Lcd i2c модуль подключение к arduino. Обмен даными Arduino по протоколу I2C

С номиналами от 10 Ом до 1 МОм);

2 резистора по 4,7 кОм (из того же набора);

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.. 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.

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.

2 Реализация I2C в 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.

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:

Функция	Назначение
begin(address)	инициализация библиотеки и подключение к шине I2C; если не указан адрес, то присоединённое устройство считается ведущим; используется 7-битная адресация;
requestFrom()	используется ведущим устройством для запроса определённого количества байтов от ведомого;
beginTransmission(address)	начало передачи данных к ведомому устройству по определённому адресу;
endTransmission()	прекращение передачи данных ведомому;
write()	запись данных от ведомого в ответ на запрос;
available()	возвращает количество байт информации, доступных для приёма от ведомого;
read()	чтение байта, переданного от ведомого ведущему или от ведущего ведомому;
onReceive()	указывает на функцию, которая должна быть вызвана, когда ведомое устройство получит передачу от ведущего;
onRequest()	указывает на функцию, которая должна быть вызвана, когда ведущее устройство получит передачу от ведомого.

4 Подключение I2C устройства к 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).

5 Управление устройством по шине IIC

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

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.

#include // подключаем библиотеку "Wire" byte val = 0; // значение для передачи потенциометру void setup() { Wire.begin(); // подключаемся к шине I2C как мастер } void loop() { Wire.beginTransmission(44); // начинаем обмен с устройством с I2C адресом "44" (0x2C) Wire.write(byte(0x00)); // посылаем инструкцию записи в регистр RDAC Wire.write(val); // задаём положение 64-позиционного потенциометра Wire.endTransmission(); // завершаем I2C передачу val++; // инкрементируем val на 1 if (val == 63) { // по достижении максимума потенциометра val = 0; // сбрасываем val } delay(500); }

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

Arduino поддерживает много интерфейсов передачи данных, одним из которых является достаточно популярный на сегодняшний день I2C. Когда-то давно этот протокол связи придумала компания Philips и зарегистрировала под запатентованным названием “I2C”, вы также можете встретить его под названиями TWI, 2 line interface, но все они работают по единому принципу.

Весь смысл I2С шины состоит в том, что на 2 провода можно повесить большое (128) количество различных устройств, от датчиков температуры, до микроконтроллеров.

Но в тоже время по скорости I2C уступает UART и SPI , из-за основных принципов работы, т.к. две линии всегда подтянуты к резисторам(Vcc), а значит на графике мы получаем не прямоугольные импульсы, а трапециевидные, в отличие от вышеупомянутых.

SDA - отвечает за передачу информации(начало передачи, адрес, данные)
SCL - тактирование шины

В I2C устройства могут быть двух типов Master и Slave

Теперь разберём основные принципы программирования с помощью стандартной библиотеки Wire.h:

Wire.begin(uint8_t address) - используется для инициализации устройства, в режиме слейва нужно ввести адрес, в режиме мастера Wire.begin() . Вместо Wire можно использовать любое другое слово.

Wire.requestFrom(uint8_t address, uint8_t quantity) – запрос на получения какого-то количества байт от определенного устройства(7 бит адрес). Возвращает число считанных байт.

Wire.beginTransmission(uint8_t address)- начало передачи

Wire.endTransmission()- конец передачи,возвращает номер ошибки или успех(0)

Wire.write(uint8_t data) –может принимать значение одиночного байта(value), нескольких байт(string), массива, определенной длинны (data, lenght). Располагается между: beginTransmission и endTransmission. Возращает число записанных байт.

Wire.available() – возвращает количество байт доступных для обработки. Вызывается мастером после requestFrom.

Wire.read() – считывает байт от ведомого устройства. Пишется после requestFrom.

Подключение библиотек к Ардуино IDE не представляет сложности, так как поставляется в комплекте со стандартным редактором.

Есть еще несколько функций, но думаю для начала этой основы вполне достаточно, к тому же почти на любую периферию можно найти библиотеку.

Для примера рассмотрим подключение и работу акселерометра и гироскопа Gy-521.

Подключаем согласно схеме (подтягивающие резисторы встроены в модуль):

Модуль может работать как от 3.3 вольт, так и от 5.

