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2016/03/26

Raspberry Pi 3で GPIO端子の I2C機能を有効化する方法 Raspberry Pi 3で GPIO端子の I2C機能を有効化する方法

(ラズパイ3の GPIO端子の I2C機能を有効にして各種センサーを繋げる方法まとめ)

Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]






● Raspberry Pi 3 Model Bを遂に購入

 Raspberry Pi3 Model B RPI2 RPI3

 大人気の CPUボードの Raspberry Piに WiFiと Bluetoothが搭載されたモデルが新発売となりました。
 以前から Raspberry Pi 2を買おうかどうか迷っていましたが、Raspberry Pi 3 Model Bの発売を機に購入を決意してラズベリアンになる事にしました。

 ※ ラズパイの OS Raspbianはバージョンが上がる毎に過去の版と OSの内部の作りが変わり、過去に書かれた製作記事(例えば Raspbian Wheezyの時代の記事)がそのままではエラーが出たりして動かない事が有ります。
 ※ 当方のホームページのラズパイ記事は全て Raspberry Pi 3 Model Bと Raspbian Jessieの組み合わせで動作確認をしております。
(ただし、将来的に新しい Raspbian OSが出た場合に、当方の Raspbian Jessieを基にした内容がそのままでは動かない可能性が有ります。)
 ※ 2017/08/16から Raspbian OSは Raspbian Jessieから Raspbian Stretchに変わりました。

Download Raspbian for Raspberry Pi

ちなみに、歴代のバージョンと名称は
Debianコードネーム年月備考
Debian 9Stretch2017/08/16~
Debian 8Jessie2015~2016/02からラズパイ3対応
Debian 7Wheezy2013~2016
Debian 6.0Squeeze2011~2014
Debian GNU/Linux 5.0Lenny2009~2012



● センサデバイスの I2Cアドレス一覧 IICアドレス一覧と使用方法
加速度センサMMA7455L
NXP
0x1D(W:0x32 R:0x33)MMA7455 三軸加速度センサモジュール
AQM0802Aと一緒に使えない相性?
使い方の説明
地磁気センサHMC5883L
Honeywell
0x1E(W:0x3C R:0x3D)CJ-M49 デジタルコンパスモジュール 3軸地磁気センサ使い方の説明
RFID NFCリーダライタNXP PN5320x24(W:0x48 R:0x49)ELECHOUSE NFC MODULE V3使い方の説明
8ビット I/OエクスパンダPCF8574
Texas Instruments
0x2F(W:0x5E R:0x5F)FC-113 PCF8574 キャラクタ液晶モジュール接続用使い方の説明
キャラクタ液晶 8文字x2行秋月 AQM0802A
ST7032
Sitronix
0x3E(W:0x7E R:0x7F)秋月の AQM0802液晶はラズパイ側の回路が原因の癖が有ります。
MMA7455と一緒に使えない相性?
PCA9515AD I2Cバスリピーターとの併用を推奨
使い方の説明
キャラクタ液晶モジュール 16文字×2行秋月 AQM1602A
ST7032
Sitronix
0x3E(W:0x7E R:0x7F)秋月の AQM1602A液晶モジュール使い方の説明
湿度センサHTU21D
TE Connectivity
0x40(W:0x80 R:0x81)GY-21 温度、湿度センサーモジュール使い方の説明
AD/DA変換PCF8591
NXP
0x48(W:0x90 R:0x91)YL-40 8ビットA/D & D/Aコンバータ使い方の説明
温度センサLM75A
Texas Instruments
0x4F
A0-A2=H
(W:0x9E R:0x9F)A0~A2を "H"に設定で 0x4F
デフォルト 0x48
使い方の説明
3軸加速度センサADXL345
Analog Devices
0x53(W:0xA6 R:0xA7)GY-291 3軸加速度センサモジュール使い方の説明
RTC リアルタイムクロックDS3231
現 Maxim
旧 Dallas Semiconductor
0x68(W:0xD0 R:0xD1)ZS-042 温度補償水晶発振器(TCXO)および水晶を内蔵する低コスト、 超高精度 I2Cリアルタイムクロック(RTC)使い方の説明
I2CメモリAT24C32
(4KBメモリ)
0x57(W:0xAE R:0xAF)ZS-042
6軸 ジャイロ+加速度センサMPU-6050
InvenSense
0x68
ADO=L
(W:0xD0 R:0xD1)GY-521 三軸加速度センサ・三軸ジャイロセンサモジュール、
AD0端子 プルアップ時=0x69、
AD0端子 プルダウン時=0x68
使い方の説明
9軸 ジャイロ+加速度+地磁気センサMPU-9150
InvenSense
0x69(W:0xD0 R:0xD1)MPU-6050に地磁気センサーを追加した最強センサー
9軸 ジャイロ+加速度+地磁気センサMPU-9250
InvenSense
0x69(W:0xD0 R:0xD1)MPU-9150の改良型、3軸加速度 + 3軸ジャイロ + 3軸コンパス
気圧/気温/高度センサBMP180
Bosch Sensortec
0x77(W:0xEE R:0xEF)BMP085の改良型
気圧/温度/高度センサBMP280
Bosch Sensortec
0x76
SDO=L
(W:0xEC R:0xED)BMP180の改良型、温度・気圧(高度)センサー
SDO端子 プルアップ時=0x77、
SDO端子 プルダウン時=0x76
使い方の説明
湿度/気圧/温度/高度センサBME280
Bosch Sensortec
0x76
SDO=L
(W:0xEC R:0xED)BMP280の進化型、湿度・温度・気圧(高度)の 4種類の環境情報を取得出来る(湿度が追加になった)
SDO端子 プルアップ時=0x77、
SDO端子 プルダウン時=0x76
照度、近接センサAPDS-9930
Broadcom
0x39(W:0x72 R:0x73)使い方の説明
RGB色センサ、ジェスチャー、照度、近接センサAPDS-9960
Broadcom
0x39(W:0x72 R:0x73)使い方の説明
RGB色センサTCS34725
TAOS
0x29(W:0x52 R:0x53)使い方の説明
12点 静電タッチセンサMPR121
Freescale Semiconductor
0x5A(W:0xB4 R:0xB5)使い方の説明
有機LEDモジュール 128x64 0.96インチSSD1306
SOLOMON SYSTECH
0x3C(W:0x78 R:0x79)DC='L'で 0x3C、DC='H'で 0x3D使い方の説明1

