHzモードに設定されています。

I2C通信速度の選択

I2C通信速度の選択は、通信距離や環境によって異なります。

1. 短距離の通信や高速な通信が必要な場合は、400kHzモードを選択します。
2. 長距離の通信やノイズの多い環境では、100kHzモードを選択します。
3. デバイスの仕様に合わせて、適切な通信速度を選択します。

I2Cの最大接続数はいくつですか？

I2Cバスは、マスター・スレーブ構成でマルチマスターモードにも対応しており、7ビットアドレス方式を使用するため、理論的には128個のデバイスを接続することができます。ただし、実際のシステムでは、バスラインの sinking を考慮する必要があり、4mAの Standard モードや20mAの Fast モードなどの駆動能力に応じて接続可能なデバイス数が異なります。

I2Cのアドレッシング方式

I2Cのアドレッシング方式は、7ビットアドレス方式と10ビットアドレス方式の2種類があります。7ビットアドレス方式では、Slave एडapter に/Z割り当てられたアドレスを使用して、マスターが Slave を選択します。一方、10ビットアドレス方式では、Slave のアドレスが拡張され、更に多くのデバイスを接続することができます。

7ビットアドレス方式：128個のデバイスを接続可能
10ビットアドレス方式：1024個のデバイスを接続可能
I2Cバスでは、7ビットアドレス方式が一般的に使用されています

I2Cのバスラインの sinking の影響

I2Cバスでは、バスラインの sinking が影響します。sinking とは、バスライン上の信号をดร Registrar するための電流を指します。Standard モードでは、4mAの sinking が必要です。一方、Fast モードでは、20mAの sinking が必要です。そのため、システムによっては、駆動能力に応じて接続可能なデバイス数が異なります。

Standard モード：4mAの sinking が必要
Fast モード：20mAの sinking が必要
バスラインの sinking を考慮することで、システムの信頼性を高めることができます

I2Cのバスdelayの影響

I2Cバスでは、バスdelayも影響します。バスdelayとは、バスライン上の信号伝搬に必要な時間を指します。バスdelayが長い場合は、システムのック周波数を下げる必要があります。そのため、システムによっては、バスdelayに応じて接続可能なデバイス数が異なります。

バスdelayが長い場合：システムのック周波数を下げる必要があります
バスdelayを短縮することで、システムの高速化を実現できます
I2Cバスでは、バスdelayを考慮することで、システムの信頼性を高めることができます

ArduinoでSPIとI2Cは同時に使えますか？

Arduinoでは、異なる通信プロトコルを同時に使用することができます。SPI（Serial Peripheral Interface）とI2C（Inter-Integrated Circuit）は、異なる通信プロトコルであり、同時に使用することができます。

SPIとI2Cの違い

SPIとI2Cは、通信プロトコルの速度や信頼性に違いがあります。

1. SPIは、高速のシリアル通信プロトコルであり、MASTER-SLAVE構成で通信します。
2. I2Cは、低速のシリアル通信プロトコルであり、MASTER-SLAVE構成で通信します。
3. SPIは、引き込み線を使用して通信するため、ノイズ耐性が高く、高速通信が可能です。

ArduinoでSPIとI2Cを使用するメリット

ArduinoでSPIとI2Cを使用することで、異なるデバイスとの通信が可能になります。

1. 複数のデバイスとの通信が可能になり、システムの拡張性が高まります。
2. 異なる通信プロトコルを使用することで、システムの柔軟性が高まります。
3. デバイスの選択肢が広がり、システムの設計が自由度が高まります。

ArduinoでSPIとI2Cを使用する注意点

ArduinoでSPIとI2Cを使用する際には、注意する点があります。

1. 通信速度の違いにより、システムの動作に影響が出る可能性があります。
2. デバイスの選択には注意し、互換性のあるデバイスを選択する必要があります。
3. プログラムの実装には注意し、通信プロトコルの相互干渉を避ける必要があります。

