Module SPI longue Distance Extend Click MIKROE-4184 Images
Ce module Click Board intègre un circuit spécialisé de type LTC4332 lequel permet d'étendre le bus de communication SPI sur une longue distance.
Le SPI Extend Click (MIKROE-4184) est un module au format mikroBUS™ qui prolonge un bus SPI sur de longues distances : jusqu'à 1200 m de câble à paires torsadées, à une fréquence d'horloge de 2 MHz, autour du LTC4332 d'Analog Devices.
Le SPI n'a jamais été prévu pour sortir de la carte. Au-delà de quelques dizaines de centimètres, la ligne se dégrade, les fronts s'arrondissent et le moindre écart de potentiel entre deux masses fausse la lecture. Le LTC4332 contourne le problème en convertissant les quatre signaux SPI, plus l'interruption, en liaisons différentielles transportées sur deux paires torsadées. Les émetteurs-récepteurs tolèrent des défauts jusqu'à ±60 V et acceptent une plage de mode commun de 25 V, ce qui autorise des potentiels de masse franchement différents d'un bout à l'autre.
Spécifications visuelles de l'extendeur de bus SPI Extend Click
Le circuit central est le LTC4332 d'Analog Devices, un extendeur de bus SPI point à point conçu pour les environnements industriels bruyants. Il transporte les signaux SPI et l'interruption sur deux paires torsadées via des émetteurs-récepteurs différentiels protégés jusqu'à ±60 V. La plage de mode commun étendue à 25 V permet de franchir des différences de potentiel de masse entre les deux extrémités du lien. La portée annoncée atteint 1200 m.
La liaison avec la carte hôte se fait en SPI, dans les modes (0,0) et (1,1) uniquement, avec une fréquence d'horloge plafonnée à 2 MHz. Le module expose trois sélections d'esclave distantes : SS1 sert de chip select SPI classique, SS2 et SS3 sont pilotées comme des sorties GPIO côté local. Une broche dédiée, SSC, donne accès à l'interface de contrôle interne du LTC4332 pour la configuration et la surveillance des défauts. La broche INT se comporte en sortie drain ouvert du côté local et en entrée du côté distant.
Trois réglages matériels conditionnent le fonctionnement. Le commutateur MODE SEL place la carte en position LCL (côté local, près du maître SPI) ou RMT (côté distant, près des esclaves). Le cavalier SPEED SEL fixe le débit du lien différentiel et les paramètres temporels de l'horloge distante. Le cavalier VCC SEL choisit la tension d'interface, 3,3 V ou 5 V. Une LED LINK s'allume dès que la liaison entre les deux extrémités est établie ; une LED PWR signale l'alimentation.
Le raccordement s'effectue sur connecteurs RJ-45, avec des câbles croisés à paires torsadées identiques à ceux utilisés en Ethernet. Format mikroBUS Add-on Board taille L, 57,15 × 25,4 mm, plage de fonctionnement du composant LTC4332 seul : 0 à +70 °C. Référence fabricant : MIKROE-4184.
Tout socket mikroBUS™ convient, et le cavalier VCC SEL lève la principale barrière habituelle : le module travaille aussi bien en 3,3 V qu'en 5 V. Les cartes Clicker, EasyMx, Fusion et les autres plateformes MikroElektronika l'acceptent sans adaptation.
Un détail change tout, et il vaut mieux le savoir avant d'acheter : ce module s'emploie par paire. Une carte en position LCL reste auprès du maître SPI, une seconde en position RMT se place à l'autre bout du câble, près des esclaves. Le lien différentiel relie les deux. Commander un seul module ne permet pas de construire une extension de bus fonctionnelle.
Côté brochage, le module mobilise les quatre lignes SPI, la broche AN (SS3), la broche RST (SS2), la broche PWM (SSC) et la broche INT. Les lignes RX, TX, SDA et SCL restent disponibles.
Il déplace des esclaves SPI loin de la carte maître sans changer de protocole. Ni passerelle, ni conversion vers un bus industriel, ni firmware supplémentaire : le maître continue de parler SPI, l'extension se fait au niveau physique.
La robustesse du lien constitue le vrai apport. La transmission différentielle rejette le bruit de mode commun, ce qui compte dans un atelier où des variateurs de vitesse rayonnent en permanence. La protection ±60 V couvre les fautes de câblage et les surtensions transitoires. Et la tolérance de 25 V en mode commun règle le cas classique des deux armoires dont les masses ne sont pas au même potentiel, situation qui détruit une liaison SPI directe en quelques secondes.
La carte accepte par ailleurs une isolation galvanique externe sur le lien, pour les installations qui l'exigent. Les trois sélections d'esclave distantes permettent d'adresser plusieurs composants à l'autre bout du câble sans multiplier les liaisons.
Deux limites à connaître. La première est la fréquence : 2 MHz maximum. C'est peu comparé aux dizaines de MHz d'un bus SPI local, et cela exclut d'emblée les capteurs à haut débit ou les mémoires flash rapides. La seconde tient à la plage de température, 0 à +70 °C, plus étroite que celle de beaucoup de modules Click : une armoire non chauffée en extérieur sort du domaine spécifié.
Ce module s'adresse aux montages où le composant SPI ne peut pas rester à côté du microcontrôleur. Voici les configurations typiques.
Un accéléromètre ou un capteur de pression installé sur une machine, à plusieurs dizaines de mètres de l'automate. La transmission différentielle traverse le bruit électromagnétique là où un câble SPI classique décrocherait dès le premier mètre.
