Module I2C Extend Click MIKROE-4207 pour I2C longue distance Images
Ce module Click Board intègre un circuit spécialisé de type LTC4331 lequel permet d'étendre le bus de communication I2C sur une longue distance. -3
Le I2C Extend Click (MIKROE-4207) est un module au format mikroBUS™ qui prolonge un bus I²C sur une liaison différentielle point à point : jusqu'à 1200 m de câble, horloge série jusqu'à 1 MHz, protection ESD de ±40 kV sur les broches de liaison. Le circuit embarqué est le LTC4331 d'Analog Devices.
L'I²C n'a jamais été pensé pour sortir d'une carte. Au-delà de quelques dizaines de centimètres, la capacité parasite arrondit les fronts, le bruit s'invite sur SDA, et le bus finit par se bloquer. Le LTC4331 contourne le problème plutôt qu'il ne l'atténue : il n'étend pas les lignes I²C, il les transpose sur une liaison différentielle robuste, protégée contre les défauts jusqu'à ±60 V. Deux modules travaillent en tandem, un en local, un en distant, reliés par une simple paire torsadée avec connecteurs RJ45 — le même câblage que celui d'un réseau Ethernet.
Spécifications visuelles du I2C Extend Click MIKROE-4207
Le LTC4331 d'Analog Devices est un extendeur d'esclave I²C et SMBus fonctionnant en point à point sur une liaison différentielle. Son émetteur-récepteur différentiel tolère des défauts jusqu'à ±60 V et encaisse ±40 kV d'ESD sur les broches de liaison, ce qui explique son usage en environnement industriel bruité.
La portée dépend du débit choisi sur la liaison. Le cavalier SPEED SEL fixe cette vitesse ; à débit réduit, l'extension atteint 1200 m. Cette valeur reste théorique : la qualité du câble, l'humidité et le niveau de bruit ambiant la font varier. Côté bus I²C, l'horloge série monte jusqu'à 1 MHz, ce qui couvre les modes Standard, Fast et Fast-Plus.
Le module se câble sur le socket via SDA, SCL, INT, plus une broche de contrôle sélectionnable par l'interrupteur PIN SEL : soit RST, soit CS. Ce signal CTRL est recopié d'un côté à l'autre de la liaison, ce qui donne un fil de commande gratuit en plus du bus. La broche INT change de nature selon le mode : sortie à drain ouvert côté local, entrée côté distant. Une interruption levée par un esclave lointain remonte donc jusqu'au maître.
L'interrupteur MODE SEL définit le rôle du module : position LCL pour le mode local (le module se comporte en esclave I²C vis-à-vis du maître), position RMT pour le mode distant (il devient maître du segment aval). Deux cavaliers ADDR SEL fixent l'adresse. Trois LED renseignent sur l'état : PWR (LD1), RDY (LD2) qui s'allume une fois l'interface I²C raccordée au bus, et LINK (LD3) qui confirme l'établissement de la liaison différentielle. Ces deux dernières font gagner un temps considérable au diagnostic.
L'alimentation accepte 3,3 V à 5,5 V ; le cavalier VCC SEL choisit la tension logique, 3,3 V ou 5 V. Le circuit imprimé mesure 57,15 × 25,4 mm (taille L du standard mikroBUS Add-on Board). Référence fabricant : MIKROE-4207.
N'importe quelle carte à socket mikroBUS™ accueille le module sans adaptation : Clicker, EasyMx, Fusion, UNI-DS et les autres cartes hôtes de MikroElektronika. Une remarque de taille, au sens propre : le format L occupe davantage d'espace que la moyenne des Click boards, ce qui peut gêner sur une carte à sockets rapprochés.
La contrainte réelle tient ailleurs. Une liaison étendue réclame deux modules, jamais un seul : l'un configuré en LCL près du maître, l'autre en RMT près des esclaves. Prévoyez donc la paire dès la conception du projet, ainsi qu'un câble réseau standard pour les relier. Le module distant peut ensuite piloter n'importe quel esclave I²C — capteurs, horloges, mémoires, autres Click boards.
Côté outillage logiciel, la bibliothèque mikroSDK est fournie et s'intègre aux compilateurs MikroElektronika comme à NECTO Studio.
Il déplace la limite de portée de l'I²C d'un facteur mille, sans changer une ligne du code applicatif. Le maître croit dialoguer avec un esclave local ; en réalité, l'esclave se trouve à l'autre bout du bâtiment.
Les solutions habituelles pour rallonger un bus I²C — répéteurs, tampons, réduction de fréquence — repoussent l'échéance de quelques mètres. Le LTC4331 raisonne autrement : la liaison longue distance n'est plus de l'I²C, mais un lien différentiel dédié, insensible au bruit de mode commun. Les protections en découlent : ±60 V en défaut, ±40 kV en décharge électrostatique. Sur une installation qui longe des câbles de puissance, l'écart avec un simple répéteur se mesure en fiabilité, pas en mètres.
