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microcontrollertechnik:11_i2c_schnittstelle [2023/11/19 02:27] mexleadmin |
microcontrollertechnik:11_i2c_schnittstelle [2024/08/29 19:37] (aktuell) mexleadmin |
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- | ====== | + | ====== |
<WRAP group> | <WRAP group> | ||
<WRAP column 30%> | <WRAP column 30%> | ||
Zeile 8: | Zeile 8: | ||
- wissen wie die Kommunikation zwischen I2C Master und Slave funktioniert | - wissen wie die Kommunikation zwischen I2C Master und Slave funktioniert | ||
+ | |||
+ | Im Video wird eine Library für die Kommunikation verwendet. Wir werden in untenstehenden Beispiel die Register selbst schreiben. | ||
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==== Video ==== | ==== Video ==== | ||
+ | {{youtube> | ||
+ | |||
+ | <WRAP hide> | ||
{{youtube> | {{youtube> | ||
+ | </ | ||
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==== Statemachine für Datenpaket ==== | ==== Statemachine für Datenpaket ==== | ||
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</ | </ | ||
- | **Übertragung**\\ | + | === Übertragung |
Für die I2C Übertragung " | Für die I2C Übertragung " | ||
D.h. während der Datenübertragung bleibt die Datenleitung bei SCL=High konstant. \\ | D.h. während der Datenübertragung bleibt die Datenleitung bei SCL=High konstant. \\ | ||
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===== Software ===== | ===== Software ===== | ||
- | ==== einfache Anwendung ==== | + | ==== einfache Anwendung |
Im ersten Schritt ist im folgenden eine einfache Anwendung dargestellt. \\ | Im ersten Schritt ist im folgenden eine einfache Anwendung dargestellt. \\ | ||
Zeile 177: | Zeile 182: | ||
--> III. Code in Microchip Studio # | --> III. Code in Microchip Studio # | ||
- | ==== TWI Master | + | <fs x-large> |
<WRAP group>< | <WRAP group>< | ||
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| | ||
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- | | + | |
C-Compiler: AVR/GNU C Compiler 5.4.0 | C-Compiler: AVR/GNU C Compiler 5.4.0 | ||
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I2C_transmitDataOrAddress(TWI_Data); | I2C_transmitDataOrAddress(TWI_Data); | ||
I2C_transmitStop(); | I2C_transmitStop(); | ||
- | // | + | _delay_us(1); |
} | } | ||
} | } | ||
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- | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ | + | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ |
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- Hier wird die Frequenz des Quarz direkt eingestellt. | - Hier wird die Frequenz des Quarz direkt eingestellt. | ||
- | - Weiterhin wird eine Konstante für die I2C Frequenz definiert | + | - Weiterhin wird eine Konstante für die I2C Frequenz definiert \\ \\ |
- | - Die Header-Dateien und die Bit-ändernden Makros entsprechen denen der letzten Programme. \\ \\ \\ \\ \\ | + | - Die Header-Dateien und die Bit-ändernden Makros entsprechen denen der letzten Programme. |
- Die weiteren Konstanten sind: | - Die weiteren Konstanten sind: | ||
- | - Kostante | + | - Konstante |
- | - Kostante | + | - Konstante |
- Konstante für die I2C Adresse | - Konstante für die I2C Adresse | ||
- | - Zwei globale Variablen beinhalten die I2C Adresse und die Daten | + | - Zwei globale Variablen beinhalten die I2C Adresse und die Daten \\ \\ |
'' | '' | ||
- | - es wird zunächst die Pull-up Widerstände aktiviert, um die Schalter einlesen zu können | + | - es werden |
- in der Haupschleife läuft: | - in der Haupschleife läuft: | ||
- Zu Beginn eine Iitialisierung der I2C Schnittstelle. Die wiederholte Initialisierung vermeidet Probleme der I2C Zustandsmaschine. | - Zu Beginn eine Iitialisierung der I2C Schnittstelle. Die wiederholte Initialisierung vermeidet Probleme der I2C Zustandsmaschine. | ||
Zeile 316: | Zeile 321: | ||
- Nun wird der Zustand das Port B als I2C Daten eingelesen. | - Nun wird der Zustand das Port B als I2C Daten eingelesen. | ||
- Diese werden per I2C übertragen. | - Diese werden per I2C übertragen. | ||
- | - Und zum Schluss wird das Stopp Bit gesendet | + | - Und zum Schluss wird das Stopp Bit gesendet |
'' | '' | ||
- | - im Statusregister werden die Bits '' | + | - Durch das Zurücksetzen der Bits '' |
- | - Der Überlauf-Interrupt durch den Timer2 wird erst bei Überlauf des 8-Bit Wert ausgeführt. Auch hier ergibt sich durch den Prescaler | + | |
- Auch das Kontrollregister wird zurückgesetzt | - Auch das Kontrollregister wird zurückgesetzt | ||
- | - im Bitraten Register wird die I2C Frequenz eingestellt | + | - im Bitraten Register wird die I2C Frequenz eingestellt \\ \\ \\ \\ |
'' | '' | ||
- | \\ \\ \\ | ||
- Es soll die I2C Schnittstelle aktiviert ('' | - Es soll die I2C Schnittstelle aktiviert ('' | ||
- | - Nach dem Ändern des Konrollregisters muss die Abarbeitung abgewartet werden. Dies ist daran zu erkennen, das '' | + | - Nach dem Ändern des Konrollregisters muss die Abarbeitung abgewartet werden. Dies ist daran zu erkennen, das '' |
'' | '' | ||
- Bevor Daten übertragen werden sollen, müssen diese erst in das I2C Datenregister geschrieben werden. | - Bevor Daten übertragen werden sollen, müssen diese erst in das I2C Datenregister geschrieben werden. | ||
- Wieder die I2C Schnittstelle aktivieren ('' | - Wieder die I2C Schnittstelle aktivieren ('' | ||
- | - auch hier muss wieder die Abarbeitung abgewartet werden | + | - auch hier muss wieder die Abarbeitung abgewartet werden \\ \\ \\ |
- | + | ||
- | \\ \\ \\ \\ \\ \\ | + | |
'' | '' | ||
- Das Stoppbit wird wieder im Kontrollregister aktiviert | - Das Stoppbit wird wieder im Kontrollregister aktiviert | ||
- Hier ist kein Warten notwendig | - Hier ist kein Warten notwendig | ||
- | |||
- | \\ \\ \\ \\ \\ | ||
- | |||
- | ''/ | ||
- | |||
- | Hier ist das Programm der [[1_hello_blinking_world|Blinking LED]] etwas angepasst eingefügt. | ||
- | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ | ||
- | - Zunächst wird ein Unterprogramm zur Anzeige das Displays aufgerufen | ||
- | - '' | ||
- | - Die Schleife wird solange ausgeführt, | ||
- | - Beim Aktivieren der LED wird auch auf dem Display eine '' | ||
- | - Nach einer Sekunde wird die LED ausgeschalten und auf dem Display eine '' | ||
- | - Nach Beendigung der Schleife werden alle Flanken gelöscht. Damit wird verhindert, dass beim Aufruf des Hauptmenus sofort ein Sprung in ein Unterprogramm ausgeführt wird. | ||
- | |||
- | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ | ||
- | ''/ | ||
- | |||
- | Hier ist das Programm [[2_sound_und_timer|Sound und Timer]] etwas angepasst eingefügt. | ||
- | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ | ||
- | |||
- | - Die Port Initialisierung, | ||
- | - Hier wird Timer 0 genutzt, um das gepulste Signal an den Lautsprecher zu verändern. | ||
- | - Die while-Schleife wird wieder abgebrochen, | ||
- | - Neben dem Herunterzählen der Periodenlänge (über '' | ||
- | - Da die for-Schleife zum Herunterzählen der Periodenlänge sehr lange dauert (etwa 2 Sekunden) wird auch darin der Tastendruck der Taste 1 abgefragt werden. \\ \\ \\ \\ \\ | ||
- | - Falls die Taste 1 gedrückt wurde, wird sowohl __in der for__-Schleife, | ||
- | - Das Heraufzählen der Frequenz gleich dem Herunterzählen, | ||
- | |||
- | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ | ||
- | ''/ | ||
- | |||
- | Hier ist das Programm [[3_logische_funktionen|Logische Funktionen]] etwas angepasst eingefügt. | ||
- | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ | ||
- | |||
