X-NODE / XN01 - Entradas Digitales

El X-NODE Digital Inputs es un módulo que permite leer hasta 8 entradas digitales. Puede leer señales generadas por botones pulsadores, interruptores o sensores, a través de una interfaz digital (UART/I2C) que es configurable lo que permite conectar múltiples X-NODE Digital Inputs simultáneamente, expandiendo la cantidad de entradas que puede leer un sistema desde 8 hasta 1016.

TABLA DE CONTENIDO

1. ¿Cómo funciona?

2. Descripción del hardware

3. Especificaciones

4. Pinout

5. Modo de uso

   • Protocolo UART

   • Ejemplo UART Arduino Framework

   • Protocolo I2C

   • Ejemplo I2C Arduino Framework

6. Descargas

   • Esquemático

   • Dimensiones

I. ¿Cómo funciona?

El módulo X-NODE Digital Inputs posee un controlador en hardware integrado con el cual es posible obtener la lectura de diversas entradas digitales sin tener conocimientos avanzados de hardware, ya que solo es necesario enviar una serie de comandos en formato ASCII por medio del protocolo de comunicación serial UART o usando el protocolo I2C, esto permite que el X-NODE sea compatible con cualquier sistema basado en un microcontrolador, microprocesador o equipos industriales. El módulo integra un switch deslizable de 8 interruptores tipo palanca los cuales pueden variar entre los estados ON<>OFF, conector tipo clema de 9 pines para cables AWG de calibre 26 a 18, ideales para realizar pruebas de escritorio y para conectar controles externos.

X-NODE Digital Inputs es compatible con el estándar mikroBUS™ de Mikroe® para un uso fácil con un gran ecosistema de kits para desarrollo de hardware, también posee conectores JST compatibles con el estándar Qwiic® de SparkFun® para una comunicación entre diversos módulos y tarjetas de desarrollo por medio del protocolo I2C de manera rápida y sencilla.

II. Descripción del hardware

1. Conector tipo clema de 9 pines para cables AWG de calibre 26 a 18

2. Switch deslizable

3. Conectores JST compatibles con Qwiic®

4. Controlador en hardware

5. Puertos de comunicación UART <> I2C

6. Modelo de X-NODE

7. Tipo de X-NODE

8. Conectores estándar mikroBUS™

9. Versión de hardware: R2

10. Componente principal en el X-NODE

III. Especificaciones

IV. Pinout

La siguiente tabla muestra el pinout del X-NODE Digital Inputs con respecto al estándar mikroBUS™ (este último se encuentra en las dos columnas del centro).

V. Modo de uso

Para un uso fácil y rápido del X-NODE se puede hacer a través de los comandos en formato ASCII que proporciona el controlador en hardware integrado mediante una comunicación serial UART o de forma más avanzada a través del protocolo I2C.

Protocolo UART

Configuración

La comunicación UART utiliza la siguiente configuración:

• Velocidad de comunicación: 115,200 bps

• Paridad: Ninguna

• Bits de datos: 8

• Bits de paro: 1

Sintaxis

El protocolo UART permite enviar instrucciones en texto plano ASCII, cada instrucción se compone del identificador del X-NODE, un comando y un final de línea.

Identificador

El identificador ID, se conforma por el modelo del X-NODE, que puede localizar en el punto 6 del apartado “Descripción de hardware” y se complementa con un índice, que puede ser una letra del abecedario, por defecto es la letra A, siendo posible configurarlo hasta la letra Z. Para poder conectar más de un módulo del mismo modelo en un sistema, deberá configurar un identificador único para cada módulo, brindando la posibilidad de conectar hasta 26 módulos del mismo modelo a través del protocolo UART.

Lista de comandos

Comandos avanzados

Final de línea

El X-NODE solo responderá a un comando cuando se envíe un conjunto de caracteres finalizadores de línea, cada comando debe terminar con estos caracteres: <CR+LF>

• CR significa retorno de carro (carriage return), este carácter se utiliza para indicar a un sistema que la entrada de texto debe moverse al principio.

• LF significa alimentación de línea (line feed), este carácter le indica a un sistema que la entrada de texto corresponde a una nueva línea.

La combinación de ambos caracteres es una manera común con el que las computadoras representan una nueva línea, por ejemplo, en un procesador de texto para separar párrafos.

En el caso del X-NODE los caracteres <CR+LF>, se utilizan para identificar cuando se ha terminado de enviar un comando. Si el identificador corresponde al nodo, si el comando existe y si se finalizó inmediatamente con los caracteres <CR+LF>, entonces el nodo enviará una respuesta.

Dependiendo del sistema, deberá configurar el envío de estos caracteres de diferentes maneras.

Ejemplo UART Arduino Framework

// Este ejemplo muestra el estado de las entradas
// del X-NODE. Deslice la posición del interruptor
// para observar los cambios de estado.

