Для использования в дальнейшем понадобилось связать, используя I2C микроконтроллер STM32 с экраном 2004. Не найдя аналогичного решения в сети, публикую здесь. Данный рецепт подойдёт также для экранов 1602. Далее под катом. (Осторожно, картинки).
Игрушечная касса, купленная сыну, оказалось с дефектом, и работала через раз. Появилась идея переделать её внутренности, и момент выбора микроконтроллера совпал с публикацией статьи про STM32 . Немного прикинув и сравнив цены: STM32+LCD2004+I2C = ArduinoMega (причина была в том, что нужно было реализовать клавиатуру, динамик, устройство ввода штрих-кода и экран, поэтому каждый вывод микроконтроллера на счету) я выбрал первый набор.
Были сделаны покупки, и наступило время ожидания. Для прошивки купил ещё USB-USART переходник.
Что и где покупалось.
- 2004 LCD HD44780 . Оказался без кириллицы. Обращайте внимание на данную особенность при поиске, если нужен русский язык на экране.
- IIC/I2C/TWI/SPI Serial Interface Board Module Port For Arduino 1602LCD Display По описанию совместим с 2004. Но думаю подойдёт любой аналогичный.
- USB to UART TTL CP2012 для прошивки и отладки. Можно воспользоваться и другими поддерживаемыми способами прошивки и отладки, но этот вариант самый дешевый.
Средства для программирования, прошивки и отладки, используемые мною:
- Прошивальщик с оригинального сайта: STM32 and STM8 Flash loader demonstrator .
- Терминал для чтения сигналов от MK через USB2UART: Terminal v1.91b . Но подойдёт и Putty (Connection->Serial).
Первым опишу подключение. Странно, описывая использование STM32 мало где рисуют схемы, в основном код, сам догадайся, что и как подключить.
Подключение изображу на фотографии (по клику - крупнее).
Данное подключение актуально для STM32F103C8. Для других плат МК проверьте пины подключения I2C1 по даташиту.
USART переходник в USB. Тут понятно. Далее - USART подключаем к STM32 к выведенному около разъема miniUSB USART1. TX к RX и соответственно RX к TX. У меня на USART есть вывод 3v3, я от него и запитал МК. Землю я подключил отдельно, для удобного её отключения во время переключения режимов прошивки и работы. К экрану я припаял I2C (так же на ebay есть экраны с припаянными I2C). Питание для I2C и экрана берётся от 3v3 МК или 5В от USART. Ниже написал про настройку контраста при различном напряжении питании. Далее: SCL от I2C подключается к PB6, SDA от I2C к PB7. Притягивать SCL и SDA к питанию при использовании одного данного устройства нет необходимости.
Первыми граблями был USART. Его я использовал для отладки, в приведённом здесь коде строки работы с ним закомментированы. Но с ним проблему так и не решил. Такое впечатление, что нет синхронизации между компьютером и микроконтроллером до посылки первого символа. Причем если использовать код из примера - то МК прекрасно дублирует получаемый текст, а сам писать не может. Я добился наиболее приемлемого для отладки вывода строк, добавив Delay(500) после каждого символа.
Потом попытался реализовать работу с I2C. Взял код из примера , обратил внимание на комментарии про подвисание МК, проанализировав исходники, увидел что как и автору комментариев, мне необходим сдвиг адреса устройства влево:
//http://microtechnics.ru/stm32-ispolzovanie-i2c/#comment-8109
I2C_Send7bitAddress(I2Cx, slaveAddress<<1, transmissionDirection);
Вставил код и попробовал запустить. Программа повисала на моменте ожидания освобождения шины:
While(!I2C_CheckEvent(I2Cx, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));
Тут грабли в адресе I2C устройства. Судя из описания продавца, у меня был адрес 0x20. Вот тут я и потерял 15 минут впустую, но вчитавшись в описание разных моделей I2C переходников, ссылку на которое привёл в своей статье , обратил внимание на последнюю модель и попробовал поменять адрес на 0x27. Всё заработало. Вывод такой: если у Вас на переходнике запаяны A0 A1 A2 - адрес 0x20, не запаяны - 0x27.
Сравните:
 |
 |
Далее - экран. Оказалось, что он прекрасно работает и от 3.3 Вольт, как и переходник I2C (в даташите микросхемы переходника - от 2.5 до 6 В). Но сначала я его проверял от 5В. И контраст был выкручен на максимум. В итоге в результате запуска программы экран был полностью заполнен. Я расстроился и продолжил ковырять код. Но спустя полчаса проснулся и подбежал виновник разработки, я ему показал экран и случайно увидел под углом сбоку, что там что-то написано. Причиной этому является неправильная регулировка контраста. (Извините, если описал тут очевидные вещи, может найдутся такие же, кто этого не знал.)
Ничего не видно
То же самое, но под угломПри 5В питания контраст нужно немного уменьшить. А при 3.3В поставить на максимум, на настройке от 5В ничего не видно. Результат представлен на первой картинке в посте. Мой оказался без русского языка, я это увидел, пролистав символы. Попробовал нарисовать кляксу, не зная, что максимум можно определить 8 своих символов, написал для кляксы 12. Подобрал похожие из китайских, вроде получилось.
Код представлен на гихабе, так как для достижения результата переписал библиотеку от Ардуины.
