JP2019197995A - インターフェース回路および電子機器 - Google Patents

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【課題】スレーブデバイスを簡便に識別することができるインターフェース回路を提供する。【解決手段】インターフェース回路1は、マスタデバイス10と複数のスレーブデバイス20とが2線式の通信手段(例えば、シリアル通信部2)で接続されている。マスタデバイス10は、通信手段に対して別に設けられたアドレス設定手段3を介して、複数のスレーブデバイス20が順に接続されている。複数のスレーブデバイス20は、アドレス設定手段3を介してマスタデバイス10から送信されたスレーブアドレス設定信号によって、それぞれ固有のスレーブアドレスが設定される。【選択図】図1

Description

本発明は、マスタデバイスと複数のスレーブデバイスとが2線式の通信手段で接続されたインターフェース回路および電子機器に関する。
近年、電子機器においては、スマートフォンなどのように、多くのセンサ(例えば、カメラ、近接センサ、方位センサ、加速度センサ、角速度センサ、および照度センサ等)を搭載したものが広く普及している。このような電子機器では、センサの制御やセンシングデータの取り込みなどにおいて、I2Cインターフェース等の2線式の通信プロトコルが使われている。
ところで、自走式のロボット掃除機等の電子機器においても、多くのセンサ(デバイス)が搭載されるようになっており、さらに普及することが期待されている。ロボット掃除機には、複数の測距センサが搭載され、周辺の障害物との距離を正確に測定し、効率よく掃除を行うことが求められている。そのため、同じ種類の複数のセンサに対して、できるだけ少ない信号線を介してセンシングデータを取得するようにしている。また、複数のデバイスを2線式の通信プロトコルで接続する構成は、ロボット掃除機だけに限らず、例えば、画像形成装置にも適用されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
特開2009−118155号公報 特開2010−188574号公報
特許文献1に記載の画像形成装置では、マスタノードを備えたバス型シリアル通信システムにスレーブノードが接続されており、スレーブノードは、入力されたアナログ電圧値に基づいて、自己のスレーブアドレスを設定するアドレス生成部を備えている。上述した画像形成装置では、アナログ電圧値をA/D変換によって、スレーブアドレスに変換しているので、回路規模が増加し、構成が煩雑になるという課題がある。
特許文献2に記載の画像形成装置は、複数の装填位置に交換可能に装着されるインクカートリッジ(デバイス)と、インクカートリッジに保持されるメモリと、メモリにアクセスするための通信手段とを有しており、アドレス生成手段によって、装填位置とインク種類との対応関係に基づいてアドレスデータを生成している。そして、通信手段には、I2C通信が用いられている。上述した画像形成装置では、インクカートリッジに複数の端子を設け、端子を介して送信する信号の組み合わせによって、スレーブアドレスを設定している。そのため、接続するデバイスの数を多くする場合、アドレスを設定する端子の数を増やす必要があり、デバイスの大型化や煩雑化といった課題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、スレーブデバイスを簡便に識別することができるインターフェース回路および電子機器を提供することを目的とする。
本発明に係るインターフェース回路は、マスタデバイスと複数のスレーブデバイスとが2線式の通信手段で接続されたインターフェース回路であって、前記マスタデバイスは、前記通信手段に対して別に設けられたアドレス設定手段を介して、前記複数のスレーブデバイスが順に接続されており、前記複数のスレーブデバイスは、前記アドレス設定手段を介して前記マスタデバイスから送信されたスレーブアドレス設定信号によって、それぞれ固有のスレーブアドレスが設定されることを特徴とする。
本発明に係るインターフェース回路では、前記複数のスレーブアドレスは、前記固有のスレーブアドレスと併せて、互いに共通したデフォルトスレーブアドレスが設定される構成としてもよい。
本発明に係るインターフェース回路では、前記スレーブデバイスは、予め設定された有効レジスタを含むレジスタマップを有し、前記デフォルトスレーブアドレスに対する信号を受信した際、前記有効レジスタにアクセスして、前記固有のスレーブアドレスを有効にする構成としてもよい。
