Программируем Arduino. Основы работы со скетчами - Монк Саймон

Чтобы задействовать библиотеку Wire, ее сначала нужно подключить командой

#include <Wire.h>

Инициализация I2C

В большинстве случаев плата Arduino играет роль ведущего устройства на любой шине I2C. Чтобы инициализировать Arduino как ведущее устройство, нужно выполнить команду begin в функции setup, как показано далее:

void setup()

{

  Wire.begin();

}

Обратите внимание: поскольку в данном случае плата Arduino действует как ведущее устройство, ей не нужно присваивать адрес. Если бы плата настраивалась на работу в режиме ведомого устройства, нам пришлось бы присвоить адрес в диапазоне от 0 до 127, передав его как параметр, чтобы уникально идентифицировать плату на шине I2C.

Отправка данных ведущим устройством

Чтобы отправить данные устройству на шине I2C, сначала нужно выполнить функцию beginTransmission и передать ей адрес устройства-получателя:

Wire.beginTransmission(4);

Отправка данных устройствам на шине I2C может производиться побайтно или целыми массивами типа char, как показано в следующих двух примерах:

Wire.send(123); // передача байта со значением 123

Wire.send("ABC"); // передача строки символов "ABC"

По окончании передачи должна вызываться функция endTransmission:

Wire.endTransmission();

Прием данных ведущим устройством

Чтобы принять данные от ведомого устройства, сначала нужно указать количество ожидаемых байтов вызовом функции requestFrom:

Wire.requestFrom(4, 6); // запросить 6 байт у устройства с адресом 4

В первом аргументе этой функции передается адрес ведомого устройства, от которого ведущее устройство желает получить данные, а во втором аргументе — количество байтов, которое ожидается получить. Ведомое устройство может передать меньшее количество байтов, поэтому, чтобы определить, были ли получены данные и сколько байтов действительно получено, необходимо использовать функцию available. Следующий пример (взят из пакета примеров, входящих в состав библиотеки Wire) демонстрирует, как ведущее устройство принимает все полученные данные и выводит их в монитор последовательного порта:

#include <Wire.h>

void setup() {

  Wire.begin();        // подключиться к шине i2c (для ведущего

                       // устройства адрес не указывается)

  Serial.begin(9600);  // инициализировать монитор последовательного порта

}

void loop() {

  Wire.requestFrom(8, 6);    // запросить 6 байт у ведомого устройства #8

  while (Wire.available()) { // ведомое устройство может прислать меньше

    char c = Wire.read();    // принять байт как символ

    Serial.print(c);         // вывести символ

  }

  delay(500);

}

Библиотека Wire автоматически буферизует входящие данные.

Примеры использования I2C

Любое устройство I2C должно иметь сопроводительное техническое описание, где перечисляются поддерживаемые им сообщения. Такие описания необходимы, чтобы конструировать сообщения для отправки ведомым устройствам и интерпретировать их ответы. Однако для многих устройств I2C, которые можно подключить к плате Arduino, существуют специализированные библиотеки, обертывающие сообщения I2C в простые и удобные функции. Фактически, если вам придется работать с каким-то устройством, для которого отсутствует специализированная библиотека, опубликуйте собственную библиотеку для всеобщего использования и заработайте себе несколько очков в карму.

Даже если полноценная библиотека поддержки того или иного устройства отсутствует, часто в Интернете можно найти полезные фрагменты кода, демонстрирующие работу с устройством.

УКВ-радиоприемник TEA5767

В первом примере, демонстрирующем взаимодействие с устройством I2C, библиотека не используется. Здесь осуществляется обмен фактическими сообщениями между Arduino и модулем TEA5767. Данный модуль можно купить в Интернете очень недорого, он легко подключается к плате Arduino и используется как УКВ-приемник, управляемый Arduino.

Самый сложный этап — подключение устройства. Контактные площадки очень маленькие и расположены очень близко друг к другу, поэтому многие предпочитают смастерить или купить адаптер для подключения к плате.

На рис. 7.5 изображена схема подключения модуля к Arduino.

Рис. 7.5. Подключение модуля TEA5767 к плате Arduino Uno через интерфейс I2C

Техническое описание модуля TEA5767 можно найти по адресу www.sparkfun.com/datasheets/Wireless/General/TEA5767.pdf. Описание содержит массу технической информации, но, если пробежать взглядом по документу, можно заметить раздел с подробным описанием сообщений, распознаваемых устройством. В документации указывается, что TEA5767 принимает сообщения длиной 5 байт. Далее приводится полностью работоспособный пример, выполняющий настройку частоты сразу после запуска. На практике же обычно требуется несколько иной механизм настройки, например на основе кнопок и жидкокристаллического дисплея.

// sketch_07_01_I2C_TEA5767

#include <Wire.h>

void setup()

{

  Wire.begin();

  setFrequency(93.0); // МГц

}

void loop()

{

}

void setFrequency(float frequency)

{

  unsigned int frequencyB = 4 * (frequency * 1000000 + 225000) / 32768;

  byte frequencyH = frequencyB >> 8;

  byte frequencyL = frequencyB & 0XFF;

  Wire.beginTransmission(0x60);

  Wire.write(frequencyH);

  Wire.write(frequencyL);

  Wire.write(0xB0);

  Wire.write(0x10);

  Wire.write(0x00);

  Wire.endTransmission();

  delay(100);

}

Весь код, представляющий для нас интерес в этом примере, находится в функции setFrequency. Она принимает вещественное число — частоту в мегагерцах. То есть, если вы пожелаете собрать и опробовать этот проект, узнайте частоту, на которой вещает местная радиостанция с хорошим сильным сигналом, и вставьте ее значение в вызов setFrequency в функции setup.

Чтобы преобразовать вещественное значение частоты в двухбайтное представление, которое можно послать в составе пятибайтного сообщения, нужно выполнить некоторые арифметические операции. Эти операции выполняет следующий фрагмент:

unsigned int frequencyB = 4 * (frequency * 1000000 + 225000) / 32768;

byte frequencyH = frequencyB >> 8;

byte frequencyL = frequencyB & 0XFF;

Команда >> сдвигает биты вправо, то есть операция >> 8 сдвинет старшие 8 бит в сторону младших на 8 двоичных разрядов. Оператор & выполняет поразрядную операцию И (AND), которая в данном случае сбросит старшие 8 бит и оставит только младшие. Более полное обсуждение операций с битами вы найдете в главе 9.

Остальной код в функции setFrequency инициализирует передачу сообщения I2C ведомому устройству с адресом 0x60, который закреплен за приемником TEA5767. Затем осуществляется последовательная передача 5 байт, начиная с 2 байт частоты.

Прочитав документацию, вы узнаете о множестве других возможностей, доступных посредством разных сообщений, например о сканировании диапазона, выключении одного или двух каналов вывода звука и выборе режима моно/стерео.

В приложении мы еще вернемся к этому примеру и создадим библиотеку для Arduino, чтобы упростить работу с модулем TEA5767.

Взаимодействие между двумя платами Arduino

Во втором примере используются две платы Arduino, одна действует как ведущее устройство I2C, а другая — как ведомое. Ведущее устройство будет посылать сообщения ведомому, которое, в свою очередь, будет выводить их в монитор последовательного порта, чтобы можно было наглядно убедиться, что схема работает.