WeiKai SPI/I²C UART/IO 扩展器

WeiKai Microelectronics 提供一系列 UART 和 GPIO 扩展芯片，通过 SPI 或 I²C 总线与微控制器接口。

ESPHome 的 WeiKai 组件支持以下 WeiKai 芯片：

它也可以与配备这些芯片的开发板一起使用，例如：

不同 WeiKai 芯片提供的功能如下表所述：

WeiKai 芯片功能

芯片	总线	UART	GPIO
WK2132-ISSG	S/I	2
WK2212-IQNG	S/I	2	8
WK2124-ISSG	S	4
WK2204-IQNG	S/I	4
WK2168-IQPG	S/I	4	8

如你所见，大多数组件既可以通过 I²C 总线也可以通过 SPI 总线进行接口，它们提供 2 个或 4 个串行通道，其中一些还提供 8 个输入/输出引脚。

每个 UART 通道都有两个独立的 256 字节 FIFO 硬件缓冲区用于发送和接收，支持高达 1 Mbps 的数据传输速率。每个 UART 通道的波特率和校验格式都可以独立配置。然而，数据位长度固定为 8。

利用 UART 通道，你可以连接 UART 设备，每个通道作为连接组件的虚拟 UART 总线。

WeiKai 芯片的 I/O 引脚可以用作任何其他 GPIO 引脚。任何接受引脚模式的选项理论上都可以使用，但通过此 I/O 扩展器进行通信的一些更复杂组件可能无法工作。

通过 SPI 总线连接

wk2132_spi、wk2212_spi、wk2204_spi、wk2168_spi 组件允许你通过 SPI 总线将 WeiKai 芯片与 ESPHome 连接。

你可以将多个此类模块连接到一个 SPI 控制器电路，从而有效地扩展可用的硬件串行端口数量。每个 WeiKai 芯片需要用单独的 CS 来选择。

以下是 wk2168_spi 组件的配置条目示例。对于列表中的其他组件，只需替换组件名称并确保不要使用超出芯片支持的通道数量（否则会产生错误信息）。注意对于 WK2124-ISSG 芯片你需要使用 wk2204_spi，因为这两个芯片相似。

wk2168_spi:
  - id: wk2168_bridge_spi
    cs_pin: 5
    uart:
      - id: spi_uart_0
        channel: 0
        baud_rate: 128200
        parity: even
      - id: spi_uart_1
        channel: 1
        baud_rate: 19200
      - id: spi_uart_2
        channel: 2
        baud_rate: 9600
      - id: spi_uart_3
        channel: 3
        baud_rate: 19200

配置变量

id (必选, ID): 用于此 WeiKai 组件的 id。
spi_id (可选, ID): 如果你想使用多个 SPI 总线，请手动指定 SPI 组件的 ID。
cs_pin (必选, 引脚模式): 芯片选择线连接的 ESP 上的引脚。
data_rate (可选): 设置控制器的数据速率。可选 80MHz、40MHz、20MHz、10MHz、 5MHz、4MHz、2MHz、1MHz（默认）、200kHz、75kHz 或 1kHz。也可以指定以 Hz 为单位的数值。
crystal (可选): 连接到芯片的晶振频率（Hz）。默认值为 14745600 Hz。
uart (必选): UART 通道。
- id (必选, ID): 用于此 UART 通道的 id。
- channel (必选): 此虚拟 UART 的唯一通道号。可选：0 到 1 或 0 到 3，取决于型号。
- baud_rate (必选): UART 通道的波特率。
- parity (可选): UART 通道使用的校验。可选：NONE、EVEN、 ODD。默认为 NONE。
- stop_bits (可选): 要发送的停止位数。可选：1、2。默认为 1。

通过 I²C 总线连接

wk2132_i2c、wk2212_i2c、wk2204_i2c、wk2168_i2c 组件允许你通过 I²C 总线将 WeiKai 芯片与 ESPHome 连接。最多四个 WeiKai 芯片可以连接到一个 I²C 控制器板，从而有效地扩展可用的硬件串行端口数量。这些板的基本地址由板上两个开关 A0 和 A1 的位置定义。

WeiKai 地址选择

I²C 地址	A1	A0
0x10 - 0x17	0	0
0x30 - 0x37	0	1
0x50 - 0x57	1	0
0x70 - 0x77	1	1

IMPORTANT

请注意，地址以范围形式给出，而不是像其他 I²C 组件中通常找到的数字。由于寻址不同内部寄存器的特殊方式，每个组件实际上占用 8 个连续地址。例如，如果组件基本地址为 0x10，它将占用从 0x10 到 0x17 的地址范围。

