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組み込み開発でUSB接続のI²C・SPIアダプターを使うと、評価ボードや実機基板の通信をPCから確かめやすくなります。センサーの読み取りなら小型機で足りても、フラッシュ検証やスレーブ動作も行うなら必要な機能は変わります。
今回はI²C専用の絶縁型から高速解析向けまで、5製品を紹介します。対応速度や電圧、操作環境にも注目。各製品の違いを見ていきましょう。
候補一覧
まずは特徴をざっと一覧にしました。I²Cだけで足りるか、SPIやスレーブ機能も使うか。ここを押さえると候補を絞りやすくなります。
| 製品 | できること | 実務上の特徴 |
|---|---|---|
| Pololu Isolated USB-to-I²C Adapter | 絶縁I²C、1MHz超 | I²C専用、対象側の電源が必要 |
| Adafruit FT232H Breakout | I²C・SPI、GPIO 12本 | 同時使用不可、SPIはモード0・2 |
| Bus Pirate 5 REV10 | I²C・SPI・UART・1-Wireなど | 端末操作、広い電圧範囲に対応 |
| Aardvark I2C・SPI Host Adapter | I²C・SPIのマスター／スレーブ | 3.3V出力、低電圧変換は別売り |
| Promira Serial Platform | 高速SPI、各種バス解析 | 高速な開発・検証向けの上位機 |
価格は販売店や時期によって変わります。注文時の表示を確認してください。上位機では速度に加え、必要なソフトやアプリケーション構成も予算に含めると、見積もりが立てやすくなります。
同じUSB接続でも、小型基板、端末操作の道具、開発用ホスト、解析器では役割が異なります。表で全体をつかみ、各製品の得意分野を見ていきましょう。
PC制御の役割
USB接続のI²C・SPIアダプターは、PCのUSB通信を基板上のI²CやSPI信号へ橋渡しします。マイコンのファームウェアを動かさず、接続先のレジスターを調べる段階で役立ちます。
I²Cはアドレスを指定してSDAとSCLを共有する方式です。SPIではクロックとデータ線にチップ選択信号を加えて通信します。ボードの端子と周辺ICの条件が合うことが前提ですね。
USBで信号を出せても、対象基板への給電や電圧変換は製品ごとに仕様が異なります。出力電圧、入力耐性、プルアップ、絶縁を確かめてください。評価基板の電源設計にも関わる点です。
絶縁I²Cの本命
Pololu Isolated USB-to-I²C Adapterは、I²CデバイスをPCから読み書きする用途に絞った絶縁型です。USB側とI²C側をガルバニック絶縁します。PCと実機を電気的に切り離したい評価環境で、有力な候補です。
双方向通信に加え、クロックストレッチにも対応。通信速度は1MHzを超える範囲まで扱え、バスは1系統です。基板上には10kΩのプルアップ抵抗を備えています。応答待ちがあるデバイスにも使いやすい構成でしょう。
I²C側には2.25～5.5Vの電源を別途用意します。評価基板やセンサーの電源系統と合わせて、配線を考えたいところです。
USB仮想シリアルのCDC ACMとして動作し、Windows 10以降、Linux、macOSではドライバーが不要。Pythonライブラリも使えます。SPIが不要で、絶縁を重視する人におすすめです。
Pololu Isolated USB-to-I²C Adapter
Amazonで探すPythonで試す
Adafruit FT232H Breakoutは、MPSSE経由でI²CとSPIを扱えるコンパクトな基板です。GPIOは12本。PythonのAdafruit Blinkaやpyftdiも利用でき、PCのスクリプトから周辺ICのレジスターを調べるときに便利でしょう。
I²CとSPIは同じ端子を共有するため、同時には使えません。SPIの対応モードは0と2です。接続先がモード1や3を必要とするなら、機器側の設定を変更できるかが分かれ目になります。
SPIクロックは約450Hz～30MHz。出力信号は3.3Vで、入力は3.3Vと5Vに対応します。I²Cのプルアップ抵抗は別途必要です。5V入力に耐えることと、5V信号を出力できることは別なので、混同しないようにしましょう。