Опубліковано 26.10.2016
В предыдущей статье мы рассмотрели работу STM32 с шиной I 2 C в качестве Мастера. То есть, он был ведущий и опрашивал датчик. Теперь сделаем так, чтобы STM32 был Slave-ом и отвечал на запросы, то есть сам работал как датчик. Мы выделим 255 байт памяти под регистры с адресами от 0 до 0xFF, и позволим Мастеру в них писать/читать. А чтобы пример был не таким простым, сделаем из нашего STM32, еще и аналого-цифровой преобразователь с интерфейсом I 2 C. ADC будет обрабатывать 8 каналов. Результаты преобразований контроллер будет отдавать Мастеру при чтении из регистров. Поскольку результат преобразования ADC занимает 12 бит, нам потребуется 2 регистра (2 байта) на каждый канал ADC.
i2c_slave.h содержит настройки:
I2CSLAVE_ADDR – адрес нашего устройства;
ADC_ADDR_START – начальный адрес регистров, которые отвечают за результаты преобразований ADC.
В файле i2c_slave.c нас больше всего интересуют функции get_i2c1_ram и set_i2c1_ram . Функция get_i2c1_ram отвечает за считывание данных из регистров. Она возвращает данные с указанного адреса, которые отдаются Мастеру. В нашем случае данные считываются из массива i2c1_ram , но, если Мастер спрашивает адреса регистров из диапазона отведенного для результатов ADC, то отправляются данные преобразований ADC.
get_i2c1_ram :
Uint8_t get_i2c1_ram(uint8_t adr) { //ADC data if ((ADC_ADDR_START <= adr) & (adr < ADC_ADDR_START + ADC_CHANNELS*2)) { return ADCBuffer; } else { // Other addresses return i2c1_ram; } }
Функция set_i2c1_ram – записывает данные принятые от Мастера в регистры с указанным адресом. В нашем случае данные просто записываются в массив i2c1_ram . Но это не обязательно. Вы можете, например, добавить проверку, и, когда на определенный адрес приходит определенное число, выполнить какие-то действия. Таким образом, Вы сможете подавать микроконтроллеру разные команды.
set_i2c1_ram :
Void set_i2c1_ram(uint8_t adr, uint8_t val) { i2c1_ram = val; return; }
Инициализация достаточно проста:
Int main(void) { SetSysClockTo72(); ADC_DMA_init(); I2C1_Slave_init(); while(1) { } }
Сначала мы устанавливаем максимальную частоту работы контроллера. Максимальная скорость необходима, когда нужно избежать любых задержек на шине I 2 C. Затем запускаем работу ADC с использованием DMA. О . О . И, наконец, выполняем инициализацию шины I 2 C как Slave . Как видите, ничего сложного.
Теперь подключим наш модуль STM32 к Raspberry Pi. К каналам ADC подключим потенциометры. И будем считывать с нашего контроллера показатели ADC. Не забываем, что для работы шины I 2 C нужно на каждую линию шины установить подтягивающие резисторы.
В консоли Raspberry проверим видно ли наше устройство на шине I 2 C (о том, ):
I2cdetect -y 1
Как видите, адрес устройства 0x27 , хотя мы указали 0x4E. Когда будет время, подумайте – почему так произошло.
Для считывания из регистров I 2 C-Slave устройства выполняем команду:
I2cget -y 1 0x27 0x00
Где:
0x27
– адрес устройства,
0x00
– адрес регистра (0x00…0xFF).
Для записи в регистры I 2 C-Slave устройства выполняем команду:
I2cset -y 1 0x27 0xA0 0xDD
Де:
0x27
– адрес устройства,
0xA0
– адрес регистра
0xDD
-8-bit данные (0x00…0xFF)
Предыдущая команда записала число 0xDD в регистр 0xA0 (писать в первые 16 регистров можно, и смысла нет, по они отведены под ADC). Теперь прочитаем:
I2cget -y 1 0x27 0xA0
Чтобы упростить процесс считывания данных ADC-каналов я написал скрипт:
#!/usr/bin/env python import smbus import time bus = smbus.SMBus(1) address = 0x27 while (1): ADC = {}; for i in range(0, 8): LBS = bus.read_byte_data(address, 0x00+i*2) MBS = bus.read_byte_data(address, 0x00+i*2+1) ADC[i] = MBS*256 + LBS print ADC time.sleep(0.2)
Он опрашивает и выводит в консоль результаты всех 8-ми ADC-каналов.
Аналогичным образом можно объединить несколько микроконтроллеров. Один из них должен быть Master (), другие Slave.
Желаю успехов!
Кто-то любит пирожки, а кто-то - нет.
Интерфейс i2c широко распространён и используется. В stm32f4 модулей, реализующих данный протокол, аж целых три штуки.
Естественно, с полной поддержкой всего этого дела.
Работа с модулем, в целом, такая же, как и в других контроллерах: даёшь ему команды, он их выполняет и отчитывается о результате:
Я> Шли START.
S> Ок, послал.
Я> Круто, шли адрес теперь. Вот такой: 0xXX.
S> Ок, послал. Мне сказали, что ACK. Давай дальше.
Я> Жив ещё, хорошо. Вот тебе номер регистра: 0xYY, - шли.
S> Послал, получил ACK.
Я> Шли ему теперь данные, вот тебе байт: 0xZZ.
