Введение
Для Arduino написано много библиотек бери да пользуйся, не исключение и шина I2C. А если посмотреть в сторону тех кто пишет на AvrStudio, то будет голое поле. Библиотеку писал на основе открытой библиотеки которую я скачал с сайта http://www.procyonengineering.com.
Информации про интерфейс в интернете много, а библиотек для работы с ним нет. Только GitHub в помощь.
Несколько слов про интерфейс. Интерфейс, по-философии, чем-то похож на интерфейс 1-wire. Только для 1-wire синхронизация идет по времени и сигналам, а тут лишь по отдельной линии. Привожу таблицу сравнения
I2C
1-Wire
сброс линии
нет
есть
стартовый бит
есть
есть
адрес устройства
есть
есть
Сигнал присутствия
есть
есть
стоповый бит
есть
нет
Лично для меня реализация интерфейса показалась достаточно сложной, объемной. Плюс данного интерфейса высокая скорость и возможность коммуникации между многими устройствами, что является не маловажным. Своего рода TCP/IP для мира микроконтроллеров. Можете посмотреть ради интереса фолианты по TCP/IP.
Подключение библиотеки
Перейдем к цели, а именно рассказать про использование библиотеки. Библиотека состоит из 2 файлов: i2c.h и i2c.c.
1. В начале необходимо скинуть эти 2 файла в папку с проектом.
2. Подключить в главном си-файле заголовочный файл: #include <i2c.h>
#include <avr/io.h>
#include <i2c.h>
int main(void)
{
while(1)
{
}
}
3. Затем необходимо открыть опции конфигурирования проекта: Project—>Configuration Option
3.1. В вкладке General необходимо в строке Frequency указать частоту тактирования контроллера . ВНИМАНИЕ: если это не сделать проект будет выдавать ошибку.
3.2. Затем необходимо Включить корневую папку проекта в поиск Стандартных библиотек. Для этого во вкладке Include Directories нажимают кнопку New(Insert) и выбирают папку проекта.
3.3. Последний этап это включение файла i2c.c в проект. Для этого в дереве проекта на папке Source File кликают 2 раза ПКМ и выбирают пункт Add Existing File(s) и добавляют файл i2c.c. После этого проект должен собраться.
Библиотека может работать в режиме Мастер или Slave. В библиотеке можно подключить/отключить любой режим.
По-умолчанию библиотека собирается в режиме Master.
Описание концепции работы библиотеки
Иногда скачаешь библиотеку, и думаешь как ей пользоваться? А потом решаешь свою написать. Потому опишу почему пришел к такой структуре библиотеки. Библиотеку начал писать для работы с LCD2004 по I2C. Разных чипов работающих по I2C навалом, но все они работают по принципу EEPROM памяти. В начале Мастер посылает пакет в котором записывает в один или два байта адрес ячейки с которой хочет начать чтение данных в памяти, а далее Начинает их читать. Интерфейс я бы сказал ОЧЕНЬ ВЕЖЛИВЫЙ, это тебе не UART. Хочу передаю, хочу не передаю и ответственности за приемник никакой. Тут же Мастер интересуется кому посылает, готов сам откликнуться на чужую нужду и бросить свое дело. Ведомый же всегда скажет если дома, если есть место честно об этом скажет, а если не может больше принять данных, то тоже сообщит.
Рассмотрим запись и чтение данных из EEPROM памяти at24c512. Схема подключения представлена на рисунке.
В данном случае at24c512 имеет адрес устройства 0b1010000. Дебаггер для I2C присоединил для удобства. В таблице привожу общение контроллера с памятью. Само общение можно посмотреть с помощью Дебаггера. Каждая строка в таблице коммуникации это попадание в прерывание для Master.
Вот так выглядит таблица ячеек памяти для at24c512 после записи.
Номер ячейки памяти
Значение
Ячейки памяти
Нет адреса
Старший байт адрес (0x00)
Нет адреса
Младший байт адрес (0x03)
0x0000
0xFF
0x0001
0xF0
0x0002
0xF1
0x0003
0xFF
0xXXYY
0xZZ
————————
————————
0xFFFE
0xFF
0xFFFF
0xFF
Перед нами стоит следующая задача. Записать два байта 0xF0 и 0xF1 в ячейки памяти с индексами 0x0001 и 0x0002 соответственно. Для этого мы в начале отправляем адрес устройства с командой записи, а далее посылаем данные. Первые 2 байта это индекс первой ячейки для записи, а все последующие это данные которые последовательно будут записываться в ячейки памяти. Пока ячейки не кончаться Память будет посылать готовность к записи.