如果你想连接其他设备到同一个 I²C 总线上，了解这一点很重要。

以下是 wk2168_i2c 组件的配置条目示例。对于其他组件，只需替换组件名称，不要使用超出芯片支持的通道数量（在这种情况下将产生错误信息）。

wk2168_i2c:
  - address: 0x70
    id: wk2168_bridge_i2c
    uart:
      - id: i2c_uart_0
        channel: 0
        baud_rate: 9600
        parity: even
      - id: i2c_uart_1
        channel: 1
        baud_rate: 19200
      - id: i2c_uart_2
        channel: 2
        baud_rate: 9600
      - id: i2c_uart_3
        channel: 3
        baud_rate: 19200

配置变量

id (必选, ID): 用于此 WeiKai 组件的 id。
address (可选): 此组件的 I²C 地址。默认为 0x10。
i2c_id (可选): I²C 总线 ID。默认为默认 I²C 总线。
crystal (可选): 连接到芯片的晶振频率（Hz）。默认值为 14745600 Hz。
uart (必选): UART 通道。
- id (必选, ID): 用于此 UART 通道的 id。
- channel (必选): 此虚拟 UART 的唯一通道号。可选：0 到 1 或 0 到 3，取决于型号。
- baud_rate (必选): UART 通道的波特率。
- parity (可选): UART 通道使用的校验。可选：NONE、EVEN、 ODD。默认为 NONE。
- stop_bits (可选): 要发送的停止位数。可选：1、2。默认为 1。

使用 GPIO 引脚

对于 WK2212 和 WK2168，可以使用芯片 I/O 引脚作为任何其他 GPIO 引脚。例如对于 wk2168_spi 芯片：

# 单独的 binary_sensor 输入
binary_sensor:
  - platform: gpio
    name: "pin_0"
    pin:
      wk2168_spi: wk2168_bridge_spi
      number: 0
      mode:
        input: true
  - platform: gpio
    name: "pin_1"
    pin:
      wk2168_spi: wk2168_bridge_spi
      number: 1
      mode:
        input: true
      inverted: true

# 单独的二级输出
switch:
  - platform: gpio
    name: "pin_2"
    pin:
      wk2168_spi: wk2168_bridge_spi
      number: 2
      mode:
        output: true
  - platform: gpio
    name: "pin_3"
    pin:
      wk2168_spi: wk2168_bridge_spi
      number: 3
      mode:
        output: true
      inverted: true

引脚配置变量

wkxxxx_xxx (必选, ID): 引脚的 wkxxxx_xxx 组件的 id。例如 wk2212_i2c: wk2168_bridge_spi
number (必选): 引脚号（0 到 7）
inverted (可选): 是否将所有读取和写入的值视为反转。默认为 false。
mode (可选): 为此引脚设置的引脚模式。可选 INPUT 或 OUTPUT。默认为 INPUT

性能考量

总线速度

请注意，WeiKai 芯片与处理器之间的通信通过外部总线进行，运行频率相对较低。因此，检查芯片寄存器状态或从内部 FIFO 传输字节到处理器等操作可能需要时间。

为了改善这种情况，强烈建议提高默认总线频率。

使用 SPI 总线时，可以通过在 WeiKai 组件上指定 data_rate 来实现。例如：

wk2168_spi:
  - id: wk2168_bridge_spi
    spi_id: spi_bus_id
    cs_pin: 5
    data_rate: 4MHz

使用 I²C 总线时，需要在 i2c 声明上进行，因此此频率将应用于连接到该总线的所有组件。

i2c:
  sda: 21
  scl: 22
  scan: true
  id: bus_i2c
  frequency: 800kHz

最大波特率

最大 baud_rate 与晶振频率成正比。下表给出了常用系统时钟下的最大 baud_rate：

最大波特率

时钟	最大 Bd
14,745,600 Hz	921,600 Bd
11,059,200 Hz	691,200 Bd
7,372,800 Hz	460,800 Bd
3,686,400 Hz	230,400 Bd
1,843,200 Hz	115,200 Bd

如果你尝试使用高于最大 baud_rate 的波特率，日志文件中将显示错误，并且波特率将自动降低。

WeiKai SPI/I²C UART/IO 扩展器

WeiKai 芯片功能

通过 SPI 总线连接

配置变量

通过 I²C 总线连接

WeiKai 地址选择

配置变量

使用 GPIO 引脚

引脚配置变量

性能考量

总线速度

最大波特率

最大波特率

参见