#include // подключаем библиотеку работы с i2c интерфейсом const int MPU_addr = 0x68; // I2C адрес GY-521 int16_t AcX, AcY, AcZ, Tmp, GyX, GyY, GyZ; // переменные для записи значений void setup() { Wire.begin(); // инициализируем i2c шину Wire.beginTransmission(MPU_addr); // начало передачи Wire.write(0x6B); // записываем определенные регистры для инициализации модуля Wire.write(0); // отправляем ноль для выведения модуля из сна Wire.endTransmission(true); Serial.begin(9600); } void loop() { Wire.beginTransmission(MPU_addr); Wire.write(0x3B); // начинаем с этого регистра Wire.endTransmission(false); Wire.requestFrom(MPU_addr, 14, true); // читаем все регистры AcX = Wire.read() << 8 | Wire.read(); // 0x3B AcY = Wire.read() << 8 | Wire.read(); // 0x3D AcZ = Wire.read() << 8 | Wire.read(); // 0x3F Tmp = Wire.read() << 8 | Wire.read(); // 0x41 GyX = Wire.read() << 8 | Wire.read(); // 0x43 GyY = Wire.read() << 8 | Wire.read(); // 0x45 GyZ = Wire.read() << 8 | Wire.read(); // 0x47 Serial.print("AcX = "); Serial.print(AcX); // выводим данные в Serial Serial.print(" | AcY = "); Serial.print(AcY); Serial.print(" | AcZ = "); Serial.print(AcZ); Serial.print(" | Tmp = "); Serial.print(Tmp / 340.00 + 36.53); // выводим температуры по формуле Serial.print(" | GyX = "); Serial.print(GyX); Serial.print(" | GyY = "); Serial.print(GyY); Serial.print(" | GyZ = "); Serial.println(GyZ); delay(333); }

Вам понадобится

• - Arduino;
• - цифровой потенциометр AD5171;
• - светодиод;
• - резистор на 220 Ом;
• - 2 резистора на 4,7 кОм;
• - соединительные провода.

Инструкция

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".

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.
Для других моделей плат:
Arduino Pro и Pro Mini - A4 (SDA), A5 (SCL)
Arduino Mega - 20 (SDA), 21 (SCL)
Arduino Leonardo - 2 (SDA), 3 (SCL)
Arduino Due - 20 (SDA), 21 (SCL), SDA1, SCL1

Для облегчения обмена данными с устройствами по шине I2C для Arduino написана стандартная библиотека "Wire". Она имеет следующие функции:
begin(address) - инициализация библиотеки и подключение к шине I2C; если не указан адрес, то присоединённое устройство считается ведущим; используется 7-битная адресация;
requestFrom() - используется ведущим устройством для запроса определённого количества байтов от ведомого;
beginTransmission(address) - начало передачи данных к ведомому устройству по определённому адресу;
endTransmission() - прекращение передачи данных ведомому;
write() - запись данных от ведомого в ответ на запрос;
available() - возвращает количество байт информации, доступных для приёма от ведомого;
read() - чтение байта, переданного от ведомого ведущему или от ведущего ведомому;
onReceive() - указывает на функцию, которая должна быть вызвана, когда ведомое устройство получит передачу от ведущего;
onRequest() - указывает на функцию, которая должна быть вызвана, когда ведущее устройство получит передачу от ведомого.

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, который подключается к шине I2C. Адрес, по которому мы будем обращаться к потенциометру - 0x2c (44 в десятичной системе).

Описание библиотеки Wire

Данная библиотека позволяет вам взаимодействовать с I2C / TWI устройствами. На платах Arduino с компоновкой R3 (распиновка 1.0) SDA (линия данных) и SCL (линия тактового сигнала) находятся на выводах около вывода AREF. Arduino Due имеет два I2C / TWI интерфейса: SDA1 и SCL1 находятся около вывода AREF, а дополнительные линии находятся на выводах 20 и 21.

В таблице ниже показано, где расположены TWI выводы на разных платах Arduino.

Начиная с Arduino 1.0, данная библиотека наследует функции Stream , что делает ее совместимой с другими библиотеками чтения/записи. Из-за этого send() и receive() были заменены на read() и write() .