А ниже я привожу таблицу обмена между контроллером и памятью at24c512
Посылка Байт+(N)Ask
Номер прерывания при выполнении для Master
Действие Master
Описание события Master после наступления прерывания
Действие Slave
Описание действия Slave
START-бит
0x08
S
Мастер посылает СТАРТ-бит
Мастер инициировал сеанс связи
Нет действий
Логика Slave готовиться к принятию адреса и сравнению со своим
0b1010000W_Ask
0x18
0b10100000
Мастер отправил адрес Slave для записи
Мастер отправил адрес Slave и получил Ask
Ask
Логика Slave приняла свой адрес для записи и отправила готовность к записи
0x00_Ask
0x28
0x00
Мастер отправил старший адрес 0x00 ячейки памяти для at24c512.
Мастер отправил данные и получил Ask, т.е. готовность к дальнейшему общению
Ask
Slave записал старший адрес ячейки памяти и готов дальнейшему общению
0x01_Ask
0x28
0x01
Мастер отправил младший адрес 0x01 ячейки памяти для at24c512.
Мастер отправил данные и получил Ask, т.е. готовность к дальнейшему общению
Ask
Slave записал младший адрес ячейки памяти и готов дальнейшему общению. Теперь следующий байт будет записан в ячейку с номером 0x0001
0xF0_Ask
0x28
0xF0
Мастер отправил данные для Slave
Мастер отправил данные и получил подтверждение для дальнейшей передачи
Ask
Slave записал данные (0xF0) в ячейку памяти с номером 0x0001. Номер адреса ячейки памяти увеличен на 1.
0xF1_Ask
0x28
0xF1
Мастер отправил данные для Slave
Мастер отправил данные и получил подтверждение для дальнейшей передачи
Ask
Slave записал данные (0xF1) в ячейку памяти с номером 0x0002. Номер адреса ячейки памяти увеличен на 1.
Stop
Нет прерывания
Stop
Мастер закончил отправку данных и посылает Стоп-бит
После отправки СТОП Мастер не попадает в прерывание
Нет действия
Slave прекращает сеанс общения
Следующая задача обратная. Считать значения ячеек памяти по адресам 0x0001 и 0x0002.
В начале Мастер посылает адрес Slave памяти с битом ЗАПИСИ, а далее 2 байта для записи адреса ячейки памяти Slave. После этого посылаем Повторный СТАРТ и снова Адрес Slave c битом ЧТЕНИЯ. И начинаем читать данные. Если мы прочитал последний байт, то Мастер не должен отправлять ASK. После этого Мастер посылаем СТОП. Сеанс общение закончился.
Посылка Байт+(N)Ask
Номер прерывания при выполнении для Master
Действие Master
Описание события Master после наступления прерывания
Действие Slave
Описание действия Slave
START-бит
0x08
S
Мастер посылает СТАРТ-бит
Мастер инициировал сеанс связи
Нет действий
Логика Slave готовиться к принятию адреса и сравнению со своим
0b1010000W_Ask
0x18
0b10100000
Мастер отправил адрес Slave для записи
Мастер отправил адрес Slave и получил Ask
Ask
Логика Slave приняла свой адрес для записи и отправила готовность к записи
0x00_Ask
0x28
0x00
Мастер отправил старший адрес 0x00 ячейки памяти для at24c512.
Мастер отправил данные и получил Ask, т.е. готовность к дальнейшему общению
Ask
Slave записал старший адрес ячейки памяти и готов дальнейшему общению
0x01_Ask
0x28
0x01
Мастер отправил младший адрес 0x01 ячейки памяти для at24c512.
Мастер отправил данные и получил Ask, т.е. готовность к дальнейшему общению
Ask
Slave записал младший адрес ячейки памяти и готов дальнейшему общению. Теперь следующий байт будет записан в ячейку с номером 0x0001
ReSTART-бит
0x10
S
Мастер посылает СТАРТ-бит
Мастер инициировал сеанс связи
Нет действий
Логика Slave готовиться к принятию адреса и сравнению со своим
0b1010000R_Ask
0x40
0b1010000R
Мастер отправил адрес Slave c битом ЧТЕНИЯ
Мастер получил подтверждения готовности Slave к чтению
Ask
Slave отправил готовность чтению. Передачи данных начинается с загруженного адреса (0x0001)
0xF0_Ask
0x50
Ask
Мастер отправил подтверждение, т.е запрос на чтение следующего байта
0xF0
Slave отправил данные из ячейки 0x0001, увеличил счетчик на 1, принял запрос на передачу следующего байта
0xF1_NAsk
0x58
NAsk
Мастер НЕ отправил ПОДТверждение, т.е запрос Мастер прочитал все необходимые байты.
0xF1
Slave отправил данные из ячейки 0x0002, увеличил счетчик на 1. Slave не принял подтверждения. Ожидает СТОП-бит.