#include "Arduino.h"

void setup()
{
  // Inicializa el monitor serial
  Serial.begin(115200);

  // Inicializa la comunicación UART en el puerto MikroBUS
  Serial2.begin(115200, SERIAL_8N1, 9, 10);
}

void loop()
{
    // Limpiamos el buffer antes de mandar el comando
    while( Serial2.available() ) {
        Serial2.read();
    }

    // Envía el comando para leer las entradas:
    // ID+GS:
    // Donde el ID por defecto es XN01A
    // Los caracteres \r\n representan los caracteres
    // <CR+LF> en Arduino
    Serial2.print( "XN01A+GS\r\n" );

    // Espera hasta recibir una respuesta
    String inputs = Serial2.readStringUntil('\n');

    // Si la respuesta comienza por el ID
    // entonces la comunicación fue exitosa
    if ( inputs.startsWith( "XN01A=" ) ) {
        Serial.println( inputs );
    } else {
        Serial.println( "Error" );
    }

    delay( 1000 );
}

Protocolo I2C

Para poder establecer comunicación se debe conocer la dirección I2C del X-NODE, el valor de fábrica se compone por los dos últimos dígitos del modelo después de “XN”. Las direcciones I2C suelen representarse en sistema hexadecimal, mientras que el modelo del X-NODE está en sistema decimal, asegúrese de utilizar el sistema numérico adecuado.

Configuración

• Velocidad de comunicación: 100 kHz

• Address: 7 bits

Escritura

Para escribir en un registro del X-NODE Digital Inputs el maestro I2C debe generar las siguientes operaciones:

1. Enviar una condición de inicio: El maestro genera un lógico bajo (0) en el pin SDA, mientras SCL permanece en alto (1).

2. Enviar la dirección del X-NODE: El maestro envía la dirección de 7 bits.

3. Enviar el tipo de operación: El maestro indica si la operación es de lectura (0) o de escritura (1).

4. Esperar una señal de reconocimiento (ACK): El maestro espera a recibir un lógico bajo (0), como confirmación (Acknowledgment) que exista un dispositivo con la dirección enviada previamente en el BUS I2C. Si no se recibe respuesta (1), significa que hubo un error en la comunicación o la dirección es incorrecta.

5. Escribir n bytes de datos: El maestro escribirá en secuencias de 8 bits (1 byte) y en orden del bit más significativo primero (MSB) n cantidad de bytes que desea escribir en el registro, el dispositivo enviará una señal de reconocimiento (ACK) por cada byte escrito.

6. Enviar una condición de paro: El maestro debe liberar el BUS I2C generando un lógico alto (1) en el pin SDA mientras que SCL se encuentra en un lógico alto (1).

Lectura

Para leer en un registro del X-NODE Digital Inputs el maestro I2C debe generar las siguientes operaciones:

1. Enviar una condición de inicio: El maestro genera un lógico bajo (0) en el pin SDA, mientras SCL permanece en alto (1).

2. Enviar la dirección del X-NODE: El maestro envía la dirección de 7 bits.

3. Enviar el tipo de operación: El maestro indica si la operación es de lectura (0) o de escritura (1).

4. Esperar una señal de reconocimiento (ACK): El maestro espera a recibir un lógico bajo (0), como confirmación (Acknowledgment) que exista un dispositivo con la dirección enviada previamente en el BUS I2C. Si no se recibe respuesta (1), significa que hubo un error en la comunicación o la dirección es incorrecta.

5. Leer n bytes de datos: El dispositivo enviará secuencias de 8 bits (1 byte) y en orden del bit más significativo primero (MSB) n cantidad de bytes, al recibir un byte, el maestro deberá generar una señal de reconocimiento (ACK) para solicitar 1 byte más, o una señal de no reconocimiento (NACK) para indicar que ha finalizado la transmisión y solicitar el dispositivo que libere el BUS.

6. Enviar una condición de paro: El maestro debe liberar el BUS I2C generando un lógico alto (1) en el pin SDA mientras que SCL se encuentra en un lógico alto (1).

Lista de registros

En un dispositivo I2C los registros son direcciones de memoria que permiten configurar u obtener datos del dispositivo. Existen dos tipos de operaciones: de lectura (R) y de escritura (W).

Registros No volatiles (NV)

Los registros no volátiles se guardan en la memoria EEPROM del dispositivo, lo que significa que conservarán los valores escritos en ellos incluso si el dispositivo se apaga.

Ejemplo I2C Arduino Framework

// Este ejemplo muestra el estado de las entradas
// del X-NODE. Deslize la posición del interruptor
// para observar los cambios de estado.

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>

void setup()
{
  // Inicializa el monitor serial
  Serial.begin(115200);
  // Configura los pines de la comunicación I2C
  Wire.setPins( 12, 13 );
  // Inicializa la comunicación I2C
  Wire.begin();
}

void loop()
{
    uint8_t bytes_recv = 0;
    uint8_t inputs = 0;    
    // Enviar condición de inicio + dirección
    // + tipo operación
    Wire.beginTransmission(0x01);
    // Escribe la dirección del registro de entradas (0x01)
    Wire.write(0x01);

    // Verificar si la operación fue exitosa
    if (Wire.endTransmission() != 0) {
        Serial.println("Error al solicitar el registro");
        delay(1000);
        return;
    }
    // Enviar condición de inicio + dirección
    // + tipo operación + cantidad de bytes a leer
    bytes_recv = Wire.requestFrom( 0x01, 1 );

    // Confirmar que se recibió 1 byte
    if ( bytes_recv != 1 ) {
        Serial.println( "Error" );
        delay( 1000 );
        return;
    }

    inputs = Wire.read();

    // Mostrar el estado en formato binario (omite
    // 0's a la izquierda)
    Serial.print( "XN01A=" );
    Serial.println( inputs, BIN );

    delay( 1000 );
}

VI. Descargas