gk_2021_01_Aula07-twi.pdf
- 1. Comunicação Serial Síncrona Microcontroladores 2 EL08D Turma M12 Prof. Gabriel Kovalhuk E-mail: kovalhuk@utfpr.edu.br Site: http://paginapessoal.utfpr.edu.br/kovalhuk EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1
- 2. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Comunicação Serial Síncrona (SPI e TWI)
- 3. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 I2C (Inter Inter Circuit) ou TWI (Two Wire Interface) • É uma arquitetura Mestre-Escravo (Master-Slave); • permite a comunicação entre um dispositivo mestre e vários dispositivos escravo; • A comunicação é sempre half-duplex, ou seja, apenas um dispositivo pode transmitir a cada instante; • O barramento da interface TWI é composta de apenas dois sinais: SDA (dados) e SCL(clock).
- 4. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 I2C (Inter Inter Circuit) ou TWI (Two Wire Interface) • Estes dois sinais trafegam em dois fios onde existe um resistor de pull-up para cada sinal. • Isto garante que os sinais estarão sempre em nível lógico alto quando não houver comunicação.
- 5. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 • Para identificar com qual escravo o mestre vai se comunicar, existe no frame de comunicação um campo de endereço de 7 bits; • Porém, apenas 112 escravos podem ser usados, existem 16 endereços reservados; • Cada tipo de dispositivo escravo possui um endereço próprio, definido no processo de fabricação; • Muitos dispositivos possuem um endereço base fixo e alguns bits para modificar este endereço base; SDA P0 SCL P1 P2 INT P3 P4 A2 P5 A1 P6 A0 A7 PCF8574 Pinos de Entrada e Saída Pinos de Comunicação Pino de Interrupção Pinos de Definição do Endereço • No PCF8574 o endereço base é 0x20. Cada CI pode ser configurado para ter um endereço entre 0x20 e 0x27, através dos pinos A2:0. • No PCF8574A 0 endereço base é 0x38.
- 6. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 • Exemplo: SDA P0 SCL P1 P2 INT P3 P4 A2 P5 A1 P6 A0 A7 PCF8574A +Vcc End: 0x39 SDA P0 SCL P1 P2 INT P3 P4 A2 P5 A1 P6 A0 A7 PCF8574 +Vcc End: 0x21 SDA P0 SCL P1 P2 INT P3 P4 A2 P5 A1 P6 A0 A7 PCF8574 End: 0x20 +Vcc SDA SCL ATMEGA328 +Vcc 2 x 4k7W 8 x 10kW 8 x 470W
- 7. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Exemplos de dispositivos com interface TWI • DS1307: relógio de tempo real; • PCA8565A: : relógio de tempo real; • AD5241/AD5242: potenciômetro digital; • 24Cxx: memória EEPRM; • LM73: sensor de temperatura;
- 8. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Funcionamento da interface TWI • A comunicação sempre é iniciada e finalizada pelo mestre; • O mestre é responsável por gerar o sinal de clock e enviar o endereço para identificar o escravo; • Para iniciar a comunicação, o mestre coloca a linha SDA em nível baixo e, logo em seguida, ativa o clock (SCL) • Após iniciar a comunicação, o mestre envia os 7 bits do endereço e um oitavo bit indicando a operação a ser realizada (leitura ou escrita);
- 9. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Funcionamento da interface TWI • Após enviar o endereço e a operação, o mestre espera um retorno do escravo; • Se existir um escravo com o endereço enviado pelo mestre, este escravo envia um bit em nível baixo para o mestre. Isto é chamado de ACK (acknolegment); • Se não existir um escravo com o endereço enviado pelo mestre, a linha SDA ficará em nível lógico alto (isto é chamado de NACK – not acknolegment) e o mestre saberá que o escravo não existe;
- 10. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Funcionamento da interface TWI • Após o mestre receber o ACK do escravo, o dado é transmitido, conforme a operação: • se for escrita (bit=0), o mestre envia os 8 bits de dados para o escravo; • se for leitura (bit=1) o escravo envia os 8 bits de dados para o mestre; • Ao final dos 8 bits, um nono bit é enviado sinalizando com um sinal de ACK, se tiver mais dados a serem transmitidos ou um sinal de NACK avisando que a comunicação terminou; • Por fim, o mestre mantém a linha em nível baixo por mais um período de clock encerrando a comunicação.