S> Послал, он согласен на большее: ACK.
Я> Фиг ему, а не ещё. Шли STOP.
S> Okay.
И всё примерно в таком духе.
В данном контроллере выводы i2c раскиданы по портам таким образом:
PB6: I2C1_SCL
PB7: I2C1_SDA
PB8: I2C1_SCL
PB9: I2C1_SDA
PB10: I2C2_SCL
PB11: I2C2_SDA
PA8: I2C3_SCL
PC9: I2C3_SDA
Вообще, распиновку периферии удобно смотреть в на 59 странице.
Что удивительно, но для работы с i2c нужны все его регистры, благо их немного:
I2C_CR1
- команды модулю для отправки команд/состояний и выбор режимов работы;
I2C_CR2
- настройка DMA и указание рабочей частоты модуля (2-42 МГц);
I2C_OAR1
- настройка адреса устройства (для slave), размер адреса (7 или 10 бит);
I2C_OAR2
- настройка адреса устройства (если адресов два);
I2C_DR
- регистр данных;
I2C_SR1
- регистр состояния модуля;
I2C_SR2
- регистр статуса (slave, должен читаться, если установлен флаги ADDR или STOPF в SR1);
I2C_CCR
- настройка скорости интерфейса;
I2C_TRISE
- настройка таймингов фронтов.
Впрочем, половина из них типа «записать и забыть».
На плате STM32F4-Discovery уже есть I2C устройство, с коим можно попрактиковаться: CS43L22 , аудиоЦАП. Он подключён к выводам PB6/PB9. Главное, не забыть подать высокий уровень на вывод PD4 (там сидит ~RESET), иначе ЦАП не станет отвечать.
Порядок настройки примерно таков:
1
. Разрешить тактирование портов и самого модуля.
Нам нужны выводы PB6/PB9, потому надо установить бит 1 (GPIOBEN) в регистре RCC_AHB1ENR, чтоб порт завёлся.
И установить бит 21 (I2C1EN) в регистре RCC_APB1ENR, чтоб включить модуль I2C. Для второго и третьего модуля номера битов 22 и 23 соответственно.
2
. Дальше настраиваются выводы: выход Oped Drain (GPIO->OTYPER), режим альтернативной функции (GPIO->MODER), и номер альтренативной функции (GPIO->AFR).
По желанию можно настроить подтяжку (GPIO->PUPDR), если её нет на плате (а подтяжка к питанию обеих линий необходима в любом виде). Номер для I2C всегда один и тот же: 4. Приятно, что для каждого типа периферии заведён отдельный номер.
3
. Указывается текущая частота тактирования периферии Fpclk1 (выраженная в МГц) в регистре CR2. Я так понял, это нужно для расчёта разных таймингов протокола.
Кстати, она должна быть не менее двух для обычного режима и не менее четырёх для быстрого. А если нужна полная скорость в 400 кГц, то она ещё и должна делиться на 10 (10, 20, 30, 40 МГц).
Максимально разрешённая частота тактирования: 42 МГц.
4
. Настраивается скорость интерфейса в регистре CCR, выбирается режим (обычный/быстрый).
Cмысл таков: Tsck = CCR * 2 * Tpckl1, т.е. период SCK пропорционален CCR (для быстрого режима всё несколько хитрее, но в RM расписано).
5
. Настраивается максимальное время нарастания фронта в регистре TRISE. Для стандартного режима это время 1 мкс. В регистр надо записать количество тактов шины, укладывающихся в это время, плюс один:
если такт Tpclk1 длится 125 нс, то записываем (1000 нс / 125 нс) + 1 = 8 + 1 = 9.
6
. По желанию разрешается генерация сигналов прерывания (ошибки, состояние и данных);
7
. Модуль включается: флаг PE в регистре CR1 переводится в 1.
Дальше модуль работает уже как надо. Надо только реализовать правильный порядок команд и проверки результатов. Например, запись регистра:
1
. Сначала нужно отправить START, установив флаг с таким именем в регистре CR1. Если всё ок, то спустя некоторое время выставится флаг SB в регистре SR1.
Хочу заметить один момент, - если нет подтяжки на линии (и они в 0), то этот флаг можно не дождаться вовсе.
2
. Если флаг-таки дождались, то отправляем адрес. Для семибитного адреса просто записываем его в DR прям в таком виде, как он будет на линии (7 бит адреса + бит направления). Для десятибитного более сложный алгоритм.
Если устройство ответит на адрес ACK"ом, то в регистре SR1 появится флаг ADDR. Если нет, то флаг AF (Acknowledge failure).
Если ADDR появился, надо прочитать регистр SR2. Можно ничего там и не смотреть, просто последовательное чтение SR1 и SR2 сбрасывает этот флаг. А пока флаг установлен, SCL удерживается мастером в низком состоянии, что полезно, если надо попросить удалённое устройство подождать с отправкой данных.
Если всё ок, то дальше модуль перейдёт в режим приёма или передачи данных в зависимости от младшего бита отправленного адреса. Для записи он должен быть нулём, для чтения - единицей.
но мы рассматриваем запись, потому примем, что там был ноль.
3
. Дальше отправляем адрес регистра, который нас интересует. Точно так же, записав его в DR. После передачи выставится флаг TXE (буфер передачи пуст) и BTF (передача завершена).
