X-NODE / XN02 - Salidas Digitales

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El X-NODE Digital Outputs es un módulo que permite generar hasta 8 salidas digitales. Puede generar señales que se pueden utilizar para controlar actuadores, módulos de relevadores, interfaces paralelas como pantallas LCD, multiplexores, etc., a través de una interfaz digital (UART/I2C) que es configurable lo que permite conectar múltiples X-NODE Digital Outputs simultáneamente, expandiendo la cantidad de salidas que puede generar un sistema desde 8 hasta 1016.

El X-NODE Digital Outputs genera señales de voltaje de 3.3VDC. No intente utilizarlo para controlar cargas mayores a 20mA. Si requiere generar señales de voltaje con un rango entre 5-24VDC revise nuestro X-NODE XN27 - 4 x 24V Outputs. Si requiere controlar cargas DC de hasta 28VDC o AC de hasta 125VAC revise nuestra línea de X-NODE de relevadores: XN13, XN29.

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 Outputs posee un controlador en hardware integrado con el cual es posible generar señales lógicas (3.3V TTL) 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, un microprocesador o equipos industriales. El módulo integra 8 LEDs de color verde como indicadores y un puerto de conexión con 8 salidas y GND. Los LED poseen un amplio ángulo de visión, una disipación de 40 mW, un flujo de 20 mA y pueden operar en un rango de temperatura de 0 °C hasta 80 °C. Estos pueden utilizarse como indicadores de propósito general para visualizar el estado de diferentes dispositivos, alertas o secuencias. El conector tipo clema de 9 pines permite enviar las señales a otros componentes como módulos de relevadores, interfaces paralelas como pantallas LCD, multiplexores, etc.

X-NODE Digital Outputs 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. Indicadores LED

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

Tipo	Salidas digitales
Aplicaciones	Integración en proyectos de IoT donde se requiera generar señales digitales, como en el control de actuadores o indicadores. También donde se necesite una serie de indicadores LED para visualizar el estado de diferentes dispositivos, alarmas o secuencias.
Características	Indicadores LED con un amplio ángulo de visión, disipación de 40 mW, un flujo de corriente continua de 20 mA con un pico de 40 mA y operación en un rango de temperatura de 0 °C hasta 80 °C. Conector tipo clema para 8 salidas externas y GND.
Interfaz	UART, I2C
Compatibilidad	Estándar mikroBUS™ y estándar Qwiic®
Tamaño	67.15 x 25.38 x 22 mm
Voltaje	3.3 V

IV. Pinout

La siguiente tabla muestra el pinout del X-NODE Digital Outputs 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.

Nota: A partir de este punto se utilizará el índice predeterminado del X-NODE XN02 - Digital Outputs para el resto del manual: XN02A.

Lista de comandos

XN02A?	Verifica si se estableció una comunicación con éxito. Respuesta: OK
XN02A+V	Obtiene la versión del firmware actual que integra el X-NODE. Respuesta: XN02A=Versión Ejemplo: XN02A=2.0.0
XN02A+ID=(A-Z)	Cambia el índice del ID por una letra diferente del abecedario de la A a la Z, la nueva letra debe ser en mayúscula. Una vez modificado, para volver a cambiarlo es necesario colocar el ID con el nuevo índice. Respuesta: OK Ejemplo de envío: XN02C+ID=H
XN02A+TW=(1-126)	Cambia la dirección I2C que viene de fábrica por uno diferente. La nueva dirección se escribe en decimal seleccionando un valor de 1 a 126. Respuesta: OK Ejemplo de envío: XN02A+TW=28
XN02A+SO=(Out1)(Out2)(Out3)(Out4)(Out5)(Out6)(Out7)(Out8)	Cambia el estado de cada una de las 8 salidas digitales, sea en los indicadores LED o en el puerto, con dos opciones: 1 (Alto) y 0 (Bajo). La salida 1 será el primer valor de la izquierda, interpretándose de izquierda a derecha. Respuesta: OK Ejemplo de envío: XN02A+SO=11001100

Comandos avanzados

XN02A+ETW=(0-1)	Habilita (1) o deshabilita (0) la interfaz I2C del dispositivo. Nota: Esta configuración es volátil, desconectar el dispositivo del suministro de energía o enviar el comando de reinicio restaurará la interfaz I2C. Respuesta: OK Ejemplo de envío: XN02A+ETW=0
XN02A+SLP	Habilita el modo de descanso profundo del dispositivo para reducir el consumo de energía, durante el descanso profundo el dispositivo no responderá a comandos UART, para despertar el dispositivo envíe un lógico bajo (0) al pin WAKEUP/UPDI Respuesta: OK Ejemplo de envío: XN02A+SLP
XN02A+RST	Reinicia el dispositivo, los valores no volátiles (ej. ID, address I2C) se conservarán y los valores volátiles volverán a su configuración por defecto. Respuesta: OK

Nota: El modo de descanso profundo del X-NODE XN02 - Digital Outputs tiene un consumo típico de 5 uA, sin embargo, cada LED en las salidas consume 330mA, cada salida puede abastecer/drenar hasta 40mA, con un máximo total de hasta 45mA en todos los pines.

