Подключение по шине i2c ардуино

Нам понадобится:

• Arduino UNO или другая совместимая;
• цифровой потенциометр AD5171 или другой с управлением по шине IIC;
• светодиод любой (к примеру, вот из такого набора);
• резистор на 220 Ом (рекомендую набор резисторов с номиналами от 10 Ом до 1 МОм);
• 2 резистора по 4,7 кОм (из того же набора);
• макетная плата;
• соединительные провода (например, вот хороший набор);
• компьютер с Arduino IDE.

1 Описание интерфейса I2C

Последовательный протокол обмена данными IIC (также называемый I2C – Inter-Integrated Circuits, межмикросхемное соединение) использует для передачи данных две двунаправленные линии связи, которые называются шина последовательных данных SDA (Serial Data) и шина тактирования SCL (Serial Clock). Также имеются две линии для питания. Шины SDA и SCL подтягиваются к шине питания через резисторы.

В сети есть хотя бы одно ведущее устройство (Master), которое инициализирует передачу данных и генерирует сигналы синхронизации. В сети также есть ведомые устройства (Slave), которые передают данные по запросу ведущего. У каждого ведомого устройства есть уникальный адрес, по которому ведущий и обращается к нему. Адрес устройства указывается в паспорте (datasheet). К одной шине I2C может быть подключено до 127 устройств, в том числе несколько ведущих. К шине можно подключать устройства в процессе работы, т.е. она поддерживает «горячее подключение».

Давайте рассмотрим временную диаграмму обмена по протоколу I2C. Есть несколько различающихся вариантов, рассмотрим один из распространённых. Воспользуемся логическим анализатором, подключённым к шинам SCL и SDA.

Мастер инициирует обмен. Для этого он начинает генерировать тактовые импульсы и посылает их по линии SCL пачкой из 9-ти штук. Одновременно на линии данных SDA он выставляет адрес устройства, с которым необходимо установить связь, которые тактируются первыми 7-ми тактовыми импульсами (отсюда ограничение на диапазон адресов: 2 7 = 128 минус нулевой адрес). Следующий бит посылки – это код операции (чтение или запись) и ещё один бит – бит подтверждения (ACK), что ведомое устройство приняло запрос. Если бит подтверждения не пришёл, на этом обмен заканчивается. Или мастер продолжает посылать повторные запросы.

Это проиллюстрировано на рисунке ниже. Задача такая: подключиться к ведомому устройству с адресом 0x27 и передать ему строку «SOLTAU.RU». В первом случае, для примера, отключим ведомое устройство от шины. Видно, что мастер пытается установить связь с устройством с адресом 0x27, но не получает подтверждения (NAK). Обмен заканчивается.

Попытка мастера установить соединение с ведомым по I2C

Теперь подключим к шине I2C ведомое устройство и повторим операцию. Ситуация изменилась. На первый пакет с адресом пришло подтверждение (ACK) от ведомого. Обмен продолжился. Информация передаётся также 9-битовыми посылками, но теперь 8 битов занимают данные и 1 бит – бит подтверждения получения ведомым каждого байта данных. Если в какой-то момент связь оборвётся и бит подтверждения не придёт, мастер прекратит передачу.

Временная диаграмма обмена по протоколу I2C

2 Реализация I2Cв Arduino

Arduino использует для работы по интерфейсу I2C два порта. Например, в Arduino UNO и Arduino Nano аналоговый порт A4 соответствует SDA, аналоговый порт A5 соответствует SCL.

Реализация I2C в Arduino UNO и Nano

Для других моделей плат соответствие выводов такое:

3 Библиотека «Wire» для работы с IIC

Для облегчения обмена данными с устройствами по шине I2C для Arduino написана стандартная библиотека Wire. Она имеет следующие функции:

Читайте также: Шины для 175 80r13

4 Подключение I2C устройствак Arduino

Давайте посмотрим, как работать с шиной I2C с помощью Arduino.

Сначала соберём схему, как на рисунке. Будем управлять яркостью светодиода, используя цифровой 64-позиционный потенциометр AD5171 (см. техническое описание), который подключается к шине I2C. Адрес, по которому мы будем обращаться к потенциометру – 0x2c (44 в десятичной системе).

Подключение цифрового потенциометра к Arduino по шине I2C

5 Управление устройством по шине IIC

Рассмотрим диаграммы информационного обмена с цифровым потенциометром AD5171, представленные в техническом описании:

Рассмотрим диаграммы чтения и записи цифрового потенциометра AD5171

Нас тут интересует диаграмма записи данных в регистр RDAC. Этот регистр используется для управления сопротивлением потенциометра.

Откроем из примеров библиотеки «Wire» скетч: Файл Образцы Wire digital_potentiometer. Загрузим его в память Arduino.

После включения вы видите, как яркость светодиода циклически нарастает, а потом гаснет. При этом мы управляем потенциометром с помощью Arduino по шине I2C.

По ссылкам внизу статьи, в разделе похожих материалов (по тегу), можно найти дополнительные примеры взаимодействия с различными устройствами по интерфейсу IIC, в том числе примеры чтения и записи.