Примечание

Существуют 7- и 8-битные версии адресов I2C. 7 битов идентифицируют устройство, а восьмой бит определяет, идет запись или чтение. Библиотека Wire использует 7 битные адреса. Если у вас есть техническое описание или пример кода, где используется 8-битный адрес, вам нужно откинуть младший бит (т.е. сдвинуть значение на один бит вправо), получив адрес от 0 до 127. Однако адреса от 0 до 7 не используются, так как зарезервированы, поэтому первым адресом, который может быть использован, является 8. Обратите внимание, что при подключении выводов SDA/SCL необходимы подтягивающие резисторы. Для более подробной информации смотрите примеры. На плате MEGA 2560 есть подтягивающие резисторы на выводах 20 и 21.

Описание методов

Wire.begin()

Описание

Инициализирует библиотеку Wire и подключается к шине I2C как ведущий (мастер) или ведомый. Как правило, должен вызываться только один раз.

Синтаксис

Wire.begin(address)

Параметры

address: 7-битный адрес ведомого устройства (необязательно); если не задан, плата подключается к шине как мастер.

Возвращаемое значение

Пример

Примеры для ведомого устройства смотрите в примерах к методам onReceive() и onRequest() . Примеры для ведущего устройства смотрите в примерах к остальным методам. .

Wire.requestFrom()

Описание

Используется мастером для запроса байтов от ведомого устройства. Эти байты могут быть получены с помощью методов available() и read() .

Если этот аргумент равен true , то requestFrom() после запроса посылает сообщение STOP, освобождая шину I2C.

Если этот аргумент равен false , то requestFrom() после запроса посылает сообщение RESTART. Шина не освобождается, что мешает другому устройству-мастеру влезть между сообщениями. Это позволяет одному ведущему устройству посылать несколько запросов, пока оно контролирует шину.

Синтаксис

Wire.requestFrom(address, quantity)

Wire.requestFrom(address, quantity, stop)

Параметры

• address: 7-битный адрес устройства, у которого запрашиваются байты;
• quantity: количество запрашиваемых байтов;
• stop: boolean . true посылает сообщение STOP после запроса. false посылает сообщение RESTART после запроса, сохраняя соединение активным.

Возвращаемое значение

byte: количество байтов, возвращенных от ведомого устройства.

Пример

Wire.beginTransmission()

Описание

Начинает передачу на ведомое I2C устройство с заданным адресом. После него последовательность байтов для передачи ставится в очередь с помощью функции write() , и их передача с помощью вызова endTransmission() .

Синтаксис

Wire.beginTransmission(address)

Параметры

address: 7-битный адрес устройства, на которое необходимо передать данные.

Возвращаемое значение

Пример

Wire.endTransmission()

Описание

Завершает передачу на ведомое устройство, которая была начата методом beginTransmission() и передает байты, которые были поставлены в очередь методом write() .

Для совместимости с определенными I2C устройствами, начиная с Arduino 1.0.1, requestFrom() принимает аргумент логического типа данных, меняющий его поведение.

Если этот аргумент равен true , то requestFrom() после передачи посылает сообщение STOP, освобождая шину I2C.

Если этот аргумент равен false , то requestFrom() после передачи посылает сообщение RESTART. Шина не освобождается, что мешает другому устройству-мастеру влезть между сообщениями. Это позволяет одному ведущему устройству посылать несколько передач, пока оно контролирует шину.

По умолчанию этот аргумент равен true .

Синтаксис

Wire.endTransmission()

Wire.endTransmission(stop)

Параметры

stop: boolean . true посылает сообщение STOP после передачи. false посылает сообщение RESTART после передачи, сохраняя соединение активным.

Возвращаемое значение

byte , который указывает на состояние передачи:

• 0: успех;
• 1: данные слишком длинны для заполнения буфера передачи;
• 2: принят NACK при передаче адреса;
• 3: принят NACK при передаче данных;
• 4: остальные ошибки.

Пример

Смотрите пример к методу write() .

Wire.write()

Описание

Записывает данные от ведомого устройства в отклик на запрос от ведущего устройства, или ставит в очередь байты для передачи от мастера к ведомому устройству (между вызовами beginTransmission() и endTransmission()).

Синтаксис

Wire.write(value)

Wire.write(string)

Wire.write(data, length)

Параметры

• value: значение для передачи, один байт.
• string: строка для передачи, последовательность байтов.
• data: массив данных для передачи, байты.
• length: количество байтов для передачи.