4
. Дальше идут данные, которые можно отправлять, пока устройство отвечает ACK. Если ответом будет NACK, то эти флаги не установятся.
5
. По завершении передачи (или в случае непредвиденного состояния) отправляем STOP: устанавливается одноимённый флаг в регистре CR1.
При чтении всё то же самое. Меняется только после записи адреса регистра.
Вместо записи данных идёт повторная отправка START (повторный старт) и отправка адреса с установленным младшим битом (признак чтения).
Модуль будет ждать данных от устройства. Чтобы поощрать его к отправке следующих байт, надо перед приёмом установить флаг ACK в CR1 (чтобы после приёма модуль посылал этот самый ACK).
Как надоест, флаг снимаем, устройство увидит NACK и замолчит. После чего шлём STOP обычным порядком и радуемся принятым данным.
Вот то же самое в виде кода:
// Инициализация модуля
void i2c_Init(void)
{
uint32_t Clock = 16000000UL; // Частота тактирования модуля (system_stm32f4xx.c не используется)
uint32_t Speed = 100000UL; // 100 кГц
// Включить тактирование порта GPIOB
RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOBEN;
// Настроим выводы PB6, PB9
// Open drain!
GPIOB->OTYPER |= GPIO_OTYPER_OT_6 | GPIO_OTYPER_OT_9;
// Подтяжка внешняя, потому тут не настраивается!
// если надо, см. регистр GPIOB->PUPDR
// Номер альтернативной функции
GPIOB->AFR &= ~(0x0FUL << (6 * 4)); // 6 очистим
GPIOB->AFR |= (0x04UL << (6 * 4)); // В 6 запишем 4
GPIOB->AFR &= ~(0x0FUL << ((9 - 8) * 4)); // 9 очистим
GPIOB->AFR |= (0x04UL << ((9 - 8) * 4)); // В 9 запишем 4
// Режим: альтернативная функция
GPIOB->MODER &= ~((0x03UL << (6 * 2)) | (0x03UL << (9 * 2))); // 6, 9 очистим
GPIOB->MODER |= ((0x02UL << (6 * 2)) | (0x02UL << (9 * 2))); // В 6, 9 запишем 2
// Включить тактирование модуля I2C1
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;
// На данный момент I2C должен быть выключен
// Сбросим всё (SWRST == 1, сброс)
I2C1->CR1 = I2C_CR1_SWRST;
// PE == 0, это главное
I2C1->CR1 = 0;
// Считаем, что запущены от RC (16 МГц)
// Предделителей в системе тактирования нет (все 1)
// По-хорошему, надо бы вычислять это вс из
// реальной частоты тактирования модуля
I2C1->CR2 = Clock / 1000000UL; // 16 МГц
// Настраиваем частоту
{
// Tclk = (1 / Fperiph);
// Thigh = Tclk * CCR;
// Tlow = Thigh;
// Fi2c = 1 / CCR * 2;
// CCR = Fperiph / (Fi2c * 2);
uint16_t Value = (uint16_t)(Clock / (Speed * 2));
// Минимальное значение: 4
if(Value < 4) Value = 4;
I2C1->CCR = Value;
}
// Задаём предельное время фронта
// В стандартном режиме это время 1000 нс
// Просто прибавляем к частоте, выраженной в МГц единицу (см. RM стр. 604).
I2C1->TRISE = (Clock / 1000000UL) + 1;
// Включим модуль
I2C1->CR1 |= (I2C_CR1_PE);
// Теперь можно что-нибудь делать
}
// Отправить байт
bool i2c_SendByte(uint8_t Address, uint8_t Register, uint8_t Data)
{
if(!i2c_SendStart()) return false;
// Адрес микросхемы
if(!i2c_SendAddress(Address)) return i2c_SendStop();
// Адрес регистра
if(!i2c_SendData(Register)) return i2c_SendStop();
// Данные
if(!i2c_SendData(Data)) return i2c_SendStop();
// Стоп!
i2c_SendStop();
return true;
}
// Получить байт
bool i2c_ReceiveByte(uint8_t Address, uint8_t Register, uint8_t * Data)
{
if(!i2c_SendStart()) return false;
// Адрес микросхемы
if(!i2c_SendAddress(Address)) return i2c_SendStop();
// Адрес регистра
if(!i2c_SendData(Register)) return i2c_SendStop();
// Повторный старт
if(!i2c_SendStart()) return false;
// Адрес микросхемы (чтение)
if(!i2c_SendAddress(Address | 1)) return i2c_SendStop();
// Получим байт
if(!i2c_ReceiveData(Data)) return i2c_SendStop();
// Стоп!
i2c_SendStop();
return true;
}
Использование:
{
uint8_t ID = 0;
i2c_Init();
// Считаем, что PD4 выставлен в высокий уровень и ЦАП работает (это надо сделать как-нибудь)
// Отправка байта в устройство с адресом 0x94, в регистр 0x00 со значением 0x00.
i2c_SendByte(0x94, 0x00, 0x00);
// Приём байта из устройства с адресом 0x94 из регистра 0x01 (ID) в переменную buffer
i2c_ReceiveByte(0x94, 0x01, &ID);
}
Конечно, кроме как в учебном примере так делать нельзя. Ожидание окончания действия слишком уж долгое для такого быстрого контроллера.