本発明に係るインターフェース回路では、前記レジスタマップは、予め設定された制限レジスタを含み、前記制限レジスタは、前記固有のスレーブアドレスを有効にした場合、前記固有のスレーブアドレスに対して送信された通信にのみ、アクセスが許可される構成としてもよい。
本発明に係るインターフェース回路では、前記スレーブアドレス設定信号は、複数のパルスを組み合わせた波形とされ、前記複数のスレーブデバイスは、前記パルスの数をカウントして、前記固有のスレーブアドレスを設定する構成としてもよい。
本発明に係るインターフェース回路では、前記スレーブデバイスは、入力されたスレーブアドレス設定信号に対し、前記パルスの数を変更したスレーブアドレス設定信号を、次に接続されたスレーブデバイスへ出力する構成としてもよい。
本発明に係る電子機器は、本発明に係るインターフェース回路を備えることを特徴とする。
本発明によると、マスタデバイスからスレーブアドレス設定信号を送信することによって、複数のスレーブデバイスに対し、固有のスレーブアドレスを割り振ることができる。つまり、インターフェース回路内での接続状況に応じて、割り振られるスレーブアドレスが決まるので、スレーブデバイスにおいて、個々にアドレスを特定する処置を必要とせず、簡便に識別することができる。
本発明の第1実施形態に係るインターフェース回路の概略を示す概略構成図である。 I2Cインターフェースにおける通信フォーマットであって、Read時のデータ構成の一例を示す説明図である。 I2Cインターフェースにおける通信フォーマットであって、Write時のデータ構成の一例を示す説明図である。 アドレス設定手段を介して送信されるスレーブアドレス設定信号を示す説明図である。 スレーブデバイスの概略を示す概略構成図である。 本発明の第3実施形態に係るインターフェース回路において用いられるレジスタマップの一例を示す説明図である。 電子機器の一例であるロボット掃除機を示す概略外観図である。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係るインターフェース回路について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るインターフェース回路の概略を示す概略構成図である。
本発明の第1実施形態に係るインターフェース回路1は、マスタデバイス10と複数のスレーブデバイス20とが、2線式の通信手段で接続されている。マスタデバイス10とスレーブデバイス20とは、それぞれに設けられたシリアル通信部2(2線式の通信手段の一例)が、SCLライン71とSDAライン72とに接続されている。SCLライン71は、基準クロックラインであって、SDAライン72は、データラインである。図1では、スレーブデバイス20として、第1スレーブデバイス21ないし第5スレーブデバイス25の5つを接続した構成を示しているが、マスタデバイス10と接続するスレーブデバイス20の数はこれに限らず、適宜変更してもよい。SCLライン71とSDAライン72とは、I/O電源電圧のVIOと抵抗RSCLおよび抵抗RSDAを介して接続され、プルアップされることで通信が行われていないときにハイレベルになる。なお、スレーブデバイス20の詳細な構成については、後述する図4を参照して説明する。
インターフェース回路1では、SCLライン71およびSDAライン72を用いて、2線式の同期式シリアル通信を行っており、シリアル・クロック信号とシリアル・データ信号とを送受信している。シリアル・クロック信号は、バス・マスタが生成しており、シリアル・データ信号は、送受信により、入力と出力との向きが切り替わる双方向通信とされている。なお、I2Cインターフェースとは、2線式の同期式シリアル通信インターフェースのことであって、以下では説明のため、I2Cを用いた通信をI2C通信と呼ぶことがある。マスタデバイス10に対して、複数のスレーブデバイス20を接続した際、スレーブデバイス20では、それぞれ異なる固有のスレーブアドレスを設定することで、いずれのスレーブデバイス20に対する通信であるかを判別することができる。
