In diesem Artikel folgen einige Programmbeispiele um das TWI-Hardwaremodul der AVRs zu verwenden. Näheres zu TWI und I2C finden sich in den entsprechenden Artikeln. Die Beispiele sind zwar in Bascom Basic verfasst, aber so ausgeführt, das es möglich sein sollte das Prinzip mit jeder anderen Sprache nachvollziehen zu können.
Inhaltsverzeichnis
Übertragungsarten
Bei TWI gibt es die folgenden Übertragungsarten
- Master Transmitter (nur Senden)
- Master Receiver (nur Empfangen)
- Slave Transmitter (auf Abruf Senden)
- Slave Receiver (nur Empfangen)
Abhängig von der Anwendung kann der AVR alle Arten der Übertragung im gleichen Programm ausführen.
Master
Ist der AVR Master, bestimmt er was und wie schnell es auf dem I2C-Bus zugeht. (Ausnahme: Clock_Stretching )
Zur Bestimmung der Bus-Geschwindigkeit ist der Bit Rate Generator zuständig. Mit der Formel auf der Bit Rate Generator Seite müssen sie den Wert für das Register TWBR berechnen
| Tipp: | In diesem Artikel werden die Register des AVR direkt angesprochen, dies soll nur als Beispiel dienen, um zu sehen wie zum Thema TWI das bei einem AVR aussieht ! Wer mit Bascom progammiert, verwendet am besten die i2c_twi.lib und die vorgegebenen Bascom-I2C-Befehle um das Programm übersichtlich zu halten. Siehe Artikel Bascom_I2C_Master. |
In den Beispielen wird als Master das Board RN-Control mit einem Mega32, und als Slave ein PCF8574, da sich dieser leicht ansteuern lässt.
Transmitter
- Nur Senden
Der Master sendet einem Slave ein (oder mehrere) Byte, und schliesst die Übertragung anschliessend ab.
Das Gegenstück wäre Slave Receiver.
Beispielprogramm sendet ein Byte zum Slave mit Adresse 64 (0x40 bzw. &H40):
' TWI Testprogramm
' mit PCF8574 @ &H40
'
' TWI ohne Interrupt
' ein Byte senden
$regfile = "M32def.dat" ' the used chip
$crystal = 16000000 ' frequency used
$baud = 9600 ' baud rate
Declare Sub Twi_send_byte(byval slave As Byte , Zeichen As Byte)
Dim Twi_control As Byte ' Controlregister lokale kopie
Dim Twi_status As Byte
Dim Twi_data As Byte
Dim B As Byte ' Zeichen von UART
Dim Error As Byte ' Fehlermerker
' TWI init
Twcr = &B00000100 ' erstmal nur TWI aktivieren
Twsr = 0 ' Status und Prescaler Register
Twbr = 72 ' Bit Rate Register, 100kHz
' Startausgabe
Print "TWI Master Transmitter"
' Hauptschleife
Do
' hier könnte ihr Code stehen
' warten bis etwas über UART kommt
Input B
' Den Wert zum Slave senden
Call Twi_send_byte(&H40 , B)
' Ausgabe, damit wir sehen was geschehen ist
Print B ;
Print " Error : " ;
Print Hex(error) ' error status Ausgeben
Loop
End
' Unterprogramme
' TWI send_byte
' sendet ein Byte und schliesst die Übertragung ab
Sub Twi_send_byte(byval slave As Byte , Zeichen As Byte)
Error = 0 ' Fehler zurücksetzen
' Startbedingung
Twcr = &B10100100 ' TWINT
' warten bis TWINT gesetzt ist
Gosub Twi_wait_int
' wenn Zugriff auf den Bus erlaubt, Slaveadresse ausgeben
If Twi_status = &H08 Or Twi_status = &H10 Then
Twdr = Slave And &HFE ' slave adresse + Write
Twcr = &B10000100 ' TWINT löschen, Byte senden
' warten bis TWINT gesetzt ist
Gosub Twi_wait_int
' Slave hat sich gemeldet
If Twi_status = &H18 Or Twi_status = &H20 Then
Twdr = Zeichen ' Daten
Twcr = &B10000100 ' TWINT löschen, Byte senden
' warten bis TWINT gesetzt ist
Gosub Twi_wait_int
' Zeichen wurden gesendet
If Twi_status = &H28 Or Twi_status = &H30 Then
Error = 0 ' kein Fehler
Else
Error = Twi_status ' Fehler
End If
Else
' kein slave
Error = Twi_status ' Fehler
End If
' STOPbedingung kommt hier immer im Ablauf, egal welcher Status
Twcr = &B10010100 ' TWINT löschen, STOP senden
' nach einem STOP wird TWINT nicht mehr gesetzt,
' man darf/kann also nicht darauf warten !