Сегодня на нашем операционном столе новый гость, это продукт компании Microchip расширитель портов MCP23008-E. Предназначена эта штуковина (как понятно из названия) для увеличения числа I/O ног микроконтроллера, если их вдруг стало не хватать. Конечно если нам нужные ноги-выходы то можно взять и не париться. Если нужны ноги-входы то и тут есть решение на жесткой логике. Если же нам нужны одновременно входы и выходы да еще и управляемая подтяжка для входов, то расширитель портов это пожалуй самое нормальное решение. Что касаемо цены девайса то она весьма скромная — примерно бакс. В данной статье я попробую детально описать как рулить данной микросхемой при помощи микроконтроллера AVR.
Для начала немного о характеристиках:
- 8 независимых пинов порта
- Интерфейс для связи с внешним миром — I2C (частота до 1.7 МГц)
- Настраиваемая подтяжка для входов
- Может дёрнуть ногой когда состояние определённых входов изменится
- Три входа для задания адреса микросхемы (можно повесить 8 устройств на одну шину)
- Рабочее напряжение от 1.8 до 5.5 вольт
- Малый ток потребления
- Большой выбор корпусов (PDIP/SOIC/SSOP/QFN)
Интерфейс я предпочитаю использовать I2C, он привлекает меня малым количеством проводков:-) однако если нужна очень быстрая скорость (до 10 МГц), то использовать нужно SPI интерфейс который присутствует в MCP23S08. Различие между MCP23S08 и MCP23008 как я понял только в интерфейсе и в количестве ног для задания адреса микросхемы. Кому что по душе короче. Распиновка микрухи есть в даташите, она ни чем не интересна и рассматриваться тут не будет. Поэтому сразу перейдем к тому как начать работать с данным девайсом. Все работа сводится к тому чтоб записывать и считывать определенные данные из регистров микросхемы. Регистров на радость мне оказалось совсем не много — всего лишь одиннадцать штук. Писать и читать данные из регистров очень просто, пост про это . Речь там правда не о регистрах, но принцип тот же. Теперь осталось выяснить из каких регистров что считывать и в какие регистры что записывать. В этом нам разумеется поможет даташит. Из даташита мы узнаем, что у микросхемы есть следующие регистры:
Регистр IODIR
Задаёт направление в котором идут данные. Если бит соответствующий определённой ножке установлен в единицу, то ножка вход. Если сброшен в ноль, то выход. Короче этот регистр аналог DDRx в AVR (только в AVR 1- это выход а 0 — вход).
Регистр IPOL
Если бит регистра установлен,то для соответствующей ноги включена инверсия входа. Это означает, что если на ножку подать лог. ноль то из регистра GPIO считается единица и наоборот. Полезность данной фичи весьма сомнительна.
Регистр GPINTEN
Каждый бит этого регистра соответствует определённому пину порта. Если бит установлен, то соответствующий пин порта настроенный на вход может вызывать прерывание. Если бит сброшен, то что бы не делали с ногой порта - прерывания не будет. Условия возникновения прерывания задаются двумя следующими регистрами.
Регистр DEFVAL
Текущее значение пинов настроенных на вход постоянно сравнивается с этим регистром. Если вдруг текущее значение стало отличаться от того что в этом регистре, то возникает прерывание. Проще говоря - если бит установлен то прерывание будет возникать когда на соответствующей ножке произойдет смена уровня с высокого на низкий. В случае если бит сброшен, то прерывание возникает по нарастающему фронту.
Регистр INTCON
Каждый бит этого регистра соответствует определённому пину порта. Если бит сброшен, то любая смена логического уровня на противоположный вызывает прерывание. В случае если бит установлен, то на возникновение прерывания оказывает влияние регистр DEFVAL (в противоположном случае он вообще игнорируется).
Регистр IOCON
Это регистр настроек. Состоит он из четырёх бит:
SEQOP
— бит управляет автоувеличением адреса. Если он установлен то автоувеличение отключено, в противном случае включено. Если мы выключим его, то можем очень быстро считывать значение одного и того же регистра за счёт того, что нам не придётся передавать его адрес каждый раз. Если же нужно быстро прочитать все 11 регистров по очереди то автоувеличение нужно включить. При каждом считывании байта из регистра адрес будет сам увеличиваться на единицу и передавать его не придётся.
DISSLW
— фиг знает чё за бит. Как его не крутил всё равно работает всё. Буду рад если кто объяснит.
HAEN
— Бит настройки вывода INT. Если он установлен то вывод сконфигурирован как открытый сток, если бит сброшен, то активный уровень на ноге INT определяет бит INTPOL
INTPOL
— определяет активный уровень на ноге INT. Если он установлен то активный уровень единица, в противном случае ноль.
Есть еще бит HAEN но он не используется в данной микросхеме (включает/выключает пины аппаратной адресации в MCP23S08)
Регистр GPPU
Управляет подтяжкой входов. Если бит установлен то на соответствующем ему пине появится подтяжка к питанию через резистор 100 кОм.
Регистр INTF
Регистр флагов прерываний. Если бит установлен то это означает, что соответствующая ему нога порта вызывала прерывание. Разумеется прерывания для нужных ног должны быть включены в регистре GPINTEN
Регистр INTCAP
В момент возникновения прерывания в этот регистр считывается весь порт. Если потом после этого будут еще прерывания, то содержимое этого регистра не затрется новым значением до тех пор пока мы не считаем его или GPIO.