I2Cで何個まで通信できますか？

I2Cバスは、マスターとスレーブのトポロジーを採用しており、マスターがスレーブを制御する形で通信を行います。理論的には、マスター1つに対して127個のスレーブを接続することができます。However、実際には、バス.LENGTHやノイズ抵抗性の問題により、接続できるスレーブの数は少なくなる場合があります。

I2Cのスレーブアドレス

I2Cのスレーブアドレスは7ビット cordlessで、127個のスレーブを識別することができます。しかし、スレーブアドレスのうち、少なくとも2つの予約アドレスが存在し、これらのアドレスを使用することはできません。

1. 0000000(0x00)：Reserved for general call
2. 1111111(0x7F)：Reserved for START byte

I2Cのバス.LENGTHの影響

I2Cのバス.LENGTHが長くなると、信号の遅延やノイズ抵抗性の問題が生じます。これにより、スレーブが正しく動作しなくなる場合があります。Therefore、バス.LENGTHを短くすることが重要です。

1. バス.LENGTHを短くすることで、信号の遅延を低減することができます。
2. ノイズ抵抗性を高めることで、信号の品質を向上させることができます。
3. スレーブの配置を工夫することで、バス.LENGTHを短くすることができます。

I2Cの実際的なスレーブ数

実際には、I2Cバスに接続できるスレーブの数は、ハードウェアの仕様やシステムの要件によって異なります。<strongInView、一般的に、1つのI2Cバスに8個から16個のスレーブを接続することが推奨されます。

1. ハードウェアの仕様によって、スレーブの数が制限される場合があります。
2. システムの要件によって、スレーブの数を調整する必要があります。
3. スレーブの数を多くすると、バス.LENGTHやノイズ抵抗性の問題が生じます。

よくある質問

Q: Arduino を始めたばかりの人には、I2C通信って何ですか？

I2C通信とは、Integrated Circuitの略で、マイコントローラーやICとの通信を行うバス方式の一種です。Arduinoでは、この通信方式を使用して、さまざまなセンサーーやアクチュエーターと通信することができます。I2C通信のメリットとして、少ないピン数で多くのデバイスと通信することができ、バス状にデバイスを繋げることができるため、回路の設計が簡単になります。

Q: 30分では、I2C通信の設定はできないのではないですか？

30分という時間でI2C通信の設定を行うということは、新しく始めた人にとってはチャレンジングなタスクのように感じるかもしれません。しかし、ArduinoのI2Cライブラリを使用することで、設定の手順を大幅に簡略化することができます。また、基本的な設定を行うためのサンプルコードも提供されています。学習urveを短縮するため、初心者でも簡単にI2C通信を実現することができます。

Q: I2C通信に必要なハードウェアは何ですか？

I2C通信を行うためには、ArduinoボードとI2Cデバイスが必要です。Arduinoボードには、I2Cバス用のピンが Already equippedされています。I2Cデバイスとして、温度センサー、加速度センサー、LEDディスプレイなど、多くのデバイスが対応しています。ハードウェアの選定はプロジェクトの目的や要件によって異なりますが、基本的には、これらのデバイスを購入することができます。

Q: I2C通信のエラーチェックは必要ですか？

エラーチェックは、I2C通信を行う上で非常に重要です。I2C通信では、データの送受信に失敗するエラーが発生する場合があります。そのため、エラーチェックを行うことで、エラーの発生を検出して対処することができます。Arduinoでは、I2Cライブラリがエラーチェック機能を提供しているため、エラーチェックの実装を簡単にすることができます。

レン、「技術分野における最高のガイド」の創設者です。

私は職業としてのエンジニアではありませんが、情熱としてのエンジニアです。技術分野における最高のガイドを立ち上げたのは、デジタル世界のあらゆる知識やリソースを紹介するためです。すべてをよりシンプルで理解しやすい視点から誰にでも伝えられるよう心がけています。