レベル変換　(12)　UART その7 Arduino UNOと双方向 ISO7221BDG4

　ここで利用するテキサス・インスツルメンツの ISO7221BDG4 は、2チャネル・アイソレータと呼ばれています。RSコンポーネンツで入手し、DIP化変換基板にはんだ付けしました。一方向の絶縁されたバッファが2組入っています。それぞれの方向は逆です。同じ方向の2組入っているのが ISO7220です。

　型番の数字の後ろはスピードなどを表しています。Aは1.5Mbps、Bは10Mbps、Cは25Mbps、Mは150Mbpsです。Dはパッケージを表しているようですが、現時点のデータシートにはSOIC形状一つしかありません。

●ISO7221BDG4のおもな特徴

電源電圧　A側、B側ともに3～5.5V
入力レベル　スレッショルド1.5V
動作速度　10MHz

　OPアンプ用の変換ボードは入出力は入り乱れているので、アイソレータとしては絶縁電圧はまったくカタログ通りにはなりません。DC的に分離できていると考えて利用しました。

●接続

　「5Vで動作するArduino UNO」と「3.3Vで動作するラズパイ」を双方向でつなぎます。ラズパイ側の電源Vcc2は絶縁DC-DCレギュレータの出力3.3Vをつなぎます。
　3.3V電源はラズパイからもらえばよいのですが、そうすると配線が1本増えて、4本になります。TTLレベルの配線ですが、マイコン・ボード間は約3mのケーブルで接続しました。

　Arduino UNOはSoftwareSerialを利用し、Rxが10番、Txは11番です。
　ラズパイのTxは8番ピン、Rxは10番ピンです。

●Arduinoのスケッチ

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(10, 11); // RX, TX

void setup() {
    Serial.begin(9600); // ハードウェアシリアルを準備
    Serial.println("Ready");
    mySerial.begin(9600); // ソフトウェアシリアルの初期化
    mySerial.println("Hello, world?");
}

void loop() { // run over and over
    delay(1000);
    mySerial.write("123"); Serial.print("send 123 ");
    if (mySerial.available()) {
        Serial.print(" Received");Serial.println(mySerial.read());
   }
}

●ラズパイのプログラム

　カーネルは4.14.71（2018/10/13現在）です。
　メイン・メニューの設定からRaspberry Piの設定-インターフェイスのタブを選び、Serial Portを有効にSerial Consoleを無効にします。
　リブート後に/boot/config.txtをsudo nanoで開くと、最下行にenable_uart=1が追加されています。この下の行に、dtoverlay=pi3-miniuart-btを追加して、CTRL+oで書き込み、CTRL+xで抜け、rebootします。

　ラズパイ3、Raspberry Pi Zero WなどではBluetoothが搭載されていて、デフォルトで有効になっている代わりに、GPIO14/15のTxD/RxDが使えなくなっています。/boot/overlay/READMEに書かれているように、デバイス・ドライバpi3-miniuart-btの記述を追加します。Bluetoothは使えなくなり、/dev/ttyAMA0および/dev/serial0のUARTが有効になります。

import serial
import time
 
con=serial.Serial('/dev/serial0', 9600, timeout=10)

while 1:
     con.write("1234\n")
     print(con.read())
     time.sleep(0.1)

　Arduino UNOのシリアルモニタです。ラズパイからの1234\nを受信しています。

　ラズパイのターミナルです。Arduino UNOからの123を受信しています。

　波形です。
　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Txの波形で、青色がラズパイのTx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。
　アイソレーションしていますが、波形は、GND共通にして観測しています。

　Arduino UNOのTxはLOWが-0.1V、HIGHが4.6Vです。ラズパイ側のLOWは0.2V、HIGH3.7Vです。問題なく通信できています。

　ここでは3.3V側の電源を別途用意しましたが、ADUM6211のように絶縁電源を内蔵した製品を使うと、コンパクトに実装できます。

レベル変換 (12) UART その7 Arduino UNOと双方向 ISO7221BDG4

レベル変換　(12)　UART その7 Arduino UNOと双方向 ISO7221BDG4