はじめての電子工作で知っておくべきこと：⑤6-9 センサーとの通信 ～「Raspberry Pi で遊ぼう 第4版」の補足知識～

センサー部品との通信

• 1-wire
• SPI
• i2c
• UART

1-Wire

#dtoverlay=w1-gpio-pullup,gpiopin=4

#w1-gpio
#w1-therm

• クロックは使わず、マスタの通信開始からのタイミングでスレーブが応答。
• チップ固有の 64bit ROM ID で、スレーブを区別。
• 同一バスに複数デバイス可。

i2c

http://startelc.com/usef/usef_amTr.html

• I2Cデバイスはオープンドレインとし、信号線はプルアップ。
• そのため、全デバイスがHighのときだけ信号線はHigh(ひとつでもLowだと信号線はLow)
• マルチマスタ可
• 1クロックにつき 1bit のデータ転送 ⇒ 速度はクロック速度に比例。
  

  標準モード	0～100kbit/sec
  ファーストモード	400kbit/sec
  ハイスピードモード	3.4Mbit/sec

• クロックはマスタが生成。
• SCLがHighの時にSDAをHighからLowに変化させることで転送が開始(スタートコンディション)
• SCLがHighの時にSDAをLowからHighに変化させることでデータの転送を終了(ストップコンディション)
• SCLがHighの時のSDAのレベルによって、論理が0(SDA=Low)か1(SDA=High)かが決定。
• SCLがHighの間、SDAのレベルは一定でなければなりません。SDAのレベルを変更できるのは、SCLがLowの時だけ
• ACKが必要(SDAをLowに）

UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)

• 通信速度 ： 9600bps、19200bps、57600bps(Arduino)、115200bps(シリアルコンソール)など
• データビット数 ： 通常8bit。７bitは稀。
• パリティビット： 
• ストップビットの数 １ビットまたは２ビットを選択します。 基本は１ビットです。

dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line
T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line
#T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

Package: systemd-sysv
Pin: release o=Debian
Pin-Priority: -1

• １バイト８ビットのデータを１本の電線で送るために、時系列にデータを分解して、１ビットづつ出力（送信）または入力（受信）します。 
• 最近のほとんどのマイコンには、UART機能が搭載されています。マイコンメーカーによってはＵＡＲＴ以外に独自の呼び方をするメーカーもあり、PICはＵＳＡＲＴと呼び、ルネサス製Ｈ８マイコンはUART機能を持った内蔵デバイスのことをＳＣＩといいます。これは、各メーカーでUARTの機能以外にも各社独自の機能を付け足していることが多いため、純粋なUARTと区別する意味もあるのではないかと思います。 
• ＵＡＲＴで扱う信号の電圧がＴＴＬやＣＭＯＳ ＩＣと同じ電圧レベルであるため、中にはＵＡＲＴのことをＴＴＬ、ＣＭＯＳやロジックと呼ぶ方もいるようです。 
• UARTは送信・受信・ＧＮＤの３線式構成
• ただし、３線方式はノイズに弱いため遠距離の通信には向いていません。
• 通信速度や使用する周囲環境にもよりますが数ｍ以上の通信には不向きと思った方がよいでしょう。 
• 基本的にはＴＸ端子を相手のＲＸ端子に接続。
• 回路図中のＲ１とＲ２は、電源を入れた瞬間などで誤通信する可能性があるので、それを防ぐ意味でプルアップ抵抗をいれてあります。 マイコン間の配線が数十ｃｍ以上ある場合は、ノイズ耐性を上げるためにも入れたほうが無難です。ソフトウエア等で誤通信をフィルタリング出来る場合などは不要な事もあります。

SPI(Serial Peripheral Interface)

• シリアルクロック(SCLK)
• マスタアウトプット/スレーブインプット(MOSI)
• マスタインプット/スレーブアウトプット(MISO)
• スレーブセレクト(SS)

• マルチマスタなマスタ-スレーブ
• 通信は必ずマスタが開始
• マスタは、通信をおこなうスレーブをSS信号によって特定。
• スレーブ1つにつき1本のSS信号を接続。
• 1クロックにつき1bitのデータ転送
• データ転送速度はクロックの速度による
• データの転送は、マスタがSS信号をアサートすることで開始。
• SCLK信号に同期して、マスターからスレーブへのデータをMOSIに出力し、スレーブからマスタへのデータをMISOから入力。
• データの入出力をおこなう線が分かれているため、全二重の通信をおこなうことができます。
• 1度の転送で送受信できるビット数はデバイスごとに異なり、SPIプロトコルとしての制限はありません。 
• SPIでは、クロックのポラリティとフェーズを指定できます。
• それぞれの設定をCPOLとCPHAで表します。 
• CPOL=0: クロックを出力していないときSCLKをLowに保ちます。 
• CPHA=0: クロックの立ち上がりでデータをラッチします。 
• CPHA=1: クロックの立ち下がりでデータをラッチします。 
• CPOL=1: クロックを出力していないときSCLKをHighに保ちます。
• CPHA=0: クロックの立ち下がりでデータをラッチします。
• CPHA=1: クロックの立ち上がりでデータをラッチします。
• CPOLとCPHAの組み合わせを、SPIモードで表現する場合もあります。

ラベル: Raspberry pi , 更新休眠中

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