Регистр GPIO
Считывая данные из регистра — считываем логические уровни на ножках порта. Записывая данные — устанавливаем логические уровни. При записи в этот регистр автоматически происходит запись этих же самых данных в регистр OLAT
Регистр OLAT
Записывая данные в этот регистр - выводим данные в порт. Если прочитать оттуда данные, то прочитается то что записали, а не то что что фактически есть на входах порта. Для чтения входов используем только GPIO.
Описание регистров на мой взгляд вполне нормальное и мозг ни кому взорвать не должно. Теперь ради интереса напишем небольшой демонстрационный пример который будет опрашивать 4 кнопки подключенные к расширителю порта, и в зависимости от их состояния зажигать или гасить 4 соответствующих светодиода подключенных к тому же расширителю. Пример будет максимально простым, без всяких прерываний. Просто постоянно считываем состояние кнопок и выводим это состояние на светодиоды. Схема нашего устройства будет выглядеть так:
Вывод прерывания можно не подключать, он тут нам не нужен, а вот подтяжка для ноги сброса обязательна! Я потратил много времени пока понял, что расширитель портов у меня периодически сбрасывался из-за отсутствия подтяжки. Теперь возьмёмся за код. Писать будем конечно же на . Код простецкий:
Program rashiritel; const AdrR=%01000001; //Адрес микросхемы с битом чтение const AdrW=%01000000; //Адрес микросхемы с битом запись var r:byte; ///Процедура записывает данные из переменной Dat в регистр по адресу Adr Procedure WriteReg(Dat,Adr:byte); Begin TWI_Start(); TWI_Write(AdrW); TWI_Write(Adr); TWI_Write(Dat); TWI_Stop(); End; ///Функция возвращает значение регистра по адресу Adr Function ReadReg(Adr:byte):byte; var a:byte; Begin TWI_Start(); TWI_Write(AdrW); TWI_Write(Adr); TWI_Start(); TWI_Write(AdrR); a:=TWI_Read(0); TWI_Stop(); result:=a; End; begin TWI_INIT(200000); ///Инициализация i2c WriteReg(%00001111,0x00); //Младшие 4 бита входы а остальные 4 выходы WriteReg(%00001111,0x06); //Вкл. подтяжку для 4-х входов While TRUE do Begin r:=ReadReg(0x09); //Считали состояние входов r:= NOT r; //Надо инвертировать биты иначе при отпущеной кнопке светодиоды будут гореть r:= r shl 4; //Сдвигаем на 4 бита влево... WriteReg(r,0x0A); //Выводим состояние кнопок end; end.
В последнее время все чаще натыкаюсь на негативные отзывы о шине I2C
у STM32
, мол работа с ней это танцы с бубном и тд.
За последний месяц мне удалось запустить две микросхемы, работающие по I2C
и ни каких танцев, только вдумчивое чтение даташита.
Модуль I2C у STM32 обладает следующими особенностями:
- может работать в двух режимах Fm (fast mode) и Sm (standart mode), первый работает на частотах до 400KHz, второй до 100KHz
- буфер размером 1 байт с поддержкой DMA
- поддерживает аппаратный подсчет контрольной суммы
- на его основе возможна реализуется SMBus (System Management Bus) и PMBus (Power Management Bus)
- два вектора прерывания, генерируются при успешной передаче и при возникновении ошибки
- фильтр для борьбы с шумами
- может работать в режиме Master или Slave
- генерирует тактирующий сигнал
- генерирует START и STOP
- можно программировать основной и альтернативный адрес на который он будет отзываться
- определяет STOP
По умолчанию модуль находится в режиме Slave
, но он автоматически переключается в режим Master
после генерации состояния START
.
Принципиальное отличие между Master и Slave, в том, что Master
генерирует тактовый сигнал и всегда инициирует передачу данных и заканчивает её
. Slave
же, откликается на свой адрес и широковещательный
, при чем отклик на широковещательный адрес можно отключить. Также Slave
генерирует состояние
ACK
, но его тоже можно отключить.
Такое подробное разъяснение необходимо потому, что в обоих режимах устройство может выступать как передатчиком, так и приемником.
- Slave transmitter
- Slave receiver
- Master transmitter
- Master receiver
Ниже показана структура модуля I2C.
Регистр управления I2C_CR1:
SWRST (Software reset) - единица в этом бите сбрасывает значение всех регистров модуля в дефолтное стояние, может использоваться для сброса при возникновении ошибки.
ALERT (SMBus alert) - установка единицы в этот бит разрешает генерировать сигнал alert в режиме SMBus .
PEC (Packet error checking) - управление этим битом производится программно, но он может быть сброшен аппаратно когда передается PEC, START, STOP или PE=0. Единица в этом бите разрешает передачу CRC .
POS (Acknowledge/PEC Position (for data reception)) - состояние этого бита определяет положение ACK /PEC в двух байтовой конфигурации в режиме Master.
ACK (Acknowledge enable) - единица в этом бите разрешает отправлять ACK /NACK после приема байта адреса или данных.
STOP (Stop generation) - установка единицы в этот бит генерирует сигнал STOP в режиме Master.