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 maneras diferentes.

Ejemplo UART Arduino Framework

Código de ejemplo para el XC01 - R5, revisa el manual para utilizar nuestro XC01 - R5 en Arduino IDE/PlatformIO

// Este ejemplo muestra el control de las salidas
// del X-NODE implementando un contador binario.

#include "Arduino.h"

// Envía una secuencia binaria de longitud fija
// (0 a la izquierda) de 8 bits
void printBinary(uint8_t num) {
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    Serial2.print((num >> i) & 0x01);
  }
  // La función println envía los caracteres <CR+LF>
  Serial2.println();
}

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() {
  // Genera un contador binario con los LEDs del XN02
  for (uint16_t binary_counter = 0; binary_counter < 256; binary_counter++) {

    // Limpiamos el buffer
    if (Serial2.available()) {
      Serial2.read();
    }
    
    // Envía el comando
    Serial2.print("XN02A+S=");
    printBinary(binary_counter);

    String success = Serial2.readStringUntil('\n');

    // Verificar si la operación fue exitosa
    if ( !success.startsWith("OK") ) {
      Serial.println( "Error" );
      delay( 1000 );
      return;
    }

    delay(100);
  }

  delay(1000);
}

Protocolo I2C

Para poder establecer comunicación se debe conocer la dirección I2C del X-NODE, el valor de fábrica se conforma 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

Nota: Verifica que no cuentes con otro dispositivo con la misma dirección (Address) en el BUS I2C, de ser así recuerda que el X-NODE puede cambiar su dirección I2C con el comando XN02A+TW=(1-126).

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 escrbir 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

Registro	Dirección	Tipo	No. Bytes	Descripción
OUTPUT	0x01	R/W	1	Cada bit representa un estado lógico de una salida, donde el bit más significativo (el que se recibe primero) corresponde al estado de la salida O8, siguiendo un orden de mayor a menor.
STAT	0x37	R	1	Estado del XNODE, 0x00 si no hay errores, cualquier otro valor significa error en la comunicación.
FW	0x38	R	3	Versión de firmware, en versión mayor, menor y parche: 0x02.0x00.0x00
UART_ID	0x39	R/W - NV	1	Permite leer y escribir el índice del ID por una letra diferente del abecedario de la A (0x41) a la Z (0x5A)
TW_ADD	0x3A	R/W - NV	1	Permite leer y escribir la dirección I2C del dispositivo por uno diferente de 1 (0x01) a 126 (0x7D).
UART_EN	0x3B	W	1	Habilita (0x01) o deshabilita (0x00) la interfaz UART del dispositivo.
SLEEP	0x3C	W	1	Habilita (0x01) o deshabilita (0x00) el descanso profundo del dispositivo, el dispositivo despertará si el maestro escribe la dirección I2C del dispositivo en el BUS.
RESET	0x3D	W	1	Si se escribe un 0x01 reinicia el dispositivo.
WHO_AM_I	0x3E	R	2	El primer byte es el modelo del XNODE, el segundo byte es la revisión de hardware

Nota: El modo de descanso profundo del X-NODE XN02 - Digital Outputs tiene un consumo típico de 5 uA, sin embargo, cada LED en las salidas consume 330mA, cada salida puede abastecer/drenar hasta 40mA, con un máximo total de hasta 45mA en todos los pines.

Registros No volátiles (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.

Estructura del registro OUTPUT:

Ejemplo I2C Arduino Framework

Código de ejemplo para el XC01 - R5, revisa el manual para utilizar nuestro XC01 - R5 en Arduino IDE/PlatformIO

// Este ejemplo muestra el control de las salidas
// del X-NODE implementando un contador binario.

#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() {
  // Genera un contador binario con los LEDs del XN02
  for (uint16_t binary_counter = 0; binary_counter < 256; binary_counter++) {

    // Escribe en el registro
    Wire.beginTransmission(0x02);
    // Selecciona el registro
    Wire.write( 0x01 );
    // Escribe el estado de cada uno de las salidas
    Wire.write(binary_counter);

    // Verificar si la operación fue exitosa
    if (Wire.endTransmission() != 0) {
      Serial.println("Error");
      delay(1000);
      return;
    }

    delay( 100 );
  }

  delay(1000);
}

VI. Descargas

Esquemático

Dimensiones