 センサー類は必要な GPIOピンが 2本で済む I2C通信方式のデバイスで揃えました。
 また、全てのデバイスの信号電圧レベルは +3.3Vです。
 制御アドレスが全て異なるので全部のセンサーモジュールをラズパイに接続して使用する事が出来ます。

 ※ MMA7455と一緒に使用すると ST7032iコントローラが認識されない。I2Cデバイス間の相性? I2C配線の引き回し?

 ※ ST7032iには STARTコンディションの前に、バス調停のSCLパルスがあると、誤動作してACKを返さないバグが有るそうです。
ストロベリー・リナックス ST7032 低電圧I2C液晶モジュール アプリケーションノート
 ごみが直前にあるとその後正しいシーケンスで通信しても ST7032は通信に失敗します。

 ※ AQM0802A液晶モジュール使用時のI2Cバスのプルアップ抵抗は10kΩを推奨いたします。(ラズパイ側で 1.8kΩでプルアップされているのが問題)
 ※ Raspberry Pi 全シリーズに共通する仕様の制約から、AQMシリーズの液晶を接続する場合にはバッファ(I2Cバスリピーター、例:PCA9515AD)を介して接続してください。
I2C接続小型LCDモジュール(8x2行)ピッチ変換キットの質問と回答


● I2Cとは?

 I2Cとは Inter-Integrated Circuitの略でアイ・スクエア・シー、アイ・ツー・シーと読む。フィリップス社で開発されたシリアルバスである。低速な周辺機器をマザーボードへ接続したり、組み込みシステム、携帯電話などで使われている。
 仕様書は、フィリップスが設立したNXP社のサイトにて配布されている。
UM10204 I2C バス仕様およびユーザーマニュアル - NXP.com



● Raspberry Pi3の GPIO端子の IIC機能 I2C機能を有効にする方法

 Raspberry Pi3の GPIO端子の I2C機能を有効するにはコンソール画面で sudo raspi-configを実行して I2Cの機能を有効化すれば使える様になります。
 なお、OSは Raspbian Jessie 2016/03/18版を使用しています。(OSが古いバージョンの場合は設定方法が異なる)

# raspi-configコマンドで I2Cを有効にする
sudo raspi-config

・Raspberry Piで I2Cを有効にする sudo raspi-config
Raspberry Piで I2Cを有効にする sudo raspi-config


・Raspberry Piで I2Cを有効にする Software Configuration Toolを起動する
Raspberry Piで I2Cを有効にする Software Configuration Toolを起動する


・Raspberry Piで I2Cを有効にする Advanced Optionsを選択する
Raspberry Piで I2Cを有効にする Advanced Optionsを選択する