そこで、インターフェース回路1では、アドレス設定手段3によって、固有のスレーブアドレスを設定する構成とされている。具体的に、マスタデバイス10およびスレーブデバイス20は、それぞれアドレス設定手段3を備えており、マスタデバイス10から、第1スレーブデバイス21、第2スレーブデバイス22、・・・、および第5スレーブデバイス25の順に接続されている。なお、アドレス設定手段3によって行われる通信については、後述する図3を参照して、詳細に説明する。
図2Aは、I2Cインターフェースにおける通信フォーマットであって、Read時のデータ構成の一例を示す説明図であり、図2Bは、I2Cインターフェースにおける通信フォーマットであって、Write時のデータ構成の一例を示す説明図である。なお、図2Aおよび図2Bでは、マスタデバイス10からスレーブデバイス20へ送信された信号と、スレーブデバイス20からマスタデバイス10へ送信された信号とを区別するため、スレーブデバイス20からマスタデバイス10へ送信された信号をハッチングしている。
図2Aおよび図2Bは、インターフェース回路1で送受信されるデータ構成の一例を示しており、図面の左方から右方へ向かう順でデータが送受信されている。
通信の手順として、先ず、マスタデバイス10は、全てのスレーブデバイス20に対して、スタート・コンディション(Start)と、通信の対象とするスレーブアドレス(Slave Address)と、Read/Writeを指定するデータ(RW)である「0」とを送信する。
マスタデバイス10から送信された信号を受信したスレーブデバイス20では、受信したスレーブアドレスが自己のスレーブアドレスと一致するかどうかを調べる。その結果、スレーブアドレスが一致しない場合は、待機状態に戻る。一方、スレーブアドレスが一致する場合は、「ACK」を送信し、マスタデバイス10に通信可能であることを伝える。
その後、図2Aの示すRead時の読取信号RSでは、マスタデバイス10からレジスタのワードアドレス(Word Address)が送信され、スレーブデバイス20が「ACK」を出力する。そして、マスタデバイス10は、ストップ・コンディション(Stop)を発行し、再度、スタート・コンディションとスレーブアドレスとを出力して、Readモードを示す「1」を出力することで、スレーブデバイス20はReadモードになる。
通信の対象とされたスレーブデバイス20は、ワードアドレスを先頭とするレジスタ内容(Read Data)を、順次8ビット単位で送信し、マスタデバイス10が「ACK」を出力する。この処理は適宜繰り返され、マスタデバイス10が「ACK」に換えて、「NACK」とストップ・コンディションとを発行することで通信は停止され、スレーブデバイス20は通信待機状態になる。
また、図2Bの示すWrite時の書込み信号WSでは、マスタデバイス10がスタート・コンディションとスレーブアドレスとを発行した後、対応するスレーブデバイス20が「ACK」を返す。その後、マスタデバイス10は、書き込みたいレジスタのワードアドレスを送信し、スレーブデバイス20が「ACK」を返して書込み可能状態になる。そして、マスタデバイス10が順次8ビットの書込みデータ(Write Data)を送信して、スレーブデバイス20が「ACK」を出力し、スレーブデバイス20のレジスタに情報が書き込まれる。最後に、マスタデバイス10がストップ・コンディションを発行して通信は停止し、スレーブデバイス20は通信待機状態になる。
図3は、アドレス設定手段を介して送信されるスレーブアドレス設定信号を示す説明図である。
図3では、第1スレーブデバイス21ないし第5スレーブデバイス25のそれぞれに対し、送信されるスレーブアドレス設定信号(信号S1ないし信号S5)の波形を示している。図3に示すように、スレーブアドレス設定信号は、複数のパルスPSを組み合わせた波形とされている。
具体的に、信号S1は、マスタデバイス10から第1スレーブデバイス21に送信されるスレーブアドレス設定信号であって、7つのパルスPSを有している。信号S2は、第1スレーブデバイス21から第2スレーブデバイス22に送信されるスレーブアドレス設定信号であって、6つのパルスPSを有している。信号S3は、第2スレーブデバイス22から第3スレーブデバイス23に送信されるスレーブアドレス設定信号であって、5つのパルスPSを有している。信号S4は、第3スレーブデバイス23から第4スレーブデバイス24に送信されるスレーブアドレス設定信号であって、4つのパルスPSを有している。信号S5は、第4スレーブデバイス24から第5スレーブデバイス25に送信されるスレーブアドレス設定信号であって、3つのパルスPSを有している。つまり、信号S1ないし信号S5では、順にパルスPSの数が1つずつ減っていく。
スレーブアドレス設定手段3では、マスタデバイス10の出力端子(GPIO端子)と第1スレーブデバイス21の入力端子(DI端子)とが接続されている。各スレーブデバイス20の出力端子(DO端子)は、次のスレーブデバイス20のDI端子と接続されている。つまり、インターフェース回路1は、シリアル通信部2とスレーブアドレス設定手段3との2種類で接続されたデイジーチェーン接続になっている。
第1スレーブデバイス21では、信号S1が入力されると、1番目のパルスPSを遮断して、2番目以降のパルスPSを出力する。第2スレーブデバイス22には、信号S1よりもパルスPSが1つ減った信号S2が入力され、さらに、パルスPSを1つ減らして出力する。このように、スレーブデバイス20は、入力されたスレーブアドレス設定信号に対し、パルスPSの数を変更したスレーブアドレス設定信号を、次に接続されたスレーブデバイス20へ出力する構成とされている。
スレーブアドレス設定手段3では、スレーブアドレス設定終了時までに入力される信号において、パルスPSの立ち上がりエッジの数をカウントして、スレーブアドレスを設定する。図3に示す信号S1ないし信号S5では、立ち上がりエッジ数が3〜7になるので、例えば、スレーブアドレスの下位3桁のビットを3〜7に設定して、固有のスレーブアドレスを割り振ることができる。つまり、第1スレーブデバイス21では、スレーブアドレスが「0000111」とされ、第2スレーブデバイス22では、スレーブアドレスが「0000110」とされ、第3スレーブデバイス23では、スレーブアドレスが「0000101」とされ、第4スレーブデバイス24では、スレーブアドレスが「0000100」とされ、第5スレーブデバイス25では、スレーブアドレスが「0000011」とされる。なお、スレーブアドレス設定手段3は、連続したスレーブアドレスとはせずに、デコーダや変換テーブルを用いて、任意のI2Cスレーブアドレスに変換してもよい。
本実施の形態において、スレーブアドレスは、7ビットとされているが、これに限定されず、スレーブアドレスのビット数を適宜変更してもよい。スレーブアドレスを7ビットとした際には、最大128のスレーブアドレスを設定できる。
上述したように、複数のスレーブデバイス20は、アドレス設定手段3を介してマスタデバイス10から送信されたスレーブアドレス設定信号によって、それぞれ固有のスレーブアドレスが設定される。このように、マスタデバイス10からスレーブアドレス設定信号を送信することによって、複数のスレーブデバイス20に対し、固有のスレーブアドレスを割り振ることができる。つまり、インターフェース回路1内での接続状況に応じて、割り振られるスレーブアドレスが決まるので、スレーブデバイス20において、個々にアドレスを特定する処置を必要とせず、簡便に識別することができる。
本実施の形態では、パルスPSの数をカウントしているので、微細な波形のずれなどによる誤検知を避けて、簡便に固有のスレーブアドレスを設定できる。また、スレーブアドレス設定信号のパルスPSの数を、順に変更して出力していくことで、それぞれ固有のスレーブアドレスを簡単に設定することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るインターフェース回路について、図面を参照して説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図4は、スレーブデバイスの概略を示す概略構成図である。
本発明の第2実施形態に係るインターフェース回路1において、スレーブデバイス20は、シリアル通信部2に相当するI2C回路34と、アドレス設定手段3とに加えて、センサ回路31、制御ロジック32、およびレジスタ33を備えている。センサ回路31は、制御ロジック32およびレジスタ33を介してI2C回路34と接続されている。I2C回路34は、SCL端子(SCLライン71に対応)とSDA端子(SDAライン72に対応)とが接続されており、I2C通信を行う。
アドレス設定手段3は、DI端子とDO端子との間に設けられており、DI端子からの信号の流れに沿って、各部を説明する。DI端子から入力された信号(以下では、DI信号と略す)は、シュミットトリガバッファSB1を通り、カウンタ36、パルス検知手段37、および第1バッファB1に入力される。カウンタ36は、DI信号(例えば、信号S1など)の立ち上がりエッジの数をカウントして、カウント値をデコーダ35に出力する。デコーダ35は、入力されたカウント値を対応するスレーブアドレスに変換し、I2C回路34に出力する。I2C回路34は、入力されたスレーブアドレスに基づいて、通信を行う。