- | - Durch den Anschluss des Tasters zwischen Port und Masse erzeugt ein geschlossener ein LOW Signal (logisch 0). Hier sollen aber nun der Tastendruck dem Wert HIGH (logisch 1) entsprechen. Aus diesem Grund sind die Tasterwerte in den Bedingungen negiert, z.B. '' | ||
- | |||
- | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ | ||
- | ''/ | ||
- | |||
- | Hier ist das Programm [[4_up_down_counter|Up/ | ||
- | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ | ||
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- | - Im wesentlichen gleicht das Programm dem bereits bekanntem. Es kann aber auf die bereits berechnete Flanken '' | ||
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- | '' | ||
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- | - Je nach gedrückter Taste wird hier die Variable '' | ||
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- | --> TWI Slave # | + | <fs x-large>**I2C Slave**</ |
- | ==== TWI Slave ==== | + | |
- | < | + | < |
- | <sxh c; first-line: 1> | + | |
/* ---------------------------------------------------------------------------- | /* ---------------------------------------------------------------------------- | ||
- | + | | |
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+ | | ||
+ | | ||
+ | | ||
+ | | ||
+ | | ||
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+ | | ||
+ | | ||
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+ | | ||
+ | | ||
+ | | ||
+ | | ||
+ | |||
+ | | ||
- | Dateiname : I2C_SimpleMaster.c | + | Displayanzeige : keine |
- | Autoren | + | Tastenfunktion : Die Tastenstellung der Dip-Schalter an Port B werden als Wert über I2C weitergegeben. |
+ | Dabei zählt ein gedrückter Schalter | ||
- | Datum | + | Jumperstellung : keine |
- | Version | + | Fuses im uC : keine |
| | ||
- | | + | |
- | + | // ----------------------------------------------------------------------------*/ | |
- | | + | |
- | C-Compiler: AVR/GNU C Compiler 5.4.0 | + | |
- | + | ||
- | | + | |
- | + | ||
- | + | ||
| | ||
- | // ----------------------------------------------------------------------------*/ | ||
- | |||
// Deklarationen ============================================================== | // Deklarationen ============================================================== | ||
- | + | | |
// Festlegung der Quarzfrequenz | // Festlegung der Quarzfrequenz | ||
- | #define F_CPU 16000000UL | + | #define F_CPU 8000000UL // |
- | #define F_SCL 10000L | + | #define F_SCL 100000L // Baudrate von 100 kHz |
+ | |||
// Include von Header-Dateien | // Include von Header-Dateien | ||
#include < | #include < | ||
+ | |||
// Konstanten | // Konstanten | ||
- | # | + | #define SET_BIT(BYTE, |
- | #define CLR_BIT(BYTE, | + | #define CLR_BIT(BYTE, |
- | #define TGL_BIT(BYTE, | + | #define TGL_BIT(BYTE, |
+ | #define SET_ALL_TO_OUT (0xFF) // | ||
+ | #define TWI_ADRESS (0b0001010) // | ||
+ | #define TWI_ADRESS_MASK (0b0001010) // | ||
+ | |||
// | // | ||
void I2C_Init(); | void I2C_Init(); | ||
void I2C_setAddress(char Address); | void I2C_setAddress(char Address); | ||
char I2C_readData(); | char I2C_readData(); | ||
- | + | ||
- | uint8_t TWI_Address = | + | uint8_t TWI_Address |
- | uint8_t TWI_AddressMask = 0b11111110; | + | uint8_t TWI_AddressMask |
+ | |||
int main(void) | int main(void) | ||
{ | { | ||
- | DDRD= 0xFF; // Auf DDRC die Daten ausgeben | + | DDRB= SET_ALL_TO_OUT; // Auf DDRC die Daten ausgeben |
- | I2C_setAddress(TWI_Address); | + | I2C_setAddress(TWI_Address); |
- | + | | |
while (1) | while (1) | ||
{ | { | ||
- | PORTD | + | PORTB = I2C_readData(); |
} | } | ||
} | } | ||
+ | |||
////////////////////////////////////////////////// | ////////////////////////////////////////////////// | ||
// Setzen der I2C Adresse auf die der Slave hört | // Setzen der I2C Adresse auf die der Slave hört | ||
