Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:lab:lab6-2021 [2021/04/17 18:04]
jan.vaduva
+++ pm:lab:lab6-2021 [2021/04/22 13:43] (current)
dumitru.brigalda
@@ Line 1: / Line 1: @@
-===== Laboratorul 5: I2C (Inter-Integrated Circuit) =====
+===== Laboratorul 6: I2C (Inter-Integrated Circuit) =====
 Acest laborator acoperă noțiunea de I2C. Pentru aprofundarea acestui topic, consultați [[https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf|Datasheet ATmega328P]] și {{https://en.wikipedia.org/wiki/I%C2%B2C|Inter-Integrated Circuit}}.
-===== I2C (Inter-Integrated Circuit) =====
+===== 1. I2C (Inter-Integrated Circuit) =====
 Protocolul I2C (sau IIC - Inter-Integrated Circuit) este un protocol de comunicație serială sincron, multi-master - multi-slave, dezvoltat de către Phillips în anul 1982. O magistrală I2C este formată din următoarele semnale:
   * SDA - linia de date
@@ Line 8: / Line 8: @@
 Semnalul de ceas este generat de către master iar linia de date este controlată atât de master cât și de către slave. La un moment dat un singur dispozitiv de pe magistrală poate controla linia de date. Din acestă cauză protocolul I2C este half-duplex.
-{{icalc:laboratoare:09:sda_scl.png?450x250 }}
+{{ icalc:laboratoare:09:sda_scl.png?450x250 }}
 <note>I2C mai este cunoscut și cu numele de TWI (Two-Wire Interface)</note>
-==== Modul de funcționare ====
+===== 2. Modul de funcționare =====
 Față de SPI unde master-ul activa, prin intermediul semnalului de //Slave Select//, dispozitivul cu care dorea să comunice, I2C nu necesită un asemenea semnal adițional. Protocolul I2C introduce noțiunea de //Slave Address//. Adresa unui dispozitiv de tip slave este un număr pe 7 biți (cel mai comun), pe 8 biți sau 10 biți. Comunicația dintre un master și un slave se face prin mesaje și este tot timpul inițiată de către master. Aceste mesaje pot fi sparte în două tipuri de cadre:
@@ Line 37: / Line 38: @@
   * Daca master-ul a inițiat o operație de scriere, fiecare cadru trimis este confirmat (ACK'd) de către slave.
-  * Daca master-ul a inițiat o operatie de citire, fiecare cadru recepționat este confirmat de (ACK'd) de master. Când master-ul dorește să oprească tranzacția după ce un anumit număr de cadre a fost recepționat, în loc să trimtă ACK trimite NACK. Astfel slave-ul se va opri din transmitere.
+  * Daca master-ul a inițiat o operatie de citire, fiecare cadru recepționat este confirmat de (ACK'd) de master. Când master-ul dorește să oprească tranzacția după ce un anumit număr de cadre a fost recepționat, în loc să trimită ACK trimite NACK. Astfel slave-ul se va opri din transmitere.
 === 4. Condiția de stop ===
-După ce toate cadrele de date au fost interschimbate, master-ul generează condiția de stop. Aceasta este realizată prin eliberarea linie SDA (trecere din LOW în HIGH) **după** eliberarea liniei SCL (trecere din LOW în HIGH).
+După ce toate cadrele de date au fost interschimbate, master-ul generează condiția de stop. Aceasta este realizată prin eliberarea liniei SDA (trecere din LOW în HIGH) **după** eliberarea liniei SCL (trecere din LOW în HIGH).
+{{pm:lab:image6.png?800}}
+<note>
+Magistrala este aceeași pentru toți senzorii iar fiecare slave este referit printr-o adresa. Astfel, dacă avem mai mulți slave conectați pe magistrala, masterul alege cu care dintre ei dorește sa initieze comunicatia, precizand adresa specificata în datasheetul senzorului. Cel mai adesea, se folosesc adrese reprezentate pe 7 biti, iar cel mai nesemnificativ bit din octetul adresei ne arata daca urmeaza o operatie de scriere sau citire. După identificarea dispozitivului cu care se comunică, se poate începe transmiterea datelor.
+</note>
+===== 3. Registre configurare I2C =====
+Arduino poate funcționa atât în modul I2C Master cât și I2C Slave.
+==== TWI Bit Rate Register ====
+{{pm:lab:twbr.png?600}}
+  * TWBR selectează divizorul de frecvență care generează frecvența ceasului SCL în modurile master.
+==== TWI Control Register ====
+{{pm:lab:twcr.png?600}}
+  * TWCR este folosit pentru a activa interfața I2C, inițiază accesul la master prin aplicarea condiției START, generează confirmarea receptorului, generează condiția de oprire și control al acesteia în timpul scrierii în registrul de date TWDR. De asemenea, indică coliziuni la scriere.
+  * TWINT : TWI Interrupt Flag
+    * 1 - Clear, setat din software, in rest este setat de hardware.
+  * TWEA: TWI Enable Acknowledge Bit
+    * 1 - ACK este trimis
+    * 0 - NACK, deconectare virtuală a dispozitivului de pe interfață
+  * TWEN: TWI Enable Bit
+    * 1 - Permite comunicarea
+    * 0 - Încheierea transmisiunii indiferent de stare
+==== TWI Status Register ====
+{{pm:lab:twsr.png?600}}
+  * TWSR descrie statusul si prescalerul interfeței.