La transparence du montage est le second atout. La recopie du signal CTRL et le report des interruptions font que le segment distant se comporte comme s'il était sur la carte. Un capteur qui lève son interruption à 800 m prévient le maître aussi sûrement qu'à 8 cm.
Deux réserves, tout de même. Le fonctionnement est strictement point à point : pas de topologie en étoile ni de bus multipoint, une paire de modules par branche. Et le débit sur la liaison conditionne la portée, ce qui impose un arbitrage : les 1200 m annoncés ne se tiennent pas à la vitesse maximale.
Le module s'adresse à tous les montages où le capteur ne peut pas se trouver près du microcontrôleur.
Sondes de température réparties dans un entrepôt, capteurs de pression en fond de cuve, mesures d'ambiance en salle blanche : le maître reste au poste de commande, l'électronique de mesure va où le phénomène se produit. Un câble réseau suffit pour la liaison.
Les pilotes de LED à interface I²C se placent au plus près des luminaires plutôt que dans une armoire centrale, ce qui raccourcit les câbles de puissance. Le bus de commande, lui, franchit la distance sur paire torsadée.
Potentiomètres numériques, égaliseurs et sélecteurs de source pilotés en I²C depuis une régie éloignée. Le lien différentiel encaisse la proximité des câbles d'enceintes sans se transformer en antenne.
Extensions d'entrées-sorties, convertisseurs analogique-numérique et horloges temps réel installés dans une machine, tandis que la carte de calcul reste dans l'armoire électrique. La protection ±60 V prend ici tout son sens.
Une centrale inertielle ou un capteur d'accélération monté sur un banc vibrant, relié à la carte de traitement placée hors zone. L'exemple officiel du fabricant fait précisément cela : un module 6DOF IMU raccordé au I2C Extend Click distant, lu depuis le module local via un câble réseau.
En travaux pratiques, la paire local/distant permet de montrer concrètement pourquoi un bus court-portée ne franchit pas les distances industrielles, et comment une couche physique différentielle règle la question. Les LED RDY et LINK rendent le diagnostic visible sans oscilloscope.
Commencez par les interrupteurs, avant même le premier octet de code. Sur le module côté maître, placez MODE SEL en position LCL ; sur le module côté capteurs, en position RMT. Une inversion à ce stade et la liaison ne s'établira jamais, sans message d'erreur pour vous le dire.
Réglez ensuite VCC SEL sur la tension logique de chaque carte hôte, puis SPEED SEL à l'identique sur les deux modules : les vitesses de liaison doivent correspondre. Les cavaliers ADDR SEL fixent l'adresse du module local sur le bus du maître. L'interrupteur PIN SEL choisit enfin quelle broche mikroBUS, RST ou CS, porte le signal CTRL recopié.
Reliez les deux cartes par un câble réseau, puis observez les LED. LINK allumée signifie que le lien différentiel est établi ; RDY allumée signifie que l'interface I²C a rejoint le bus. Tant que LINK reste éteinte, inutile de chercher dans le code : le problème est câblage, mode ou vitesse.
La bibliothèque mikroSDK fournit les fonctions d'écriture et de lecture génériques, ainsi qu'une lecture spécifique au mode distant qui prend en argument l'adresse de l'esclave visé. Le paquet se récupère depuis le gestionnaire de paquets de NECTO Studio, depuis LibStock ou depuis le dépôt GitHub de la marque.
Au-delà des cartes à socket mikroBUS™, le I2C Extend Click se pilote depuis les principales plateformes maker à l'aide d'un shield d'adaptation, qui reporte le brochage mikroBUS sur les connecteurs de la carte.
Avec un Arduino UNO ou un Arduino Mega 2560, basculez VCC SEL en 5 V. Sur Teensy et Raspberry Pi, restez en 3,3 V. Le module acceptant les deux niveaux logiques, une carte micro:bit convient également.
Un point d'organisation à ne pas négliger : la paire de modules réclame deux shields d'adaptation si les deux extrémités reposent sur des cartes non-mikroBUS. Rien n'empêche en revanche de panacher — un Clicker natif côté distant, un Arduino avec shield côté maître.
I2C Extend Click utilisable avec Arduino, Raspberry Pi, micro:bit et Teensy via un shield d'adaptation mikroBUS™
La page produit du fabricant détaille l'application de démonstration : deux I2C Extend Click reliés par un câble réseau, l'un en mode local sur le socket mikroBUS, l'autre en mode distant portant un module 6DOF IMU 11. Le programme lit les axes de l'accéléromètre et du magnétomètre à travers la liaison, puis les affiche sur terminal série. C'est le montage à reproduire pour valider une première liaison.
I2C Extend Click sur mikroe.com
Le dépôt officiel des bibliothèques mikroSDK contient le pilote du module, ses en-têtes et son exemple d'application. Utile pour lire l'implémentation réelle des accès en mode distant avant de porter le code vers un autre environnement.
