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2. StackChanのなぞ～「3つの拡張ポートと4つの基板」編

Acherontia

StackChan 3つの拡張ポート

M5StackChan AI Desktop Robot (ESP32-S3)

StackChan（M5Stack公式版）には3つの拡張ポート（4ピンのコネクタ）がついています。

Q. I2C、GPIO、UARTとは何ですか？
A. StackChanの側面に搭載されている3つのポートは、いずれもGrove規格に準拠しており、多数の市販Groveモジュールが直接接続可能です。

Grove（グローブ）

Groveは、M5Stackが採用するSeeed Studio社が定めたコネクタおよびモジュールの規格です。主な特徴は以下の通り：

  • コネクタ形状：HY2.0-4P（4ピン）コネクタを使用し、GND、電源（通常5Vまたは3.3V）、信号線2本を統一したレイアウトとしています。

  • 利点：センサーやアクチュエータなどの周辺機器を、はんだ付けなしで簡単に接続・交換できる点にあります。M5Stackエコシステム全体で広く互換性があります。

  • 色分けによる用途表示（StackChanの場合）

    • 赤色（PORT.A）：I2C通信用

    • 黒色（PORT.B）：汎用入出力（GPIO）用

    • 青色（PORT.C）：UART通信用

1. I2C（Inter-Integrated Circuit）

I2Cは、2線式のシリアル通信バス規格です。

  • 主な用途：センサー類（温湿度、加速度、距離、IMUなど）、小型ディスプレイ、RTC、EEPROMなどの低速デバイスに最適です。

  • 特徴：マスター（主装置）とスレーブ（従装置）の関係で動作し、1本のバス上に複数のデバイスを接続可能。各デバイスは固有のアドレスで識別されるため、配線が少なく済む。通信速度は比較的低〜中速です。

  • 使用する信号線：SDA（Serial Data）、SCL（Serial Clock）

  • StackChanでの該当ポート：PORT.A（ピン: G2=SDA、G1=SCL）

2. GPIO（General Purpose Input/Output）

GPIOは、汎用入出力ピンを意味します。

  • 主な用途：ボタンやスイッチの入力検知、LEDやリレーの駆動、サーボモーターのPWM制御、アナログセンサーの読み取りなど。

  • 特徴：各ピンをソフトウェアで柔軟に設定可能。デジタル入出力、PWM出力、ADC入力、割り込み機能などに対応し、拡張性が高い。

  • StackChanでの該当ポート：PORT.B（ピン: G9、G8）

3. UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter）

UARTは、非同期シリアル通信の規格です。

  • 主な用途：GPSモジュール、他のマイコンとの通信、Bluetoothモジュール、音声合成/認識モジュール、デバッグ用コンソールなど。

  • 特徴：クロック線が不要で、シンプルな2線（+GND）で双方向通信が可能。ボーレートを合わせる必要がある。

  • 使用する信号線：TX（Transmit）、RX（Receive）

  • StackChanでの該当ポート：PORT.C（ピン: G17=TX、G18=RX）

まとめ

StackChan側面の3ポートはGrove規格で提供され、PORT.A = I2C、PORT.B = GPIO、PORT.C = UARTとして標準化されています。
各ポートはソフトウェア上でピンの再割り当てをすることも可能ですが、Groveモジュールとの互換性や保守性を考慮すると、デフォルトの用途に従うことが推奨されます。

  • PORT.A（I2C）：CoreS3に搭載されている

  • PORT.B（GPIO）、PORT.C（UART）：ボディ側のBase Adapter Boardに実装されている

StackChan 4つの基板

Q. Base Adapter Boardとは何ですか？
A. Grok > StackChanは CoreS3（コントローラー）とロボットボディで構成されており、ボディ側には4つの基板が搭載されています。

1. Base Adapter Board

CoreS3とStackChanボディを接続するインターフェース基板

左がBase Adapter Board（基板の裏側にあたる）。右が取り外したCoreS3

  • サーボ制御回路（シリアル：G6/G7）

  • IR回路（G5/G10）

  • I2Cバス拡張回路（G11/G12）

  • IO Expander（PY32L020）搭載

2. Base Touch Board

タッチ入力・視覚フィードバック・NFC読み取りを扱う基板

ボディの上部に張り付いているBase Touch Board。外して裏返すとタッチパネルが見える

  • 3ゾーンタッチパネル（Si12T系）搭載

  • RGB LED（WS2812C 12個）搭載

  • NFCモジュール（ST25R3916／I2C 0x50／アンテナ内蔵）搭載

LEDの駆動・制御はBase Adapter BoardのIO Expander経由で行われます。

3. Base Power Board

USB-Cからの充電・バッテリーからの給電を管理する基板

StackChan背面パネルの奥にあるBase Power Board

  • 550mAhバッテリー搭載

  • AXP2101電源管理IC搭載

  • BM8563 RTC搭載

  • INA226バッテリーモニタ（I2C 0x41）搭載

  • サーボモーターへの電源供給用コネクタが配置

サーボの制御信号はBase Adapter Board経由です。

4. Base Ring Board

ヨー軸サーボの360°連続回転に対応するための基板

足（写真右側）を外すと見えてくるBase Ring Board（左側）

  • 回転時でも電源・信号を維持するスリップリング相当の機構を搭載

  • 本機構により、StackChanの足下にあるUSBポート（写真右側にある）は回転中でも安定した給電・通信が可能

なお、USBによる給電・ファームウェアの書き込みは、CoreS3側ではなくボディ側のかかとにあるUSBポートを使用することが公式に推奨されています。

StackChanのなぞ～「充電ポートはどっちだ？」編より。CoreS3側のUSBポートは❎非推奨

各基板の写真は以下の動画から切り出しました。

StackChan Repair Kit is a repair kit for the StackChan robot, specifically designed to address issues such as damaged/detached ribbon cables, missing/stripped screws, loose housing, and host/body replacement for the StackChan. It is suitable for assembly, modification, and daily maintenance.

上記は電子工作の素人がGrokにまとめさせた情報です。誤りがありましたらご指摘頂けると幸いです。（オリジナルのX記事はこちら）

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