作りながら学ぶArduino+=電子工作入門

　ここで利用するTCA9617Bは、レベル変換 I2C バス・リピータと呼ばれています。サンハヤトのDIP化モジュールを入手しました。双方向のバッファが2組入っています。

●TCA9617Bのおもな特徴

• 電源電圧　Aサイド0.8~5.5V、Bサイド2.2~5.5V
• 　　　　　AとBの電源条件　VccA<VccB
• 動作速度　最大1MHz
• イネーブル端子付き　内部でVccBにプルアップされている

　端子名にSCLとSDAという名称がついているが、内部ブロックは同じなので、入れ替えてもよいように見えます。

●I2C信号の電圧

　I2CのHIGH/LOWの電圧です。

　I2Cの信号は電源電圧へプルアップして利用します。5Vのマイコンでは5Vへ、3.3Vのセンサでは3.3Vです。したがって、2本の信号がつながるデバイスの電源電圧が異なる場合は、途中にレベル変換回路が必須です。

●信号の方向

　Arduino UNOを利用するときは、マスタの役割をします。センサなどはスレーブです。クロックSCLはマスタがスレーブに対して送ります（一方向）。双方向であっても不都合はありません。

　データのSDAは、マスタとスレーブ間で双方向の伝送が行われます。したがって、5Vと3.3Vのレベル変換では、双方向対応の回路を選びます。

●接続

　3.3Vで動作するBME280は温度、湿度、気圧が測れるセンサで、秋月電子通商からボードを入手しました。

　BME280ボードのジャンパJ1、J2はプルアップ抵抗（4.7kΩ）を有効にするにはショートします。前回の実験でショートしているのでそのまま使います。
　J3はショートするとVddとつながり、I2Cインターフェースが有効になります。SDOはI2Cのスレーブ・アドレスの設定端子で、デフォルトの0x76にするためにGNDへつなぎます。Vddへつなぐと0x77になります。
　SDIはI2CのSDA信号を、SCKはI2CのクロックSCLをつなぎます

　TCA9617BのVccB側に、最初はArduino UNOのI2Cをプルアップ抵抗はつけずに配線しました。過去の経験からWireライブラリをデフォルトで使うときのデータ転送速度100kHzでは、十分フルスイングしたからです。400kHzでは電圧が下がってしまいます。しかし、実際に100kHzで動かすと方形波が三角波のようになり、エラーが頻発したので、プルアップ抵抗4.7kΩを入れました。

　VccA側に3.3Vで動作するBME280ボードをつなぎます。

　EN信号は正論理でかつ内部でプルアップされていて有効状態なので、配線していません。

●スケッチ

　ライブラリの導入は前回の「レベル変換　(6)　I2C その1 MOSFET 」を参照してください。スケッチも前回と同様、bme280_exampleを読み込んで動かしました。

　実行結果です。

　Analog Discovery2を使って、これらの実験中の波形を示します。画面の上側ブロックがアナログ信号です。オレンジ色がArduino UNOのクロックSCL波形で、青色がレベル変換したデータSDAの波形です。
　下側のブロックはI2Cのデータをデコードして表示する画面です。オシロスコープのチャネル1（オレンジ色）にDIO2ピンを、オシロスコープのチャネル2（青色）にDIO1ピンをつないでいます。

　Arduino UNOのSCLはLOWが0.1V、HIGHが3.8Vです。BME280側のLOWは0.2V、HIGH3.6Vです。Arduino UNOのI2CのVihは3.5Vですから、マージンは少ないですがHIGHレベルを満たしています。