6 Дополнительно о шине I2C

Доступно и интересно рассказывает о шине I2C Джереми Блюм в своём видео:

Подключить несколько устройств i2c на Arduino

IIC Arduino (I2C – Inter-Integrated Circuits, межмикросхемное соединение) — это последовательный протокол обмена данными по двум двунаправленным линиям связи. Эти линии называют также: SDA (Serial Data) — шина последовательных данных и SCL (Serial Clock) — шина тактирования. Шины SDA и SCL Arduino подтягиваются к шине питания через резисторы. Рассмотрим подробнее, что это такое шина i2c arduino.

Шина I2C Ардуино описание

Микроконтроллеры Arduino используют два пина для работы по интерфейсу I2C. В Arduino Uno и Nano линии SDA соответствует аналоговый порт A4, а SCL соответствует аналоговый порт A5. На Ardunio Mega SDA — 20 пин, SCL — 21 пин. Для облегчения работы с шиной I2C и обмена данными между устройствами для Arduino IDE написана стандартная библиотека Wire (скачивать и устанавливать ее не надо).

Для каждого устройства, при подключении к микроконтроллеру, присваивается уникальный адрес (максимум можно подключить 127 устройств). Поменять адрес устройства на шине нельзя, так как он вшит в микросхему. Часто производители предоставляют возможность поменять адрес устройства в небольшом диапазоне, что дает возможность подключить к шине IIC Ардуино несколько одинаковых устройств.

Сканер I2C интерфейса (шины) Ардуино

Для этого занятия нам потребуется:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• макетная плата;
• два текстовых дисплея 1602 I2C;
• любое устройство с I2C интерфейсом;
• провода «папа-папа», «папа-мама».

Перед тем, как управлять несколькими объектами, подключенных к IIC шине, необходимо узнать их адреса. Для этого используется программа — сканер I2C Arduino, которая позволяет узнать адреса всех устройств, подключенных в данный момент к шине. Соберите схему из двух текстовых экранов с IIC модулем (можно подключить только одно устройство), подключенных к Ардуино Уно, и загрузите следующий скетч.

Читайте также: По двум гладким замкнутым между собой шинам

Скетч. Сканер шины i2c для Arduino

Пояснения к коду:

1. данный код позволяет узнать все адреса устройств, подключенных к шине IIC. Если устройство не было подключено или подключено неправильно — на мониторе порта будет выходить сообщение, что устройства не найдены;
2. ниже, на скриншоте монитора порта Arduino IDE, выводится адрес LCD 1602.

Сканер шины i2c для Arduino с LCD дисплеем

Как подключить нескольких устройств по I2C Arduino

В следующем примере к шине IIC Arduino будет подключено сразу три устройства — текстовый дисплей 1602, датчик давления bmp180 и RTC модуль часов. После сборки схемы можно сделать предварительное сканирование шины, но адреса у всех устройств разные и изменить адрес можно только у дисплея. У других устройств адреса «вшиты» производителем и используются в библиотеках по умолчанию.

Скетч. Подключение нескольких устройств к шине i2c

После сборки схемы, убедитесь, что у вас установлены необходимые библиотеки для работы с устройствами по IIC протоколу, и загрузите следующий пример кода в микроконтроллер. Данная программа будет выводить на текстовый экран текущую дату и время суток (устанавливаются в процедуре void setup и время можно поменять), а также данные о температуре воздуха и атмосферном давлении.

Пояснения к коду:

1. обновление информации на текстовом экране происходит каждую секунду, данный интервал можно увеличить по своему желанию;
2. время выводится с секундами, формат вывода времени и даты также можно изменить в строчке LCD.print(time.gettime(«H:i:s — d.m»));

Заключение. Мы рассмотрели возможность подключения нескольких устройств по протоколу IIC к плате Arduino, что будет полезно знать при проектировании различных DIY поделок своими руками, например метеостанции на Ардуино с датчиком давления. Если у вас остались вопросы по сканеру IIC интерфейсной шины или подключении устройств по данному протоколу — смело оставляйте их в комментариях к этой записи.

Урок 26.3 Соединяем две arduino по шине I2C

При создании некоторых проектов, требуется разделить выполняемые задачи между несколькими arduino.

В этом уроке мы научимся соединять две arduino по аппаратной шине I2C.

Преимущества:

• Реализуется возможность подключения до 126 устройств.
  (не рекомендуется присваивать устройствам адреса 0x00 и 0x7F)
• Не требуются дополнительные модули.
• Все устройства одинаково подключаются к шине.
• Каждое ведомое устройство имеет свой уникальный адрес на шине.

Недостатки:

Нам понадобится:

Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:

• Библиотека LiquidCrystal_I2C_V112 (для подключения дисплеев LCD1602 по шине I2C).
• Библиотека iarduino_I2C_connect (для удобства соединения нескольких arduino по шине I2C).

О том как устанавливать библиотеки, Вы можете ознакомиться на странице Wiki — Установка библиотек в Arduino IDE, а о том, как работать с LCD дисплеями, на странице Wiki — Работа с символьными ЖК дисплеями.