パルス検知手段37は、DI信号の1番目のパルスPSを遮断し、立ち上がりエッジと立下りエッジとが各1回検出された後、SW1をONにする。SW1がONになることで、第1バッファB1の出力が第2バッファB2を介して、DO端子に出力される。つまり、第1バッファB1に入力されたDI信号のうち、1番目のパルスPSは、SW1がOFFにされているので出力されず、SW1がONになった後、2番目以降のパルスPSが、DO端子から出力される。
カウンタ36およびパルス検知手段37には、POR38が接続されており、スレーブデバイス20の電源投入時に、POR38は、カウンタ36とパルス検知手段37とをリセットする。電源投入後、マスタデバイス10は、I2C通信を始める前に、スレーブアドレスの設定を行うことで、各スレーブデバイス20に対し固有のスレーブアドレスを割り振ることができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係るインターフェース回路について、図面を参照して説明する。なお、第3実施形態において、第1実施形態および第2実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図5は、本発明の第3実施形態に係るインターフェース回路において用いられるレジスタマップの一例を示す説明図である。
本発明の第3実施形態に係るインターフェース回路1において、スレーブデバイス20では、固有のスレーブアドレスと併せて、デフォルトスレーブアドレスが設定されている。なお、以下では説明のため、固有のスレーブアドレスをマルチスレーブアドレスと呼ぶことがある。デフォルトスレーブアドレスは、全てのスレーブデバイス20において、予め共通に設定されている。例えば、デフォルトスレーブアドレスを「0101001」に設定した場合、マルチスレーブアドレスは、任意の7ビットのアドレスとされ、デフォルトスレーブアドレスと異なるように設定される。
図5に示すレジスタマップは、スレーブデバイス20の記憶領域に予め記憶されている。レジスタマップでは、レジスタアドレス(ADDR)と、レジスタ(BITの欄)とが関連付けられている。レジスタアドレス「00h」は、複数のスレーブデバイス20に対して共通設定用のレジスタとされ、図5に示すレジスタマップでは、動作モード設定用のレジスタ(COP2〜COP7)と、ソフトウェアリセット用レジスタ(RST)と、マルチスレーブアドレスの有効/無効を設定するマルチスレーブレジスタ(MLT_SLV)とを含んでいる。
電源投入後にリセットした際、ソフトウェアリセット用レジスタによって、複数のスレーブデバイス20が初期化され、その後、マスタデバイス10からのアドレス設定信号によって、スレーブアドレスが割り振られる。ここで、マルチスレーブレジスタ(有効レジスタ)を「0」から「1」に変更することで、複数のスレーブデバイス20において、マルチスレーブアドレスが有効になる。つまり、マルチスレーブレジスタが「0」とされているとき、マルチスレーブアドレスは、無効になっている。
また、レジスタアドレス「01h」には、各スレーブデバイス20で固有の動作設定用レジスタ(OP0〜OP7)が配置されている。レジスタアドレス「02h」およびレジスタアドレス「03h」は、読み取り専用のレジスタとされており、16ビットのデジタル情報(RANGE0〜RANGE15)が格納されている。例えば、スレーブデバイス20が測距センサである場合、デジタル情報は、測定した距離値に相当する。上述したレジスタアドレス「01h」ないしレジスタアドレス「03h」に対応するレジスタ(制限レジスタ)へのアクセスに関して、マルチスレーブレジスタが「1」の場合には、マルチスレーブアドレスに対して送信された通信のみがアクセス可能とされている。
上述したように、スレーブデバイス20は、予め設定された有効レジスタを含むレジスタマップを有し、デフォルトスレーブアドレスに対する信号を受信した際、有効レジスタにアクセスして、固有のスレーブアドレスを有効にする構成とされている。このように、有効レジスタを設定することで、インターフェース回路1に組み込むスレーブデバイス20と、それ以外のデバイスとを区別することができる。つまり、有効レジスタにアクセスして、固有のスレーブアドレスを有効にすることで、複数のスレーブデバイス20のうちの1つとして認識され、マスタデバイス10との双方向通信が開始される。