START (Start generation) - установка единицы в этот бит генерирует состояние START в режиме Master,
NOSTRETCH (Clock stretching disable (Slave mode)) - если на обработку данных требуется время Slave может остановить передачу мастера, прижав линию SCL к земле, Master будет ждать и не будет ни чего слать, пока линия не будет отпущена. Ноль в этом бите прижимает SCL к земле.
ENGC (General call enable) - если в этом бите установлена единица, модуль отвечает ACK ом на широковещательный адрес 0х00.
ENPEC (PEC enable) - установка единицы в этот бит включает аппаратный подсчет CRC .
ENARP (ARP enable) - установка единицы в этот бит включает ARP .
SMBTYPE (SMBus type) - если в этом бите установлен ноль модуль работает в режиме Slave, если единица в режиме Master.
SMBUS (SMBus mode) - если в этом бите установлен ноль модуль работает в режиме I2C , если единица SMBus .
PE (Peripheral enable) - единица в этом бите включает модуль.
Регистр управления I2C_CR2:
LAST (DMA last transfer) - единица в этом бите разрешает DMA генерировать сигнал окончания передачи EOT (End of Transfer).
DMAEN (DMA requests enable) - единица в этом бите разрешает делать запрос к DMA при установке флагов TxE или RxNE .
ITBUFEN (Buffer interrupt enable) - если этот бит сброшен, разрешены все прерывания, кроме прерываний по приему и передаче.
ITEVTEN (Event interrupt enable) - единица в этом бите разрешает прерывания по событию.
ITERREN (Error interrupt enable) - единица в этом бите разрешает прерывания при возникновении ошибок.
FREQ (Peripheral clock frequency) - в это битовое битовое поле необходимо записать частоту тактирования модуля, она может принимать значение от 2 до 50.
Регистр I2C_OAR1:
ADDMODE (Addressing mode) - этот бит определяет размер адреса Slave, ноль соответствует размеру адреса 7 бит, единица - 10 бит.
ADD (Interface address) - старшие биты адреса, в случае если адрес 10-битный.
ADD (Interface address) - адрес устройства.
ADD0 (Interface address) - младший бит адреса, в случае если адрес 10-битный..
Регистр I2C_OAR2:
ADD2 - альтернативный адрес на который будет отзываться Slave.
ENDUAL (Dual addressing mode enable) - единица в этом бите разрешает Slave отзываться на альтернативный адрес в 7-битном режиме.
I2C_DR - регистр данных, для отправки данных пишем в регистр DR , для приёма читаем его же.
Регистр статуса I2C_SR1:
SMBALERT (SMBus alert) - возникает в случае alert в шине SMBus .
TIMEOUT (Timeout or Tlow error) - возникает если линия SCL прижата к земле. Для master 10mS, для slave 25mS.
PECERR (PEC Error in reception) - возникает при ошибке PEC при приеме.
OVR (Overrun/Underrun) - возникает при переполнении данных.
AF (Acknowledge failure) - устанавливается при получении сигнала NACK . Для сброса нужно записать 0.
ARLO (Arbitration lost (master mode)) - устанавливается при потере арбитража. Для сброса нужно записать 0.
BERR (Bus error) - ошибка шины. Устанавливается в случае возникновения сигнала START или STOP в неправильный момент.
TxE (Data register empty (transmitters)) - устанавливается при опустошении регистра DR, а точнее когда данные из него были перемещены в сдвиговый регистр.
RxNE (Data register not empty (receivers)) - устанавливается при приеме байта данных, кроме адреса.
STOPF (Stop detection (slave mode)) - при работе в режиме slave устанавливается при обнаружении сигнала STOP , если перед этим был сигнал ACK. Для сброса необходимо прочитать SR1 и произвести запись в CR1 .
ADD10 (10-bit header sent (Master mode)) - устанавливается при отправке первого байта 10-битного адреса.
BTF (Byte transfer finished) - флаг устанавливается по окончании приема/передачи байта, работает только при NOSTRETCH равном нулю.
ADDR (Address sent (master mode)/matched (slave mode)) - в режиме master устанавливается после передачи адреса, в режиме slave устанавливается при совпадении адреса. Для сброса нужно прочитать регистр SR1, а затем SR2.
SB (Start bit (Master mode)) - устанавливается при возникновении сигнала START. Для сброса флага необходимо прочитать SR1 и записать данные в регистр DR .
Регистр статуса I2C_SR2:
PEC (Packet error checking register) - в это битовое поле записывается контрольная сумма кадра.
DUALF (Dual flag (Slave mode)) - ноль в этом бите говорит о том, что адрес который принял Slave соответствует OAR1 , иначе OAR2 .
SMBHOST (SMBus host header (Slave mode)) - устанавливается, когда принят заголовок SMBus Host .
SMBDEFAULT
(SMBus device default address (Slave mode)) - устанавливается, если принят адрес по умолчанию
для SMBus
-устройства.
GENCALL (General call address (Slave mode)) - устанавливается, если принят широковещательный адрес в режиме ведомого.
TRA (Transmitter/receiver) - единица в этом бите говорит о том, что модуль работает как передатчик, иначе приемник.
BUSY (Bus busy) - флаг занятости.
MSL (Master/slave) - единица в этом бите говорит о том, что модуль работает в режиме Master, иначе Slave.
Регистр управления частотой I2C_CCR:
F/S (I2C master mode selection) - при установке единицы в этот бит модуль работает в режиме FAST , иначе STANDART .