Возвращаемое значение

byte: write() возвращает количество записанных байтов, хотя чтение этого количества не обязательно.

Пример #include byte val = 0; void setup() { Wire.begin(); // подключиться к шине i2c } void loop() { Wire.beginTransmission(44); // передача на устройство #44 (0x2c) // адрес устройства задан в техническом описании Wire.write(val); // отправить байт значения Wire.endTransmission(); // остановить передачу val++; // увеличить значение if(val == 64) // если дошли до 64-го значения (max) { val = 0; // начать с начала } delay(500); }

Wire.available()

Описание

Возвращает количество байтов, доступных для получения с помощью read() . Этот метод должен вызываться на ведущем устройстве после вызова requestFrom() или на ведомом устройстве внутри обработчика onReceive() .

Синтаксис

Wire.available()

Параметры

Возвращаемое значение

Количество байтов, доступных для чтения.

Пример

Смотрите пример к методу read() .

Wire.read()

Описание

Считывает байт, который был передан от ведомого устройства к ведущему после вызова requestFrom() , или который был передан от ведущего устройства к ведомому.

Синтаксис

Параметры

Возвращаемое значение

byte: очередной принятый байт.

Пример #include byte val = 0; void setup() { Wire.begin(); // подключиться к шине i2c (адрес для мастера не обязателен) Serial.begin(9600); // настроить последовательный порт для вывода } void loop() { Wire.requestFrom(2, 6); // запросить 6 байтов от ведомого устройства #2 while(Wire.available()) // ведомое устройство может послать меньше, чем запрошено { char c = Wire.read(); // принять байт как символ Serial.print(c); // напечатать символ } delay(500); }

Wire.setClock()

Описание

Изменяет тактовую частоту для связи по шине I2C. У ведомых I2C устройств нет минимальной рабочей тактовой частоты, однако обычно используется 100 кГц.

Синтаксис

Wire.setClock(clockFrequency)

Параметры

clockFrequency: значение частоты (в герцах) тактового сигнала. Принимаются значения 100000 (стандартный режим) и 400000 (быстрый режим). Некоторые процессоры также поддерживают 10000 (низкоскоростной режим), 1000000 (быстрый режим плюс) и 3400000 (высокоскоростной режим). Чтобы убедиться, что необходимый режим поддерживается, обращайтесь к технической документации на конкретный процессор.

Возвращаемое значение

Wire.onReceive()

Описание

Регистрирует функцию, которая будет вызываться, когда ведомое устройство принимает передачу от мастера.

Синтаксис

Wire.onReceive(handler)

Параметры

handler: функция, которая должна будет вызываться, когда ведомое устройство принимает данные; она должна принимать один параметр int (количество байтов, прочитанных от мастера) и ничего не возвращать, т.е.:

void myHandler(int numBytes)

Возвращаемое значение

Пример

#include void setup() { Wire.begin(8); // подключиться к i2c шине с адресом #8 Wire.onReceive(receiveEvent); // зарегистрировать обработчик события Serial.begin(9600); // настроить последовательный порт для вывода } void loop() { delay(100); } // функция, которая будет выполняться всякий раз, когда от мастера принимаются данные // данная функция регистрируется как обработчик события, смотрите setup() void receiveEvent(int howMany) { while (1 < Wire.available()) // пройтись по всем до последнего { char c = Wire.read(); // принять байт как символ Serial.print(c); // напечатать символ } int x = Wire.read(); // принять байт как целое число Serial.println(x); // напечатать число }

Wire.onRequest()

Описание

Регистрирует функцию, которая будет вызываться, когда мастер запрашивает данные от ведомого устройства.

Синтаксис

Wire.onRequest(handler)

Параметры

handler: функция, которая должна будет вызываться, она не принимает параметров и ничего не возвращает, т.е.:

void myHandler()

Возвращаемое значение

Пример

Код для платы Arduino, работающей в качестве ведомого устройства:

#include void setup() { Wire.begin(8); // подключиться к i2c шине с адресом #8 Wire.onRequest(requestEvent); // зарегистрировать обработчик события } void loop() { delay(100); } // функция, которая будет выполняться всякий раз, когда мастером будут // запрошены данные // данная функция регистрируется как обработчик события, смотрите setup() void requestEvent() { Wire.write("hello "); // ответить сообщением }