また、レジスタマップは、予め設定された制限レジスタを含む。制限レジスタは、マルチスレーブアドレスを有効にした場合、マルチスレーブアドレスに対して送信された通信にのみ、アクセスが許可される。スレーブデバイス20には、マルチスレーブアドレスとデフォルトスレーブアドレスとの2種類が設定されているので、同じ種類の複数のデバイスの通信が衝突することなく取り出すことができる。さらに、制限レジスタへのアクセスを制限して、複数のデバイス間での通信の衝突を避けることができる。
(電子機器)
上述した本発明の第1実施形態ないし第3実施形態に係るインターフェース回路は、電子機器に適用することができる。次に、電子機器の一例であるロボット掃除機について、図面を参照して説明する。
図6は、電子機器の一例であるロボット掃除機を示す概略外観図である。
ロボット掃除機50には、進行方向正面を中心に5つの測距センサ60が設けられている。ロボット掃除機50は、自走式とされ、測距センサ60によって障害物までの距離を検知しながら、掃除を行う。測距センサ60は、上述したスレーブデバイス20に相当し、I2C通信を行う。ロボット掃除機50の電源投入時には、5つの測距センサ60に対して、マルチスレーブアドレスを設定することで、5方向の障害物の検知を行い、データをI2C通信経由で取得することができる。
なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。
1 インターフェース回路
2 シリアル通信部(通信手段の一例)
3 アドレス設定手段
10 マスタデバイス
20 スレーブデバイス
50 ロボット掃除機(電子機器の一例)
60 測距センサ
71 SCLライン
72 SDAライン

Claims (7)

  1. マスタデバイスと複数のスレーブデバイスとが2線式の通信手段で接続されたインターフェース回路であって、
    前記マスタデバイスは、前記通信手段に対して別に設けられたアドレス設定手段を介して、前記複数のスレーブデバイスが順に接続されており、
    前記複数のスレーブデバイスは、前記アドレス設定手段を介して前記マスタデバイスから送信されたスレーブアドレス設定信号によって、それぞれ固有のスレーブアドレスが設定されること
    を特徴とするインターフェース回路。
  2. 請求項1に記載のインターフェース回路であって、
    前記複数のスレーブアドレスは、前記固有のスレーブアドレスと併せて、互いに共通したデフォルトスレーブアドレスが設定されること
    を特徴とするインターフェース回路。
  3. 請求項2に記載のインターフェース回路であって、
    前記スレーブデバイスは、
    予め設定された有効レジスタを含むレジスタマップを有し、
    前記デフォルトスレーブアドレスに対する信号を受信した際、前記有効レジスタにアクセスして、前記固有のスレーブアドレスを有効にすること
    を特徴とするインターフェース回路。
  4. 請求項3に記載のインターフェース回路であって、
    前記レジスタマップは、予め設定された制限レジスタを含み、
    前記制限レジスタは、前記固有のスレーブアドレスを有効にした場合、前記固有のスレーブアドレスに対して送信された通信にのみ、アクセスが許可されること
    を特徴とするインターフェース回路。
  5. 請求項1から請求項4までのいずれか1つに記載のインターフェース回路であって、
    前記スレーブアドレス設定信号は、複数のパルスを組み合わせた波形とされ、
    前記複数のスレーブデバイスは、前記パルスの数をカウントして、前記固有のスレーブアドレスを設定すること
    を特徴とするインターフェース回路。
  6. 請求項5に記載のインターフェース回路であって、
    前記スレーブデバイスは、入力されたスレーブアドレス設定信号に対し、前記パルスの数を変更したスレーブアドレス設定信号を、次に接続されたスレーブデバイスへ出力すること
    を特徴とするインターフェース回路。
  7. 請求項1から請求項6までのいずれか1つに記載のインターフェース回路を備えた電子機器。
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