DUTY (Fm mode duty cycle) - этот бит задает скважность сигнала SCL в режиме FAST . Если установлен ноль tlow/thigh = 2, иначе tlow/thigh = 16/9.
CCR (Clock control register in Fm/Sm mode (Master mode)) - при работе в режиме Master задает тактовую частоту линии SCL.
Sm mode or SMBus
:
Thigh = CCR * TPCLK1
Tlow = CCR * TPCLK1
Fm mode
:
If DUTY = 0:
Thigh = CCR * TPCLK1
Tlow = 2 * CCR * TPCLK1
If DUTY = 1: (to reach 400 kHz)
Thigh = 9 * CCR * TPCLK1
Tlow = 16 * CCR * TPCLK1
Получаем для режима SM
следующее:
CCR * TPCLK1 + CCR * TPCLK1 = 10 000ns
CCR = 10 000/(2* TPCLK1)
Регистр I2C_TRISE:
TRISE
- определяет время нарастания фронта. Рассчитывается по формуле (Tr max/TPCLK1)+1
,
где Tr max
для SM
составляет 1000nS
, а для FM 300nS
,
а TPCLK1
- период который рассчитывается как 1/F
(APB1).
Регистр управления фильтрами I2C_FLTR:
ANOFF (Analog noise filter OFF) - ноль в этом бите включает аналоговый фильтр.
DNF (Digital noise filter) - битовое поле для настройки цифрового фильтра. За подробностями нужно обратиться к документации.
Инициализация модуля из рабочего проекта.
void I2C2_Init(void)
{
/*
SDL -> PB10
SDA -> PB11
RST -> PE15
*/
//включаем тактирование портов и модуля I2C
RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOBEN | RCC_AHB1ENR_GPIOEEN;
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C2EN;
//альтернативная ф-ция, выход с открытым стоком, 2 MHz
GPIOB->AFR |= (0x04<<2*4);
GPIOB->AFR |= (0x04<<3*4);
GPIOB->MODER |= GPIO_MODER_MODER10_1;
GPIOB->OTYPER |= GPIO_OTYPER_OT_10;
GPIOB->OSPEEDR &= ~GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR10;
GPIOB->MODER |= GPIO_MODER_MODER11_1;
GPIOB->OTYPER |= GPIO_OTYPER_OT_11;
GPIOB->OSPEEDR &= ~GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR11;
//PE15 двухтактный выход 50MHz
GPIOE->MODER |= GPIO_MODER_MODER15_0;
GPIOE->OSPEEDR |= GPIO_OSPEEDER_OSPEEDR15;
AU_RST_HIGH
//настраиваем модуль в режим I2C
I2C2->CR1 &= ~2C_CR1_SMBUS;
//указываем частоту тактирования модуля
I2C2->CR2 &= ~I2C_CR2_FREQ;
I2C2->CR2 |= 42; // Fclk1=168/4=42MHz
//конфигурируем I2C, standart mode, 100 KHz duty cycle 1/2
I2C2->CCR &= ~(I2C_CCR_FS | I2C_CCR_DUTY);
//задаем частоту работы модуля SCL по формуле 10 000nS/(2* TPCLK1)
I2C2->CCR |= 208; //10 000ns/48ns = 208
//Standart_Mode = 1000nS, Fast_Mode = 300nS, 1/42MHz = 24nS
I2C2->TRISE = 42; //(1000nS/24nS)+1
//включаем модуль
I2C2->CR1 |= I2C_CR1_PE;
}
void I2C_Write(uint8_t reg_addr, uint8_t data)
{
//стартуем
I2C2->CR1 |= I2C_CR1_START;
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_SB)){};
(void) I2C2->SR1;
//передаем адрес устройства
I2C2->DR = I2C_ADDRESS(ADDR,I2C_MODE_WRITE);
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_ADDR)){};
(void) I2C2->SR1;
(void) I2C2->SR2;
//передаем адрес регистра
I2C2->DR = reg_addr;
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_TXE)){};
//пишем данные
I2C2->DR = data;
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_BTF)){};
I2C2->CR1 |= I2C_CR1_STOP;
}
uint8_t I2C_Read(uint8_t reg_addr)
{
uint8_t data;
//стартуем
I2C2->CR1 |= I2C_CR1_START;
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_SB)){};
(void) I2C2->SR1;
//передаем адрес устройства
I2C2->DR = I2C_ADDRESS(ADR,I2C_MODE_WRITE);
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_ADDR)){};
(void) I2C2->SR1;
(void) I2C2->SR2;
//передаем адрес регистра
I2C2->DR = reg_addr;
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_TXE)){};
I2C2->CR1 |= I2C_CR1_STOP;
//рестарт!!!
I2C2->CR1 |= I2C_CR1_START;
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_SB)){};
(void) I2C2->SR1;
//передаем адрес устройства, но теперь для чтения
I2C2->DR = I2C_ADDRESS(ADR,I2C_MODE_READ);
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_ADDR)){};
(void) I2C2->SR1;
(void) I2C2->SR2;
//читаем
I2C2->CR1 &= ~I2C_CR1_ACK;
while(!(I2C2->SR1 & I2C_SR1_RXNE)){};
data = I2C2->DR;
I2C2->CR1 |= I2C_CR1_STOP;
return data;
}