+==== TWI Data Register ====
+{{pm:lab:twdr.png?600}}
+  * TWDR conține în modul de transmisie următorul octet de transmis iar în modul de recepție ultimul octet primit.
+===== 4. Exemplu I2C Master/Slave =====
+În acest laborator vom utiliza biblioteca Arduino pentru a ușura lucrul cu dispozitivele I2C. API-ul acesteia poate fi văzut în headerul ”Wire.h” din scheletul de laborator. Un exemplu de interconectare este de asemenea disponibil mai jos:
+{{ pm:lab:master_sender_bb.png?500 }}
+**Master Writer**
+<code c>
+#include <Wire.h>
+void setup()
+{
+  Wire.begin(); // join i2c bus (address optional for master)
+}
+byte x = 0;
+void loop()
+{
+  Wire.beginTransmission(4); // transmit to device #4
+  Wire.write("x is ");        // sends five bytes
+  Wire.write(x);              // sends one byte
+  Wire.endTransmission();    // stop transmitting
+  x++;
+  delay(500);
+}
+</code>
+**Slave Reader**
+<code c>
+#include <Wire.h>
+void setup()
+{
+  Wire.begin(4);                // join i2c bus with address #4
+  Wire.onReceive(receiveEvent); // register event
+  Serial.begin(9600);           // start serial for output
+}
+void loop()
+{
+  delay(100);
+}
+// function that executes whenever data is received from master
+// this function is registered as an event, see setup()
+void receiveEvent(int howMany)
+{
+  while(1 < Wire.available()) // loop through all but the last
+  {
+    char c = Wire.read(); // receive byte as a character
+    Serial.print(c);         // print the character
+  }
+  int x = Wire.read();    // receive byte as an integer
+  Serial.println(x);         // print the integer
+}
+</code>
+**Master Reader**
+<code c>
+#include <Wire.h>
+void setup() {
+  Wire.begin();        // join i2c bus (address optional for master)
+  Serial.begin(9600);  // start serial for output
+}
+void loop() {
+  Wire.requestFrom(8, 6);    // request 6 bytes from slave device #8
+  while (Wire.available()) { // slave may send less than requested
+    char c = Wire.read(); // receive a byte as character
+    Serial.print(c);         // print the character
+  }
+  delay(500);
+}
+</code>
+**Slave Writer**
+<code c>
+#include <Wire.h>
+void setup() {
+  Wire.begin(8);                // join i2c bus with address #8
+  Wire.onRequest(requestEvent); // register event
+}
+void loop() {
+  delay(100);
+}
+// function that executes whenever data is requested by master
+// this function is registered as an event, see setup()
+void requestEvent() {
+  Wire.write("hello "); // respond with message of 6 bytes
+  // as expected by master
+}
+</code>
+===== 5. Exerciții =====
+**Task 0** Folosiți codul Arduino pentru a implementa un Master Reader și un Slave Writer. Master-ul va avea atașat un led, iar Slave-ul un buton. Master-ul trebuie să interogheze Slave-ul despre starea butonului și să aprindă/stingă led-ul în funcție de starea butonului (apăsat/neapăsat). Cele două board-uri vor comunica pe I2C. Pentru realizarea comunicării, Master-ul trebuie să facă request de citire a 3 caractere, iar Slave-ul să răspundă cu starea butonului: "ON!" sau "OFF".
+{{ :pm:lab:lab_i2c_task0.png?500 |}}
+**Task 1** Folosiți codul Arduino pentru a implementa un Master Writer și un Slave Reader. Master-ul va avea atașate 2 butoane, iar Slave-ul un led. Master-ul trebuie să trimită Slave-ului una din cele 2 comenzi: "ON!" sau "OFF". Cele două board-uri vor comunica pe I2C. Pentru realizarea comunicării, la apăsarea primului buton, Master-ul trebuie să trimită comanda "ON!", iar la apăsarea butonului 2, comanda "OFF". În funcție de comanda recepționată, Slave-ul va aprinde/stinge led-ul.
+{{ :pm:lab:lab_i2c_task1.png?500 |}}
+<hidden>
+{{https://www.tinkercad.com/things/aWsNXOGkVBR|Soluție Task0 și Task1}}
+</hidden>
-===== Exerciții =====
+<hidden>
+**Task 2** Folosiți codul Arduino pentru a implementa un ceas digital folosind un model de LCD pornind de la codul disponibil: [[https://www.tinkercad.com/things/i5JAD1DytMu-copy-of-arduino-digital-clock-without-rtc-module/editel?sharecode=NA25XBlf6CdMtIZ9UNoAWGDuaUopZQh8aAye2WJZUEU|Arduino LCD Digital Clock]]
+</hidden>
-===== Resurse =====
+===== 6. Resurse =====
   * {{:pm:atmel-7810-automotive-microcontrollers-atmega328p_datasheet.pdf|Datasheet Atmega 328p}}
@@ Line 52: / Line 203: @@
   * Responsabil: [[dbrigalda@gmail.com | Alexandru Vaduva]]
-===== 6. Linkuri Utile =====
+===== 7. Linkuri Utile =====
   * [[https://www.arduino.cc/en/Reference/Wire|Arduino I2C]]
   * [[https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf|Datasheet ATmega328p]]