micro:bit 温度センサ(ADT7410)の動作テスト

micro:bitに温度センサ(ADT7410)を接続して温度を測定します。
ここでは秋月電子で販売されているAE-ADT7410を使用します。
またI2C通信機能の練習も兼ねて，プログラムはADT7410用の拡張機能は使わずに，自分で作成します。
ADT7410用の拡張機能を使った例はこちらを参照してください。を参照してください。

AE-ADT7410は測定結果をI2C通信で送ってくるのでI2CのSCL信号線とSDA信号線をmicro:bitにつなげます。
micro:bitのSCLとSDAはそれぞれ端子P19とP20です。
その他には電源3.3V，GNDは当然必要です。micro:bitの3Vの端子にはUSB電源供給時に3.25Vが出力されていました。
そのため，次のようにつなげることを目指せばよいことになります。
　　参考　micro:bit端子一覧

端子に直接はんだ付けしてしまってもよいのですが，そのようなことはしたくないため，micro:bitの端子を引き出して扱いやすくなっているブレイクアウトボードなどを使います。細工が必要な場合もあります。

(1) ブレイクアウトボード　KITRONIK-5601Bの場合
P19とP20のところには，ピンヘッダがついていなかったので，ピンヘッダをはんだ付けする必要がありました。3VとGNDは他の場所にも引き出されているので，そちらを使用することもできます。
(メス－メスのジャンパ線を用いるか，ブレッドボードに挿して，オス－メスのジャンパ線を用いて接続します。)

(2) モータドライバボード　KITRONIK-5698の場合
P19とP20のところには，ピンヘッダがついていなかったので，ピンヘッダをはんだ付けする必要がありました。3VとGNDは他の場所にも引き出されているので，そちらを使用することもできます。
(メス－メスのジャンパ線を用いるか，ブレッドボードに挿して，オス－メスのジャンパ線を用いて接続します。)

(3) モータドライバボード　KITRONIK-5698の場合
micro:bit差し込み口の裏側に，19，20 端子が出ているように番号が書いてありますが，これは使えません。micro:bitを逆向きに挿すと使えます。（とシルク印刷に書いてありました。）しかしそれではモータドライバの機能が使えません。
micro:bit差し込み口のモータドライバ側に，19，20 端子がつながっている端子がありました。これを捜して無理やりはんだ付けして，19，20 端子を使えるようにしました。はんだ付けが，難しいので，自信のある方以外にはお勧めしません。

MakeCodeを使います。
I2Cの操作を学ぶために，データシートを参照しながら全て手作りしてみます。
I2Cに関する命令ブロックは「入出力端子」の下に出てくる「その他」の中にあります。
ADT7410のI2Cアドレスは，十六進表現で48なので十進表現では72です。
Uint16BEは符号無し整数（unsigned integer）の16bitで通信時には上位8bit，下位8bitの順(Big Endian)で受け取るという意味です。
受け取った値は16bitですが，有効桁数13bitで，残りの下位3bitは制御データなので，8で割って小数点以下を切り捨てます。
この値は有効桁数13bitで正の整数ですが，2の補数表現になっているので，負の温度も受け取れます。　→補足１
この値を16で割ると単位が度（摂氏）の値になります。

　　AE-ADT7410の動作テスト用プログラム

コピペする場合は，次のソースコードをPythonソースとして貼り付ければ完了です。

rawdata = 0
temperature = 0

def on_forever():
    global rawdata, temperature
    rawdata = pins.i2c_read_number(72, NumberFormat.UINT16_BE, False)
    rawdata = rawdata / 8
    rawdata = int(rawdata)
    if 4095 < rawdata:
        rawdata = rawdata - 8192
    temperature = rawdata / 16
    serial.write_line(convert_to_text(temperature))
basic.forever(on_forever)

正の数だけを使って負の数の意味も持たせる方法です。
13bit数の場合は次のように使います。
(13bitで表せる値は0から8191(2¹³-1)までです。)

見かけの値	値（意味する値）	二進数表現
8191	-1	1 1111 1111 1111
8190	-2	1 1111 1111 1110
8189	-3	1 1111 1111 1101
:	負の値	:
4098	-4094	1 0000 0000 0010
4097	-4095	1 0000 0000 0001
4096	-4096	1 0000 0000 0000
4095	4095	0 1111 1111 1111
4094	4094	0 1111 1111 1110
4093	4093	0 1111 1111 1101
:	正の値	:
3	3	0 0000 0000 0011
2	2	0 0000 0000 0010
1	1	0 0000 0000 0001
0	0	0 0000 0000 0000

見かけの値から，意味する値に変換するには次のようにします。
　　4095＜「見かけの値」の時は
　　　「意味する値」＝「見かけの値」－8192
　　そうでないときは
　　　「意味する値」＝「見かけの値」

I2Cは本当はI²Cと表記され，Inter-Integrated Circuitを表しています。SCLとSDAの2本の信号線で双方向通信を行っています。
ここではmicro:bitとVL53L0Xに1対1での通信ですが，I2C信号線を複数のセンサなどが共用して，Masterとなるmicro:bitと通信するような使い方ができます。一本の糸電話を複数人で共用している状態です。
複数のセンサなど（Slave）が勝手に取得データを送信し始めると，通信データが混信してしまうため，必ずMasterが指定したSlaveだけが通信を許されます。
一本の糸電話を複数人で共用している状態でも1人が仕切り役になって，話す人を指示するのと同じです。
特定のSlaveだけに通信を許す仕組みとして，各Slaveは自分だけの背番号を持っています。 Masterはこの背番号を全Slaveに聞こえるように指示します。指示されたSlaveだけが反応します。この背番号はアドレスと呼ばれます。
１つのI2C通信路につながっているSlaveでは同じアドレスのものは存在してはいけません。

I2C通信では，SCL（クロック）とSDA（データ）の2本の通信線を用いています。SCLはMasterが，通信したいときに発する，0101...の信号で，SCLの0101...に合わせて，SDAで意味のあるデータを送信します。送信の先頭はアドレスです。その後SCLに合わせてデータを送ったり，送られたりします。データの最後には受け取った側が「了解」が送ります。

I2Cの信号をオシロスコープで観察しました。
緑線がSCL（クロック），黄線がSDA（データ）です。
約24msecごとに通信をしています。プログラムのループが24msecで動作していることになります

時間軸を100倍に拡大すると，1回の通信が約300μsecかけて行われているのがわかります。

SCL（クロック）の立ち上がりに合わせて，縦線（青）を引くと，それに合わせてSDA（データ）を読むことができます。
SCLはMaster(micro:bit)が送信していますが，SDAは双方がタイミングを合わせてデータを送りあっています。
Master(micro:bit)が最初に送っている72は，ADT741のI2Cアドレスです。
ADT741は応答して温度データを2byteに分けて送り返してきています。
温度データは29.8125度で，シリアル通信で表示している値と同じになっています。
温度データの分解能は1/16度です。

micro:bit Makecodeで温度センサ(ADT7410)の動作テスト