- 11. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Funcionamento da interface TWI
- 12. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Características da interface TWI no ATMEGA328 • Pode ser configurado como mestre ou como escravo; • Se for escravo, permite configurar o endereço do escravo; • O reconhecimento do endereço, quando configurado como escravo, faz com que a CPU saia do modo de baixo consumo; • suporta o modo multi-mestre com arbitragem de uso do barramento; • permite transferências numa taxa de até 400kHz; • compatível com o protocolo I2C da Philips;
- 13. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Características da interface TWI no ATMEGA328 • Diagrama em blocos da interface TWi no ATMEGA328: Fonte ATEMEGA328 Datasheet
- 14. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Registradores da interface TWI • Bit 7:0 – TWBR7:0 (TWI Baud Rate): Seleciona o fator de divisão do gerador de taxa de transmissão (gerador do SCL). • Bit 7:0: É o registrador de dados da interface TWI. TWBR – TWI Bit Rate Register: BIT 7 6 5 4 3 2 1 0 function Read/Write R/W R/W R/W R/W R/W R/W R;W R/W Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0 TWDR – TWI Data Register: BIT 7 6 5 4 3 2 1 0 function MSB LSB Read/Write R/W R/W R/W R/W R/W R/W R;W R/W Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
- 15. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Registradores da interface TWI • Bit 7:0: Define o endereço, quando configurado como escravo. TWAR – TWI Address Register: BIT 7 6 5 4 3 2 1 0 function MSB LSB Read/Write R/W R/W R/W R/W R/W R/W R;W R/W Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
- 16. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Registradores da interface TWI • Bit 7 – TWINT (TWI Interrupt Flag): este bit é setado por hardware quando uma tarefa é terminada. Se o bit TWIE do registrador TWCR e o bit I do registrador SREG estiverem setados, o programa é desviado para a função de interrupção (ISR) do TWI. Este bit deve ser zerado por software, escrevendo 1 nele, mesmo que seja usada uma função de interrupção. • Bit 6 – TWEA (TWI Enable Ackoledge): este bit, quando setado permite a geração do pulso de ACK; TWCR – TWI Control Register: BIT 7 6 5 4 3 2 1 0 function TWINT TWEA TWSTA TWSTO TWWC TWEN - TWIE Read/Write R R R R R R R R/W Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0
- 17. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 • Bit 5 – TWSTA (TWI Start Condition Bit): este bit deve ser setado, na condição de master para iniciar o processo de comunicação, ou seja, para gerar o start-bit. O circuito verifica se o barramento está livre. Caso não esteja, fica esperando até que ocorra uma condição de STOP. Este bit deve ser resetado depois que a condição de START tiver sido transmitida; • Bit 4 – TWSTO (TWI Stop Condition Bit): este bit deve ser setado, no modo mestre para gerara condição de stop no barramento e é automaticamente resetado após esta condição estiver terminada; • Bit 3 – TWWC (TWI Write Collision Flag): este bit é setado quando se tenta escrever no registrador TWDR quando o bit TWINT=0 e é resetado quando se escreve no registrador TWDR quando o bit TWINT=1; • Bit 2 – TWEN (TWI Enable): este bit, quando setado, habilita a interface TWI. Isto reconfigura os pinos SDA (PC4) e SCL (PC5) para assumir as funções da interface TWI; • Bit 0 – TWIE (TWI Interrupr Enable): este bit, quando setado, habilita a interrupção da interface TWI;
- 18. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 Registradores da interface TWI • Bit 7:3 – TWS7:3 (TWI Status): estes bits contém os códigos de status da interface TWI. Estes códigos podem ser vistos no datasheet do ATMEGA328P. • Bit 1:0 – TWPS1:0 (TWI Prescaler Select): selecionam a taxa de transferência de dados conforme a tabela: TWSR – TWI Status Register: BIT 7 6 5 4 3 2 1 0 function TWS7 TWS6 TWS5 TWS4 TWS3 - TWPS1 TWPS0 Read/Write R R R R R R R/w R/W Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0 TWPS1 TWPS0 Prescaler 0 0 1 0 1 4 1 0 16 1 1 64
- 19. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 EXEMPLO: Realizar a comunicação TWI com o CI PCF8574:
- 20. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 EXEMPLO: #define F_CPU 16000000UL #define F_SCL 100000L #include <avr/io.h> #include <util/delay.h> #define SDA DDC4 #define SCL DDC5 #define TWI_START (1<<TWINT)+(1<<TWSTA)+(1<<TWEN) #define TWI_STOP (1<<TWINT)+(1<<TWSTO)+(1<<TWEN) #define TWI_ACK (1<<TWINT)+(1<<TWEA)+(1<<TWEN) #define TWI_NACK (1<<TWINT)+(1<<TWEN) #define TWI_SEND (1<<TWINT)+(1<<TWEN) #define TWI_RDY (TWCR & (1<<TWINT)) #define TWI_STATUS (TWSR & 0xF8) #define START_ANSW 0x08 #define MT_SLA_ACK 0x18 #define MT_DATA_ACK 0x28 #define TW_REP_START 0x10 #define TWI_READ 1 #define TWI_WRITE 0
- 21. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 void twi_init() { TWSR=0; // configura divisor de freq. para 1. TWBR = ((F_CPU/F_SCL)-16)/2; // define a frequencia do TWI } uint8_t twi_start() { TWCR=TWI_START; while(!TWI_RDY); if(TWI_STATUS != START_ANSW) return 1; return 0; } void twi_stop() { TWCR = TWI_STOP; while(TWCR & (1<<TWSTO)); }
- 22. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 uint8_t twi_slaveaddr(uint8_t addr, uint8_t rw) // addr = endereco do dispositivo slave // rw = operacao: 0=escrita, 1=leitura { TWDR = (addr<<1)+rw; TWCR = TWI_SEND; while(!TWI_RDY); if(TWI_STATUS != MT_SLA_ACK) return 1; return 0; } uint8_t twisendData(uint8_t dado) { TWDR = dado; TWCR = TWI_SEND; while(!TWI_RDY); if(TWI_STATUS != MT_DATA_ACK) return 1; return 0; }
- 23. Comunicação Serial Síncrona EL08D – Microcontroladores 2 Prof. Gabriel Kovalhuk 2020/1 uint8_t twi_getNack() { TWCR = TWI_NACK; while(!TWI_RDY); return TWDR; } int main(void) { uint8_t dado=0x01, dd = 1; DDRC = (1<<SDA) + (1<<SCL); twi_init(); while (1) { twi_start(); twi_slaveaddr(0x20, TWI_WRITE); twisendData(dado); twi_stop(); if(dado == 0x80) dd = -1; if(dado == 0x01) dd = 1; dado = (dd == 1)? dado * 2: dado / 2; _delay_ms(500); }}