[STM32G474] 를 이용한 동일 어드레스를 갖는 64채널 I2C 디바이스 제어

목적: STM32G474 마이크로컨트롤러와 TCA9548A I2C 멀티플렉서를 사용하여 동일한 I2C 주소를 가진 64개 디바이스를 제어하는 방법을 구현하고 설명한다.

1. 개요

본 내용은 STM32G474를 사용하여 동일한 I2C 주소를 가진 64개 디바이스를 제어하기 위해 TCA9548A I2C 멀티플렉서를 활용한 구현 방법을 기술한다. TCA9548A의 A0~A2 핀은 하드웨어적으로 고정되어 있으며, 단일 채널 번호(0~63)를 입력받아 TCA 인덱스와 내부 채널을 계산하는 간소화된 함수를 제공한다. 코드는 STM32CubeIDE와 HAL 라이브러리를 기반으로 작성되었으며, 데이터 읽기/쓰기 기능을 지원한다.

2. 시스템 구성

2.1 하드웨어 구성

마이크로컨트롤러: STM32G474 (I2C1 사용, SCL=PB6, SDA=PB7)
I2C 멀티플렉서: TCA9548A 8개
- A0~A2 핀: 하드웨어적으로 VCC(3.3V) 또는 GND에 고정
- 주소: 0x70~0x77 (예: TCA #0=A0/A1/A2=GND → 0x70)
- SCL, SDA: I2C1에 연결
- RESET: VCC에 연결
디바이스: 동일한 I2C 주소 (예: 0x20)를 가진 64개 디바이스
- 연결: TCA9548A의 출력 채널 (SC0/SD0 ~ SC7/SD7)
- 예: 채널 0 (TCA #0, SC0/SD0), ..., 채널 63 (TCA #7, SC7/SD7)
풀업 저항: SCL, SDA에 4.7kΩ 저항

2.2 TCA9548A 주소 설정

TCA 번호	A0	A1	A2	I2C 주소
TCA #0	GND	GND	GND	0x70
TCA #1	VCC	GND	GND	0x71
TCA #2	GND	VCC	GND	0x72
TCA #3	VCC	VCC	GND	0x73
TCA #4	GND	GND	VCC	0x74
TCA #5	VCC	GND	VCC	0x75
TCA #6	GND	VCC	VCC	0x76
TCA #7	VCC	VCC	VCC	0x77

3. 소프트웨어 구현

3.1 코드 개요

코드는 STM32CubeIDE에서 HAL 라이브러리를 사용하여 작성되었다. 주요 특징은 다음과 같다:

채널 계산: 단일 채널 번호(0~63)를 입력받아 TCA 인덱스(`tca_index = global_channel / 8`)와 내부 채널(`channel = global_channel % 8`)을 계산.
함수: 채널 선택(`I2C_SelectChannel`), 데이터 쓰기(`I2C_WriteDevice`), 데이터 읽기(`I2C_ReadDevice`)로 구성.
I2C 설정: 100kHz, 필요 시 400kHz로 변경 가능.

3.2 소스 코드


/* Includes */
/* STM32 HAL 라이브러리와 기본 헤더 포함 */
#include "main.h"
#include "stm32g4xx_hal.h"

/* Private variables */
/* I2C1 핸들: STM32G474의 I2C1 모듈(SCL=PB6, SDA=PB7) */
I2C_HandleTypeDef hi2c1;

/* TCA9548A의 고정된 I2C 주소 배열 (A0~A2 하드웨어 고정) */
/* 예: TCA #0=0x70 (A0/A1/A2=GND), TCA #1=0x71 (A0=VCC,A1/A2=GND) */
const uint8_t tca_addresses[8] = {0x70, 0x71, 0x72, 0x73, 0x74, 0x75, 0x76, 0x77};

/* Private function prototypes */
/* 시스템 클록 설정: 80MHz HSI+PLL */
void SystemClock_Config(void);
/* GPIO 초기화: A0~A2 고정으로 설정 불필요 */
static void MX_GPIO_Init(void);
/* I2C1 초기화: 100kHz, PB6=SCL, PB7=SDA */
static void MX_I2C1_Init(void);
/* TCA9548A 채널 선택: 글로벌 채널 번호(0~63)로 TCA와 내부 채널 선택 */
HAL_StatusTypeDef I2C_SelectChannel(uint8_t global_channel);
/* 디바이스 데이터 쓰기: 글로벌 채널로 디바이스에 1바이트 전송 */
HAL_StatusTypeDef I2C_WriteDevice(uint8_t global_channel, uint8_t device_addr, uint8_t data);
/* 디바이스 데이터 읽기: 글로벌 채널로 디바이스에서 1바이트 읽기 */
HAL_StatusTypeDef I2C_ReadDevice(uint8_t global_channel, uint8_t device_addr, uint8_t* data);

/* Main function */
int main(void) {
  /* MCU 초기화: HAL 라이브러리 초기화 */
  HAL_Init();
  /* 시스템 클록 설정: 80MHz */
  SystemClock_Config();
  /* GPIO 초기화: I2C 핀만 사용 */
  MX_GPIO_Init();
  /* I2C1 초기화: 100kHz */
  MX_I2C1_Init();

  /* 테스트 데이터: 쓰기 및 읽기용 */
  uint8_t write_data = 0xFF; // 예시 데이터 (0xFF 쓰기)
  uint8_t read_data = 0;     // 읽은 데이터 저장

  /* 메인 루프: 64개 디바이스 순회 */
  while (1) {
    for (uint8_t channel = 0; channel < 64; channel++) { // 채널 0~63
      /* 데이터 쓰기: 채널과 디바이스 주소(0x20)에 0xFF 전송 */
      I2C_WriteDevice(channel, 0x20, write_data);
      /* 데이터 읽기: 채널과 디바이스 주소(0x20)에서 1바이트 읽기 */
      I2C_ReadDevice(channel, 0x20, &read_data);
      /* 디바이스 응답 대기: 디바이스 사양에 따라 조정 */
      HAL_Delay(10);
    }
    /* 전체 루프 대기: 시스템 부하 조절 */
    HAL_Delay(100);
  }
}

/* TCA9548A 채널 선택 함수 */
HAL_StatusTypeDef I2C_SelectChannel(uint8_t global_channel) {
  /* 글로벌 채널(0~63)에서 TCA 인덱스와 내부 채널 계산 */
  /* TCA 인덱스: global_channel / 8 (예: 채널 10 → TCA #1) */
  uint8_t tca_index = global_channel / 8;
  /* 내부 채널: global_channel % 8 (예: 채널 10 → 채널 2) */
  uint8_t channel = global_channel % 8;
  /* TCA9548A 주소 선택 (0x70~0x77) */
  uint8_t tca_addr = tca_addresses[tca_index];
  /* 채널 활성화 비트 설정 (예: channel=2 → 0b00000100) */
  uint8_t data = 1 << channel;
  /* I2C로 채널 선택 명령 전송, 타임아웃 100ms */
  return HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, tca_addr << 1, &data, 1, 100);
}

/* 디바이스 데이터 쓰기 함수 */
HAL_StatusTypeDef I2C_WriteDevice(uint8_t global_channel, uint8_t device_addr, uint8_t data) {
  /* 채널 선택: 실패 시 에러 반환 */
  if (I2C_SelectChannel(global_channel) != HAL_OK) {
    return HAL_ERROR;
  }
  /* 디바이스에 1바이트 데이터 전송, 타임아웃 100ms */
  return HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, device_addr << 1, &data, 1, 100);
}

/* 디바이스 데이터 읽기 함수 */
HAL_StatusTypeDef I2C_ReadDevice(uint8_t global_channel, uint8_t device_addr, uint8_t* data) {
  /* 채널 선택: 실패 시 에러 반환 */
  if (I2C_SelectChannel(global_channel) != HAL_OK) {
    return HAL_ERROR;
  }
  /* 디바이스에서 1바이트 읽기, 타임아웃 100ms */
  return HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, device_addr << 1, data, 1, 100);
}

/* 시스템 클록 설정: 80MHz HSI+PLL */
void SystemClock_Config(void) {
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /* HSI 발진기 활성화 및 PLL 설정 */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 10;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
  HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

  /* 시스템, AHB, APB 클럭 설정 */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_4);
}

/* GPIO 초기화: A0~A2는 하드웨어 고정, I2C 핀만 설정 */
static void MX_GPIO_Init(void) {
  /* GPIOB 클럭 활성화: PB6=SCL, PB7=SDA */
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
  /* 필요 시 추가 GPIO 설정 가능 */
}

/* I2C1 초기화: PB6=SCL, PB7=SDA, 100kHz */
static void MX_I2C1_Init(void) {
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.Timing = 0x10909CEC; // 100kHz (STM32CubeMX에서 생성)
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  HAL_I2C_Init(&hi2c1);
}

4. 사용 방법

코드는 단일 채널 번호(0~63)를 사용하여 디바이스를 제어한다. 주요 함수 사용법은 다음과 같다:

채널 선택:

I2C_SelectChannel(10); // 채널 10 선택 (TCA #1, 내부 채널 2)

데이터 쓰기:

I2C_WriteDevice(10, 0x20, 0xFF); // 채널 10, 디바이스 0x20에 0xFF 쓰기

데이터 읽기:

uint8_t data;
I2C_ReadDevice(10, 0x20, &data); // 채널 10, 디바이스 0x20에서 1바이트 읽기

5. STM32CubeIDE 설정

I2C 설정:
- STM32CubeMX에서 I2C1 활성화 (SCL=PB6, SDA=PB7).
- Timing: 100kHz (0x10909CEC), 400kHz 필요 시 재설정.
GPIO 설정:
- A0~A2는 하드웨어 고정, GPIO 설정 불필요.
- I2C 핀(PB6, PB7)만 설정.
클럭: 80MHz HSI+PLL (기본 설정).

6. 디버깅 및 최적화

6.1 디버깅 방법

I2C 스캐너: TCA9548A 주소(0x70~0x77) 확인.

for (uint8_t addr = 0x70; addr <= 0x77; addr++) {
    if (HAL_I2C_IsDeviceReady(&hi2c1, addr << 1, 1, 100) == HAL_OK) {
        // UART로 주소 출력
    }
}

로직 애널라이저: SCL, SDA 신호 확인.
UART 디버깅: 읽기 데이터(`read_data`)를 UART로 출력.
타이밍: 디바이스 응답 느리면 `HAL_Delay(10)` 조정.

6.2 최적화

I2C 속도: 디바이스 사양에 따라 400kHz로 변경 (Timing 값 재설정).

다중 바이트: 필요 시 `I2C_WriteDevice`와 `I2C_ReadDevice`에서 데이터 배열 수정.

uint8_t data[] = {reg_addr, value};
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, device_addr << 1, data, 2, 100);

저작자표시 (새창열림)

'MCU > STM32' 카테고리의 다른 글

[STM32] 링커 스크립트: 상세 설명, 구조, 작성 방법 및 예제 (STM32 Linker Script: Detailed Explanation, Structure, Writing Methods, and Examples) (3)	2025.08.18
[ STM32]STM32L432KC로 Modbus RTU Slave 코드 구현: DMA와 저전력 최적화 (0)	2025.08.13
[STM32H503RB] 로 I3C 프로토콜 구현: 초보자를 위한 상세 가이드 (0)	2025.08.10

회로 설계자의 노트

[STM32G474] 를 이용한 동일 어드레스를 갖는 64채널 I2C 디바이스 제어

1. 개요

2. 시스템 구성

2.1 하드웨어 구성

2.2 TCA9548A 주소 설정

3. 소프트웨어 구현

3.1 코드 개요

3.2 소스 코드

4. 사용 방법

5. STM32CubeIDE 설정

6. 디버깅 및 최적화

6.1 디버깅 방법

6.2 최적화

'MCU > STM32' 카테고리의 다른 글

티스토리툴바

[STM32G474] 를 이용한 동일 어드레스를 갖는 64채널 I2C 디바이스 제어

1. 개요

2. 시스템 구성

2.1 하드웨어 구성

2.2 TCA9548A 주소 설정

3. 소프트웨어 구현

3.1 코드 개요

3.2 소스 코드

4. 사용 방법

5. STM32CubeIDE 설정

6. 디버깅 및 최적화

6.1 디버깅 방법

6.2 최적화

'MCU > STM32' 카테고리의 다른 글

관련글

티스토리툴바