Bibliothèques Click mikroSDK v2 sur GitHub
Deux. La liaison est point à point : un module configuré en mode local (LCL) près du maître I²C, un second en mode distant (RMT) près des esclaves, les deux reliés par une paire torsadée. Un module seul ne sert à rien. Prévoyez la paire dès le budget du projet.
Jusqu'à 1200 m, mais cette valeur suppose une vitesse de liaison basse, sélectionnée par le cavalier SPEED SEL. La qualité du câble, l'humidité et le bruit ambiant jouent aussi. À vitesse élevée, la portée utile diminue nettement. Le compromis débit/distance se règle au cas par cas.
Un câble à paire torsadée standard avec connecteurs RJ45, identique à un câble réseau Ethernet. Aucune réalisation de câble spécifique n'est nécessaire, ce qui simplifie l'installation et le remplacement en cas d'incident.
Oui. La broche INT fonctionne en entrée côté distant et en sortie à drain ouvert côté local. Un signal levé par un esclave éloigné est transporté par la liaison différentielle et reproduit sur la broche INT du module local, où il peut être raccordé à une ligne d'interruption partagée.
Au diagnostic. LINK s'allume quand la liaison différentielle est établie entre les deux modules ; RDY s'allume quand l'interface I²C du LTC4331 a rejoint le bus. Si LINK reste éteinte, le problème vient du câblage, du réglage des modes ou d'un désaccord de vitesse — pas du code.
Oui, via un shield d'adaptation mikroBUS. Placez le cavalier VCC SEL en 5 V. Un Teensy, un Raspberry Pi ou une micro:bit conviennent également, en 3,3 V. Si les deux extrémités de la liaison reposent sur des cartes non-mikroBUS, comptez deux shields.
Pas directement avec un seul couple de modules : le LTC4331 travaille en point à point, pas en topologie multipoint. Chaque branche distante réclame sa propre paire local/distant. Pour répartir un bus sur plusieurs directions, un multiplexeur I²C placé côté maître reste la solution la plus simple.
Note d'application Click Board™ et Arduino™ (TOME 1)
Note d'application Click Board™ et Arduino™ (TOME 2)
Téléchargez également les fichiers sources de ces notes d'applications
Les modules Click™ Board sont utilisés dans les établissements scolaires !
Lextronic propose également désormais aux professeurs de recevoir (par email) et sur simple demande différents TP leur permettant de mettre en oeuvre divers modules Click Board avec une platine arduino UNO.
En tant que professeur, il vous suffit de nous adresser votre demande via notre adresse email lextronic@lextronic.fr (en précisant le nom et l'adresse de votre établissement) - Seules les demandes en provenance d'une adresse email académique seront traitées (les demandes via des comptes free, gmail, hotmail, etc... ne pourront pas être traitées - Merci de votre compréhension).
Ces différents TP sont composés: d'une documentation technique, des programmes Arduino™, des schémas (sous Proteus) et des corrigés
Idéalement conçue pour le prototypage rapide, l'apprentissage et l'évaluation, cette platine Shield est destinée à venir s'enficher sur une carte Arduino® Mega2560 afin que vous puissiez y insérer jusqu'à 3 modules Click Board.
Idéalement conçue pour le prototypage rapide, l'apprentissage et l'évaluation, cette platine Shield est destinée à venir s'enficher sur une platine Raspberry (B+/2/3/+B+/4) afin que vous puissiez y insérer jusqu'à 2 modules Click Board.
La platine Flip & click partage beaucoup de l'ADN d'un Arduino®. En premier lieu de part son microcontrôleur Atmel™ 32-bit MCU AT91SAM3X8E (comme sur l'Arduino® DUE™) et de part son brochage identique à celui d'un Arduino® Uno 328.
Idéalement conçue pour le prototypage rapide, l'apprentissage et l'évaluation, cette platine Shield est destinée à venir s'enficher sur une carte Arduino ® uno, R4, Minima ou Leonardo ou CB210 afin que vous puissiez y insérer jusqu'à 2 modules Click Board.
Le starter-kit "EasyMx PRO v7" est probablement l'outil de développement pour microcontrôleurs STM32® ARM® Cortex™-M3 et Cortex-M4 doté du meilleur rapport qualité / prix du marché.
Ce starter-kit professionnel est spécialement conçu pour pouvoir développer sur les microcontrôleurs Atmel™ 8, 14, 20, 28 et 40 broches de la famille AVR™.
Bénéficiant d'une documentation complète et détaillée, le starter-kit "EasyPIC for dsPIC30" est probablement l'outil de développement pour microcontrôleurs dsPIC30 doté du meilleur rapport qualité / prix du marché.
Bénéficiant d'une documentation très complète, le starter-kit "EasyPIC7" est probablement l'outil de développement pour microcontrôleurs PIC® 8 à 40 broches doté du meilleur rapport qualité / prix du marché.
Le starter-kit "EasyPIC Fusion™ v7" est probablement l'outil de développement pour microcontrôleurs dsPIC®, PIC24 et PIC32 doté du meilleur rapport qualité / prix du marché.