Silo, serre, atelier de grande longueur : les 1200 m de portée couvrent des installations où l'on renoncerait autrement au SPI. Les trois sélections d'esclave distantes permettent d'interroger plusieurs composants sur le même lien.
Les gradateurs et les processeurs audio pilotés en SPI se trouvent souvent en salle technique, loin du pupitre. Le lien différentiel évite d'y placer un second microcontrôleur.
Deux armoires électriques alimentées sur des circuits distincts n'ont jamais exactement la même masse. La plage de mode commun de 25 V absorbe cet écart, là où une liaison directe conduirait au blocage ou à la destruction du bus.
Sur un banc, le capteur est monté sur la pièce testée pendant que l'électronique de commande reste à distance de sécurité. L'exemple fourni par le fabricant illustre précisément ce montage, avec un accéléromètre placé du côté distant.
Positionnez d'abord les réglages matériels : VCC SEL sur la tension de votre carte hôte, MODE SEL sur LCL pour la carte maître et sur RMT pour la carte distante, puis SPEED SEL selon le débit du lien. Reliez les deux modules par un câble croisé à paires torsadées équipé de connecteurs RJ-45, le même type de câble qu'en réseau. La LED LINK confirme l'établissement de la liaison.
La bibliothèque compatible mikroSDK couvre les fonctions nécessaires : écriture générique, lecture de la configuration, lecture d'un registre distant avec sélection de l'esclave. L'exemple livré démontre le montage complet, un module en local et un module en distant reliés par câble réseau, avec un accéléromètre lu du côté éloigné et les résultats affichés sur le terminal USB-UART. Les compilateurs MikroElektronika exploitent directement ce code.
Deux points de vigilance à l'usage. Le SPI n'accepte ici que les modes (0,0) et (1,1) : vérifiez la configuration de votre esclave distant avant de conclure à une panne. Et ne cherchez pas à dépasser 2 MHz d'horloge, même sur un câble court : c'est le lien différentiel qui fixe le plafond, pas la longueur du câble.
Au-delà des cartes à socket mikroBUS™, le SPI Extend Click se pilote depuis les principales plateformes maker à l'aide d'un shield d'adaptation qui reproduit le connecteur mikroBUS.
Le cavalier VCC SEL rend l'exercice nettement plus simple que sur la plupart des modules Click. Une carte Arduino UNO ou une Arduino Mega 2560, qui travaillent en 5 V, se raccordent en plaçant le cavalier en position 5 V — aucune conversion de niveaux externe n'est requise.
Les cartes 3,3 V se traitent de la même façon, cavalier en position 3,3 V : une Teensy, un Raspberry Pi ou une carte micro:bit attaquent directement les lignes SPI. Rappel utile : le montage réclame deux modules, un à chaque extrémité du câble.
SPI Extend Click utilisable avec Arduino, Raspberry Pi, micro:bit et Teensy via un shield d'adaptation mikroBUS™
MikroElektronika publie une bibliothèque compatible mikroSDK pour ce module. Elle regroupe les fonctions d'écriture générique, de lecture de la configuration et de lecture d'un registre côté distant avec choix de la sélection d'esclave. Le paquet contient également le pilote complet et les projets prêts à compiler.
Bibliothèques et projets Click Board sur LibStock
La démonstration fournie par le fabricant met en œuvre deux modules SPI Extend reliés par un câble réseau. Un accéléromètre Click est raccordé au module placé en mode distant ; ses axes sont lus depuis la carte maître, à travers le lien différentiel, et les valeurs sont affichées sur le terminal série toutes les secondes. Le code source détaille l'initialisation, la configuration par défaut et la boucle de lecture.
Page produit et documentation du SPI Extend Click
Deux. Le principe repose sur une liaison point à point : une carte placée en mode LCL reste auprès du maître SPI, une seconde en mode RMT se trouve à l'autre extrémité du câble, près des esclaves. Un module seul ne permet pas d'étendre un bus.
2 MHz d'horloge SPI. Cette limite est fixée par le LTC4332 et par le lien différentiel, indépendamment de la longueur du câble. Les applications à haut débit (mémoire flash rapide, écran TFT, capteur d'image) sortent du domaine d'emploi de ce module.
Un câble croisé à paires torsadées avec connecteurs RJ-45, du même type que ceux employés en réseau Ethernet. Deux paires sont utilisées : une pour la voie aller, une pour la voie retour. La LED LINK confirme que la liaison est établie.
Oui. Le cavalier VCC SEL sélectionne la tension d'interface, 3,3 V ou 5 V. C'est l'un des rares modules Click à accepter les deux niveaux logiques sans adaptation externe, ce qui simplifie le raccordement à une carte Arduino UNO ou Mega.
Oui. Le LTC4332 accepte une isolation galvanique externe sur le lien différentiel. La carte n'intègre pas cette isolation, qui doit être ajoutée entre les deux extrémités selon les besoins de l'installation.
Ce sont deux sélections d'esclave supplémentaires, pilotées comme des sorties GPIO depuis la carte locale et reproduites côté distant. Elles permettent d'adresser plusieurs composants SPI à l'autre bout du câble, sans dupliquer le lien différentiel.
Uniquement les modes (0,0) et (1,1). Un esclave distant configuré en mode (0,1) ou (1,0) ne communiquera pas correctement à travers le lien. Ce point est à vérifier en priorité en cas de trames incohérentes.
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.