USB-Cに加えてSTEMMA QT端子を備え、対応ボードとの接続も手軽です。低価格でPythonから試したい人におすすめ。絶縁やI²CとSPIの同時利用を求めない用途に合います。
Adafruit FT232H Breakout
Amazonで探す多プロトコル対応
Bus Pirate 5 REV10は、PCのUSBシリアル端末からコマンドを入力し、I²CやSPI、UART、1-Wireなどを切り替える機器です。コードを書く前にデバイスの応答やチップの読み書きを確かめたいときに重宝します。
I²Cは1kHz～1MHz、SPIは1kHz～62.5MHzに対応。8本の双方向バッファ付きI/Oは1.2～5Vを扱えます。電圧条件の異なる評価対象にも対応しやすいのが持ち味です。
電圧範囲はプロトコルごとに異なります。I²Cは1.2～5V、SPI出力は1.65～5Vです。低電圧デバイスのSPIを試す場合は、I²Cと同じ範囲と思い込まず、出力条件を確認してください。
SPIのチップセレクトには個別のI/Oを割り当てられます。操作の中心はターミナルです。複数の通信方式を対話しながら試したい人や、端末操作に抵抗がない人には開発机に置きやすい一台でしょう。
ホスト開発向け
Aardvark I2C・SPI Host Adapterは、I²CとSPIのマスター／スレーブ動作に対応します。PCアプリとの連携も重視する開発者向けです。Control Center、Aardvark API、LabVIEWドライバーを利用できます。
I²Cマスターは最大800kHzです。SPIはマスター最大8MHz、スレーブ最大4MHz。CやC++、C#、Python、.NETなどのAPIがあり、独自の試験アプリや自動化環境へ組み込めます。
信号出力は3.3Vで、入力は5V耐性があります。1.2～3.3Vの信号への変換には、別売りのLevel Shifter Boardを使います。低電圧の周辺ICを接続するなら、この追加機材も含めて考えましょう。
接続はUSB Standard-B端子のUSB 1.1 Full-speedです。I²CとSPIを各1系統、GPIOを最大6本扱えます。スレーブ動作やアプリ連携を含む継続的な開発で力を発揮する専用機です。
高速解析の本格機
Promira Serial Platformは、高速SPIやバス解析を含む開発・検証向けのプラットフォームです。I²CとSPIのマスター／スレーブに加え、I²C・SPI解析とeSPI解析にも対応。機能や速度はアプリケーションのレベルによって異なります。
SPIマスターは最大80MHz、スレーブは最大20MHzで、Single、Dual、Quad SPIを扱えます。解析速度はSPI最大40MHz、eSPI最大66MHz。フラッシュメモリーなど高速な周辺機器の検証で頼りになります。
I²Cマスター／スレーブは最大3.4MHz、解析は最大5MHzです。信号レベルは0.9～3.3Vで、5V耐性もあります。補助電源は最大200mAを供給可能。SPIスレーブセレクトは最大8本、GPIOは最大16本です。
High-Speed USBとGigabit Ethernetで接続でき、Control Center、Flash Center、Data Center、I²CとSPIのAPIを利用できます。小さな基板の通信確認だけなら機能を持て余すかもしれません。高速・複数モード・解析を一台で扱う現場向けです。
結論
I²Cだけを絶縁して扱うならPololu、PythonでI²CやSPIを試すならAdafruit FT232H、端末から複数プロトコルを操作するならBus Pirateがおすすめです。用途が絞れていると、機能を絞った製品の使いやすさが生きます。
I²C・SPIのスレーブ動作や開発アプリとの連携にはAardvark、高速SPIや解析にはPromiraが適しています。Promiraはアプリケーションの機能レベルによって仕様が変わるため、必要な機能と現行価格をあわせて確認してください。
速度に加えて、対象回路の電圧、絶縁の要否、必要な動作モードも対応仕様と照らしましょう。まず一つの基板を読みたいのか、検証工程へ組み込みたいのか。その違いを見れば、おすすめ製品を決めやすくなります。
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