////////////////////////////////////////////////// | ////////////////////////////////////////////////// | ||
- | void I2C_setAddress(char Address) | + | void I2C_setAddress(char Address) |
{ | { | ||
- | TWAR = (Address<< | + | |
- | TWAMR= TWI_AddressMask; | + | TWAMR= TWI_AddressMask; |
- | TWCR = (1<< | + | TWCR = (1<< |
} | } | ||
+ | |||
////////////////////////////////////////////////// | ////////////////////////////////////////////////// | ||
// Auslesen der übermittelten Daten | // Auslesen der übermittelten Daten | ||
////////////////////////////////////////////////// | ////////////////////////////////////////////////// | ||
- | char I2C_readData() | + | char I2C_readData() |
{ | { | ||
- | while (!(TWCR & (1<< | + | |
- | return TWDR; // übermittle Daten | + | return TWDR; // übermittle Daten |
} | } | ||
- | |||
</ | </ | ||
- | </ | + | </ |
+ | \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ | ||
+ | '' | ||
+ | \\ \\ | ||
+ | - Hier wird die Frequenz des Quarz direkt eingestellt. | ||
+ | - Weiterhin wird eine Konstante für die I2C Frequenz definiert \\ \\ | ||
+ | - Die Header-Dateien und die Bit-ändernden Makros entsprechen denen der letzten Programme. \\ \\ \\ \\ | ||
+ | - Die weiteren Konstanten sind: | ||
+ | - Konstante für die das Setzen der Pins als Ausgang | ||
+ | - Konstante für die I2C Adresse | ||
+ | - Konstante für die Maskierung der Adresse \\ \\ \\ \\ \\ | ||
+ | - Zwei globale Variablen beinhalten die I2C Adresse und die Maske für die eingelesene Adresse \\ \\ | ||
+ | |||
+ | '' | ||
+ | |||
+ | - Es werden alle Pins an Port B als Ausgang geschalten | ||
+ | - Die I2C Adresse, auf welche der Slave hört, wird gesetzt \\ \\ | ||
+ | - In der Haupschleife läuft nur das Setzen des Port B anhand der eingelesenen I2C Daten \\ \\ \\ \\ \\ | ||
+ | |||
+ | '' | ||
+ | - Die Adresse wird in das Adressbyte geschrieben. | ||
+ | - Die Adressmaske wird in das Maskenbyte geschrieben. Durch die Maske lässt sich ein Slave auch mit verschiedenen Adressen ansprechen, da die Maske angibt, welche Bits nicht berücksichtigt werden sollen (mit '' | ||
+ | - Im Kontrollregister wird die " | ||
+ | '' | ||
+ | - Hier wird solange gewartet, bis I2C Daten vorliegen | ||
+ | - Nach dem Ändern des Konrollregisters muss die Abarbeitung abgewartet werden. Dies ist daran zu erkennen, das '' | ||
+ | |||
+ | </ | ||
<-- | <-- | ||
- | ==== komplexere Anwendung ==== | + | ==== komplexere Anwendung |
- | Als Beispiel wurde die Temperaturmessung gewählt | + | |
- | | + | Als Beispiel wurde hier die Temperaturmessung |
+ | Das Projekt und die Simulation ist hier zu finden | ||
+ | |||
+ | Bitte nutzen Sie diese als Vorlage, wen Sie eine I2C Schnittstelle implementieren wollen. Da in diesem Programmstand alles über Interrupts läuft, können auch weitere Funktionen abgearbeitet werden. | ||
+ | |||
+ | ===== weiterführende Unterlagen ===== | ||
+ | |||
+ | Die detaillierte Beschreibung zu I2C findet sich in des {{microcontrollertechnik: | ||
==== Bibliotheken ==== | ==== Bibliotheken ==== | ||
Zeile 491: | Zeile 484: | ||
* alternative und schlanke Implementierung des Slaves von [[https:// | * alternative und schlanke Implementierung des Slaves von [[https:// | ||
- | ===== Beispiele | + | ==== Beispiele ==== |
- | * Simulide: '' | + | * In Simulide |
- | * Software | + | * Eine vollständige Implementierung des Codes für den I2C Master ist in der Library von Peter Fleury |
- | * Library von Peter Fleury: [[http:// | + | * Eine Implementierung eines [[Software I2C Slave]], also eines I2C an einem beliebigen Pin durch Bitmaipulation, |
- | * [[Software I2C Slave]] | + | |
- | ===== weiterführende Unterlagen ===== | + | ==== Beschreibung |
- | | + | |
+ | Die " |