Stop
Нет прерывания
Stop
Мастер закончил отправку данных и посылает Стоп-бит
После отправки СТОП Мастер не попадает в прерывание
Нет действия
Slave прекращает сеанс общения
Теория программирования
С теорией интерфейса мы закончили, а как же это реализовать обмен с помощью библиотеки? Обрисую вкратце значение функций для режима Master.
Инициализация, естественно, библиотеки.
void i2cInit(void);
Загрузка данных для отправки в виртуальный Мастер буфер
uint8_t i2cMasterUploadBuf(uint8_t data);
Мы последовательно записываем данные в буфер, пока место не кончиться. Если байт записался, то выдаем нам 1, иначе 0. В это случае байты не записываются.
А если мы записала байты, а потом поняли что не то записал, что делать? Для этого есть функция сброса данных о загруженных байтах. Т.е. байт загруженные остались, а библиотека думает что передавать нечего.
void i2cMasterBufReset(void);
Данные загрузили, теперь надо отправить их адресату
uint8_t i2cMasterSendBuf(uint8_t deviceAdd);
А если надо данные принять, то в начале загружаем 2 байта адреса ячеек памяти в буфер и вызываем функцию передачи по адресу устройства в количество N — байт.
uint8_t i2cMasterReceive(uint8_t deviceAdd, uint8_t lenght);
Данные считали, теперь надо их получить для этого есть спец функция для считывания значений из Мастер буфера по индексам. Если данная ячейка существует, то результат функции будет 1, иначе 0.
uint8_t i2cMasterDownloadBufIndex(uint8_t* result, uint8_t index);
Максимальный объем памяти Мастер буфера 255 байт.
Практическое задание
Давайте реализуем такое задание. У нас будет 2 кнопки. Задача одной из них записывать последовательно 2 байта в EEPROM память at24c512 в ячейку 0х0001 при нажатии начиная с 0x00, 0x01, далее 0x02, 0x03 и т.д.
Задача 2 кнопки это считывание значений и вывод их на на светодиоды 2 портов.
Вот схема из протеуса
Листинг программы с комментариями
//=====================================================
#include <avr/io.h>
#include <i2c.h>
void init(void)
{
DDRA=0xFF; // настроили на вывод
DDRB=0xFF; // настроили на вывод
PORTA=0; // Подтянули к земле
PORTB=0; // Подтянули к земле
DDRD=0x00; // настроили на вход
PORTD=0xFF;// подтянули к питанию
}
#define ADDRES_at24c512 0b1010000
static volatile uint8_t temp=0x00,a[2];
int main(void)
{
init();
i2cInit(); // инициализация шины
while(1)
{
if ((PIND&0b1000)==0)
{
// Ожидаем когда отпустят кнопку
while(!(PIND&0b1000));
// Загружаем старший адрес ячейки памяти
i2cMasterUploadBuf(0x00);
// Загружаем старший адрес ячейки памяти
i2cMasterUploadBuf(0x01);
// Загружаем данные для записи
for(uint8_t i=0;i<2;i++)
{
i2cMasterUploadBuf(temp);
temp++;
}
// Отправляем данные на запись
i2cMasterSendBuf(ADDRES_at24c512);
}
if ((PIND&0b10000000)==0)
{
// Ожидаем когда отпустят кнопку
while(!(PIND&0b10000000));
// Загружаем старший адрес ячейки памяти
i2cMasterUploadBuf(0x00);
// Загружаем старший адрес ячейки памяти
i2cMasterUploadBuf(0x01);
// Читаем данные из At24c512, кол-во 2 байта
i2cMasterReceive(ADDRES_at24c512, 2);
// копируем значения из Мастер-буфера
for(uint8_t i=0;i<2;i++)
i2cMasterDownloadBufIndex((uint8_t*)&a[i] , i);
// Загружаем данные в барометры
PORTA=a[0];
PORTB=a[1];
}
}
}
//================================================================
Заключение
Сама шина реализуется методом конечного автомата. Потому библиотека очень похожа на АК-47, а буфер на рожок с патронами. В начале вы забиваете рожок патроны (байты). Объем рожка — это размер буфера. Потом прицеливаетесь (вводите адрес), и стреляете пока не кончаться патроны (байты), или не будет осечки (Slave не может принять байты). Кол-во попаданий (загруженных байт) будет результатом функции.
P.S. В библиотеке реализована поддержка Slave режима. Если кому-то будет интересна данная тема могу написать статью. Там используется тот же подход, что и при работе с EEPROM памятью. Если при использовании встретите какие-либо ошибки пишите в комментариях или сообщениях.
Прикрепленные файлы:
- twi_test.rar (68 Кб)