AvrStudio 4. Библиотека для AVR. Модуль для I2C или TWI

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 только по отдельной линии. Привожу таблицу сравнения

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. Поэтому 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 затем 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.

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 затем 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

Следующая задача обратная. Считать значения ячеек памяти по адресам 0x0001 и 0x0002.

В начале Мастер посылает адрес Slave памяти с битом ЗАПИСИ, а затем 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.

Теория программирования

С теорией интерфейса мы закончили, а как же это реализовать обмен с помощью библиотеки? Опишу 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, затем 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. Поэтому 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. 

Теги:

• AVR
• WinAVR
• I2C
• TWI
• Proteus
• Atmel Studio