Видео:

Схема подключения:

На шине i2С находятся 4 устройства: 3 arduino и 1 LCD дисплей. Все устройства шины I2C соединены через Trema I2C Hub. Для подключения Arduino используются аппаратные выводы шины I2C.

• Arduino master — к цифровому выводу D2 подключена trema кнопка.
• Arduino slave 0x01 — к цифровому выводу D2 подключена trema кнопка.
• Arduino slave 0x02 — к цифровому выводу D13 подключён trema светодиод, к аналоговому выводу A0 подключён Trema потенциометр.
• LCD I2C дисплей — является устройством slave 0x27.

На шине I2C не используются дополнительные подтягивающие резисторы (для линий SDA и SCL), так как они интегрированы в LDC I2C дисплее.

Читайте также: Размер шин рендж ровер спорт 2012

Код программы:

Arduino master:

Arduino slave 0x01:

Arduino slave 0x02:

Алгоритм работы:

• Arduino master проверяет состояние собственной кнопки.
• Arduino master опрашивает две Arduino Slave.
  • Arduino Slave 0x01 возвращает состояние кнопки.
  • Arduino Slave 0x02 возвращает значение падения напряжения плеча потенциометра.
  • Arduino Slave 0x02 включает или выключает светодиод, в соответствии с полученными данными.

  Настройка параметров шины I2C:

  Максимальная, аппаратно реализуемая частота передачи данных, может достигать 1/16 от тактовой частоты.

  Библиотека Wire позволяет устанавливать скорость передачи данных через функцию setClock(), которую требуется вызвать до функции begin().

  Библиотека Wire позволяет аппаратно подключить Arduino к шине I2C с указанием роли Arduino на шине: ведущий или ведомый.

  • Wire.setClock(400000); // скорость передачи данных 400 кБит/с.
  • Wire.begin(); // подключение к шине I2C в роли ведущего.
  • Wire.begin(адрес); // подключение к шине I2C в роли ведомого, с указанием адреса.

  Функции библиотеки iarduino_I2C_connect:

  В библиотеке iarduino_I2C_connect реализованы 4 функции: 2 для ведущего и 2 для ведомого.

  На ведомом устройстве достаточно вызвать функцию begin() с указанием массива, данные которого требуется сделать доступными для мастера. Далее можно работать с этим массивом, «забыв» про шину I2C. Мастер обращаясь к ведомому сможет получать и изменять данные элементов указанного массива (обращаясь к номеру элемента массива как к номеру регистра).

  Если требуется запретить мастеру менять значения некоторых ячеек массива, то достаточно вызвать «необязательную» функцию writeMask() с указанием маскировочного массива, каждый элемент которого является флагом, разрешающим запись в соответствующий элемент массива доступного по шине I2C.

  На ведущем устройстве доступны функции readByte() и writeByte(). Указывая в качестве параметров функций, адрес ведомого устройства и номер регистра, можно побайтно читать и записывать данные.

  Функции для ведомого:

  • Назначение: указание массива, элементы которого будут доступны для чтения/записи по шине I2C.
  • Синтаксис: begin(массив); // тип данных массива — byte.
  • Возвращаемые значения: Нет.
  • Примечание: Вызывается 1 раз в коде функции Setup().
  • Назначение: указание маскировочного массива, каждый элемент которого является флагом разрешения записи по шине I2C.
  • Синтаксис: writeMask(маскировочный_массив); // тип данных массива — bool.
  • Возвращаемые значения: Нет.
  • Примечание: Вызывается 1 раз в коде функции Setup().
  • Пример:
    #include
    #include
    iarduino_I2C_connect ccc;
    byte aaa[5]; // объявляем 5 элементов массива, к которому разрешим доступ.
    bool bbb[5] = ; // объявляем 5 элементов маскировочного массива.
    Wire.begin(0x33); // подключаемся к шине I2C в роли ведомого с адресом 0x33.
    ccc.begin(aaa); // разрешаем доступ к массиву aaa по шине I2C.
    ccc.wtiteMask(bbb); // маскируем разрешение на запись в массив aaa.
    • В соответствии со значениями массива bbb, мастер сможет записывать данные в ячейки 1,2,3 массива aaa, а попытка записи в 0 и 4 элементы будет проигнорирована.
    • Если массив aaa имеет больше элементов чем массив bbb, то попытка мастера записать данные в «лишние» элементы будет проигнорирована.
    • Если не объявлять маскировочный массив (не вызывать функцию writeMask() вообще), то все элементы массива aaa будут доступны для записи мастером.

    Функции для ведущего:

    • Назначение: Чтение одного байта данных из устройства на шине I2C.
    • Синтаксис: readByte(адрес_устройства, адрес_регистра);
    • Возвращаемые значения: uint8_t байт — данные считанные из указанного адреса, указанного устройства.
    • Примечание: Если производится чтение по шине I2C из массива объявленного функцией begin(), то адрес регистра соответствует номеру элемента массива.
    • Свежие записи
      • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
      • Скрипят амортизаторы на машине что делать
      • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
      • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
      • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле