Arduino nano i2c подключение. LCD I2C модуль подключение к Arduino

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); }

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 }

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.

Протокол обмена данными I2C в свое время был разработан компанией Philips. Название I2C произошло от английского Iner-IC управления или по другому межмикросхемного управления, Inter-IC,IIC (I2C) -название одного и того же протокола.

Данный протокол или интерфейс обеспечивате качественный прием и передачу информации (данных) от нескольких различных устройств, к примеру можно измерять температуру и одновременно управлять цифровым потенциометром. Общение происходит програмно, алгоритм общения с датчиком по протоколу I2С записывается в программу Arduino (скетч).

Существуют специальные переходники которые позволяют подключать другие устройства, к примеру имея переходник можно по двум проводом подключить arduino дисплей 1602 (16x2) LCD по протоколу i2c. По запросу LCD i2c на просторах интернета куча информации, вот пример того как должен выглядить переходник под дисплей http://www.ebay.com/itm/310565362720

При работе по этому интерфейсу, одно устройство является ведущим а другое ведомым. Ведущее устройство инициализирует передачу и генерирует сигналы необходимые для синхронизации.

Вемое в свою очередь зависит от ведущего, и начинает передачу данных только после получения команды от ведущего устройства.

Устройство подключенное к шине I2C имеет свой уникальный адрес. Именно по этому адресу осуществляется обращения ведущего устройства.

Пример подключения датчиков по протоколу I2C

Подключение осуществляется по двум проводам: SCL- сигнала тактирования или тактового сигнала и SDA - сигнала данных. При этом к шине I2C можно подключать любое количество различных датчиков (ведомых устройств), имеющие свои уникальные id.

Знакомство начинается со специально написанной для этих целей библиотеки, имя которой Wire. Перед началом работы ее необходимо импортировать в проект,она имеет специальные команды или методы для "общения" с устройствами.

Для обмена данными с устройствами нужно знать их id. Различные устройства могут иметь разную длину адреса (id) 8 или 7 бит.В библиотеке Wire используется 7-ми битная адресация.

Подключение ведомых устройств осуществляется к выводам на плате Arduino. Каждая версия Arduino имеет свои выводы I2C

UNO - A4(SDA), A5(SCL);
Mega - 20(SDA), 21(SCL);
Leonardo- 2(SDA), 3(SCL);
Due - 20(SDA), 21(SCL),SDA1,SCL1;

Пример код программы для управления цифровым потенциометром при помощи библиотеки Wire

Данный пример показывает как устанавливать определенное значение сопротивление в цифровом потенциометре при помощи библиотеки Wire. Установка определенного значения осуществляется при помощи переменной val.

#include void setup() { Wire.begin(); // join i2c bus (address optional for master) } byte val = 0; void loop() { Wire.beginTransmission(44); // transmit to device #44 (0x2c) // device address is specified in datasheet Wire.write(byte(0x00)); // sends instruction byte Wire.write(val); // sends potentiometer value byte Wire.endTransmission(); // stop transmitting val++; // increment value if (val == 64) // if reached 64th position (max) { val = 0; // start over from lowest value } delay(500); }

Arduino nano i2c подключение. LCD I2C модуль подключение к Arduino

Описание библиотеки Wire

Примечание