・Raspberry Piで I2Cを有効にする I2Cを選択する
Raspberry Piで I2Cを有効にする I2Cを選択する


・Raspberry Piで I2Cを有効にする Yesを選択する
Raspberry Piで I2Cを有効にする Yesを選択する


・Raspberry Piで I2Cを有効にする Okを選択する
Raspberry Piで I2Cを有効にする Okを選択する


・Raspberry Piで I2Cを有効にする Yesを選択する
Raspberry Piで I2Cを有効にする Yesを選択する


・Raspberry Piで I2Cを有効にする Okを選択する
Raspberry Piで I2Cを有効にする Okを選択する


・Raspberry Piで I2Cを有効にする Finishを選択する
Raspberry Piで I2Cを有効にする Finishを選択する


・Raspberry Piで I2Cを有効にする Yesを選択して再起動する
Raspberry Piで I2Cを有効にする Yesを選択して再起動する


・Raspberry Piで I2Cを有効にする 再起動する
Raspberry Piで I2Cを有効にする 再起動する


以上の操作で再起動をすれば I2C機能が有効化され使える様になります。

● Raspberry Piの I2C機能を有効にして GPIO端子に各種センサモジュールを接続する方法

 Raspberry Piの I2C機能を有効にして GPIO端子に各種センサモジュールを接続する方法
 例として PCF8591を接続する方法です。

・Raspberry Piの I2C機能を有効にして GPIO端子に PCF8591の ADコンバータモジュールを接続する例
Raspberry Piの I2C機能を有効にして GPIO端子に PCF8591の ADコンバータモジュールを接続する例


・Raspberry Piの I2C機能を有効にして GPIO端子に PCF8591の ADコンバータモジュールを接続する
Raspberry Piの I2C機能を有効にして GPIO端子に PCF8591の ADコンバータモジュールを接続する



 実際に I2C通信を使用して PCF8591を制御する方法や、RTC DS3231 ZS-042リアルタイムクロックモジュールを使用する方法は下記にまとめました。

2016/03/26
Raspberry Pi 3の GPIOに I2C通信方式の A/D、D/Aコンバータを接続する方法
Raspberry Pi 3の GPIOに I2C通信方式の A/D、D/Aコンバータを接続する方法

  ラズパイ3に I2Cの A/D、D/Aコンバータ YL-40 PCF8591モジュール基板を繋げてフィジカルコンピューティングする方法

2016/03/26
Raspberry Pi 3の GPIOに I2C通信方式の RTC リアルタイムクロックを接続する方法
Raspberry Pi 3の GPIOに I2C通信方式の RTC リアルタイムクロックを接続する方法

  ラズパイ3で I2Cの RTC ZS-042 DS3231モジュール基板を使用する方法

 $ lsmodで i2c_devや i2c_bcm2708の存在を確認して、I2C機能を認識しているのを確認する
 $ sudo apt-get -y install i2c-toolsで I2C制御用ツールをインストールする
 $ sudo i2cdetect -y 1で I2Cに接続している周辺機器(センサー)を確認する
 ※ PCF8591の ADコンバータモジュールを接続している場合は 0x48に検出している事が分かる

# i2cdetectコマンドを使用するには i2c-toolsのインストールが必要
sudo apt-get -y install i2c-tools
i2cdetect -y 1

・Raspberry Piで I2Cを有効にする lsmodで I2Cを確認
Raspberry Piで I2Cを有効にする lsmodで I2Cを確認


・Raspberry Piで I2Cを有効にする i2cdetectコマンドのインストール
Raspberry Piで I2Cを有効にする i2cdetectコマンドのインストール


・Raspberry Piで I2Cを有効にする i2cdetectコマンドのインストール
Raspberry Piで I2Cを有効にする i2cdetectコマンドのインストール


・Raspberry Piで I2Cを有効にする i2cdetectコマンドのインストール
Raspberry Piで I2Cを有効にする i2cdetectコマンドのインストール



● i2cgetコマンド
pi@raspberrypi:~ $ i2cget
Usage: i2cget [-f] [-y] I2CBUS CHIP-ADDRESS [DATA-ADDRESS [MODE]]
  I2CBUS is an integer or an I2C bus name
  ADDRESS is an integer (0x03 - 0x77)
  MODE is one of:
    b (read byte data, default)
    w (read word data)
    c (write byte/read byte)
    Append p for SMBus PEC
● i2csetコマンド
pi@raspberrypi:~ $ i2cset
Usage: i2cset [-f] [-y] [-m MASK] [-r] I2CBUS CHIP-ADDRESS DATA-ADDRESS [VALUE] ... [MODE]
  I2CBUS is an integer or an I2C bus name
  ADDRESS is an integer (0x03 - 0x77)
  MODE is one of:
    c (byte, no value)
    b (byte data, default)
    w (word data)
    i (I2C block data)
    s (SMBus block data)
    Append p for SMBus PEC


