Главная » Микроконтроллеры
Призовой фонд
на ноябрь 2017 г.
1. Термометр Relsib WT51
Рэлсиб
2. 1000 руб
PCBWay
3. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
4. 200 руб.
От пользователей

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

  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. 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.

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 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

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 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.

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? 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. 

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 Участие в конкурсе 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (1) | Я собрал (0) | Подписаться

-1
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

AVR-программатор USB ASP
AVR-программатор USB ASP
Конструктор - Гитарная педаль Remote Delay 2.5 USB осциллограф DSO-2090
вверх