● Raspberry Piの I2Cの転送レートを遅くする

 I2Cの転送速度を通常の 100kbpsの半分の 50kbpsに設定します。

 秋月のI2C接続キャラクタLCDモジュール 16x2行 白色バックライト付 [ACM1602NI-FLW-FBW-M01]を接続する場合等に必要となります。
秋月 I2C接続キャラクタLCDモジュール 16x2行 白色バックライト付 ACM1602NI-FLW-FBW-M01

 この場合は I2Cの転送速度を通常の 100kbpsの半分の 50kbpsに設定します。
 一時的に I2Cの転送レートを 50kbpsに変更する場合(再起動すると元に戻る)
$ sudo rmmod i2c-dev i2c-bcm2708
$ sudo modprobe i2c-bcm2708 baudrate=50000
$ sudo modprobe i2c-dev
 恒久的に I2Cの転送レートを 50kbpsに変更する場合(再起動後も有効)
$ sudo bash -c "echo options i2c_bcm2708 baudrate=50000 > /etc/modprobe.d/i2c.conf"
$ cat /etc/modprobe.d/i2c.conf
 上記の恒久的は設定変更を削除する
$ sudo rm /etc/modprobe.d/i2c.conf
$ cat /etc/modprobe.d/i2c.conf
cat: /etc/modprobe.d/i2c.conf: No such file or directory


● Raspberry Piの GPIO23と GPIO24で I2Cする方法

 液晶モジュール等の専用のモジュールを接続していて GPIO2と GPIO3の I2Cバスが占有されていて使用出来ない場合等、別に I2Cバス I/Fが欲しい場合に I2C-3を有効に出来ます。

 また、I2Cデバイスの MMA7455加速度センサーと ST7032i液晶モジュールの様に同一の I2Cバスに接続した場合に相性で問題が発生する場合に、それぞれ別の I2Cバスに接続すると言う事も可能です。

2016/03/26
Raspberry Pi 3で 標準とは別の GPIO端子の I2C機能を有効化する方法(I2C-3編)
Raspberry Pi 3で 標準とは別の GPIO端子の I2C機能を有効化する方法(I2C-3編)

  ラズパイ3の GPIO23と GPIO24で I2C機能を有効にする方法まとめ


● I2Cデバイスで MMA7455加速度センサーと ST7032i液晶モジュールの相性

 なお、MMA7455加速度センサーと ST7032i液晶モジュールの相性は I2Cのクロック速度を遅くしても駄目です。同じ I2Cバス上に接続する事は諦めるしかなさそうです。

●通常の I2C端子に接続した場合
pi@raspberrypi:~ $ sudo i2cdetect -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1d 1e --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- 48 -- -- -- -- -- -- 4f
50: -- -- -- -- -- -- -- 57 -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- 68 -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

0x1e = 地磁気センサ HMC5883L
0x1d = 加速度センサ MMA7455
認識せず = 液晶パネル 秋月 AQM0802A ST7032i
0x48 = AD/DA変換 PCF8591
0x4f = 温度センサ LM75A A0~A2を "H"に設定
0x57 = AT24C32 4KBメモリ
0x68 = RTC DS3231

● GPIO23と GPIO24の I2Cに接続した場合
pi@raspberrypi:~ $ sudo i2cdetect -y 3
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1e --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3b 3c 3d 3e --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- 48 -- -- -- -- -- -- 4f
50: -- -- -- -- -- -- -- 57 -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- 68 -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- -- --

0x1e = 地磁気センサ HMC5883L
0x3b, 0x3c, 0x3d = 誤認識のゴミ(加速度センサ MMA7455)
0x3e = 液晶パネル 秋月 AQM0802A ST7032i
0x48 = AD/DA変換 PCF8591
0x4f = 温度センサ LM75A A0~A2を "H"に設定
0x57 = AT24C32 4KBメモリ
0x68 = RTC DS3231



● Raspberry Piのコンソール上で使用する各種コマンド

 Raspberry Piのコンソール上で使用する各種コマンドは下記にまとめました。

2016/03/26
Raspberry Pi 3の Linuxコンソール上で使用する各種コマンドまとめ
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Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]

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