Else
' Bus belegt, wird er wieder freigegeben
Twcr = &B10000100 ' TWINT löschen, Bus freigeben
Error = Twi_status ' Fehler
End If
End Sub
' warten bis TWINT gesetzt ist, status auslesen
Twi_wait_int:
Do
Twi_control = Twcr And &H80
Loop Until Twi_control = &H80
Twi_status = Twsr And &HF8 ' status
' status nur zu Debugzwecken ausgeben, weil Bus sehr langsam wird !
' Print "Err " ; Hex(twi_status)
Return
Receiver
- Nur Empfangen
Der Master holt von einem Slave ein (oder mehrere) Byte, und schliesst die Übertragung anschliessend ab.
Das Gegenstück wäre Slave Transmitter.
Beispielprogramm holt ein Byte vom Slave mit Adresse 64 (0x40 bzw. &H40):
' TWI Testprogramm
' mit PCF8574 @ &H40
'
' TWI ohne Interrupt
' ein Byte lesen
$regfile = "M32def.dat" ' the used chip
$crystal = 16000000 ' frequency used
$baud = 9600 ' baud rate
Declare Function Twi_read_byte(byval Slave As Byte) As Byte
Dim Twi_control As Byte ' Controlregister lokale kopie
Dim Twi_status As Byte
Dim Twi_data As Byte
Dim B As Byte ' Zeichen von UART
Dim X As Byte ' Zeichen von TWI
Dim Error As Byte ' Fehlermerker
' TWI Init
Twcr = &B00000100 ' erstmal nur TWI aktivieren
Twsr = 0 ' Status und Prescaler Register
Twbr = 72 ' Bit Rate Register, 100kHz
' Startausgabe
Print "TWI Master Receiver"
' Hauptschleife
Do
' hier könnte ihr Code stehen
' warten bis etwas über UART kommt (egal welcher Wert, wird nur als Startbutton genutzt)
Input B
' ein Byte vom Slave holen
X = Twi_read_byte(&H40)
' Ausgabe, damit wir sehen was geschehen ist
Print X ;
Print " Error : " ;
Print Hex(error) ' error status Ausgeben
Loop
End
' Unterprogramme
' TWI read_byte
' holt ein Byte und schliesst die Übertragung ab
Function Twi_read_byte(slave As Byte) As Byte
Error = 0 ' Fehler zurücksetzen
Twi_read_byte = 0 ' Wert vorbelegen
' Startbedingung
Twcr = &B10100100 ' TWINT
' warten bis TWINT gesetzt ist
Gosub Twi_wait_int
' wenn Zugriff auf den Bus erlaubt, Slaveadresse ausgeben
If Twi_status = &H08 Or Twi_status = &H10 Then
Twdr = Slave Or &H01 ' slave adresse + Read
Twcr = &B10000100 ' TWINT löschen, Byte senden
' warten bis TWINT gesetzt ist
Gosub Twi_wait_int
' Slave hat sich gemeldet
If Twi_status = &H40 Then
Twcr = &B10000100 ' TWINT löschen, Byte senden
' kein ACK (TWEA = 0) senden, weil wir nur ein Byte lesen wollen
' warten bis TWINT gesetzt ist
Gosub Twi_wait_int
' ein Byte wurde empfangen
If Twi_status = &H58 Or Twi_status = &H50 Then
Twi_read_byte = Twdr ' Daten lesen
Error = 0 ' kein Fehler
Else
Error = Twi_status ' Fehler
End If
Else
' kein slave
Error = Twi_status ' Fehler
End If
' STOPbedingung kommt hier immer im Ablauf, egal welcher Status
Twcr = &B10010100 ' TWINT löschen, STOP senden
' nach einem STOP wird TWINT nicht mehr gesetzt,
' man darf/kann also nicht darauf warten !
Else
' Bus belegt, wird er wieder freigegeben
Twcr = &B10000100 ' TWINT löschen, Bus freigeben
Error = Twi_status ' Fehler
End If
End Function
' warten bis TWINT gesetzt ist, status auslesen
Twi_wait_int:
Do
Twi_control = Twcr And &H80
Loop Until Twi_control = &H80
Twi_status = Twsr And &HF8 ' status
' status nur zu Debugzwecken ausgeben, weil Bus sehr langsam wird !
' Print "Err " ; Hex(twi_status)
Return
Transmit und Receive
- Senden und Empfangen
Der Master (Mega8) stößt die Temperaturmessung des DS1621 an, liest die Temperatur aus, sendet den Temperaturwert anschließend an einen PCF8574 zur Anzeige an dessen LEDs.
Zur Kontrolle werden die Daten auch per UART übertragen und an den LEDs des RN-Meaga8 angezeigt.
Während der Übertragung wird die Busgeschwindigkeit geändert, da der DS1621 mit 400kHz kommunizieren kann, der PCF8574 nur mit 100kHz.
Dieses Programm wird auch zum testen im Artikel Bascom und USI-Kommunikation verwendet, dort ist dann ein ATTiny2313 einer der Slaves.
Beispielprogramm holt Daten vom Slave mit Adresse 144 (0x90 bzw. &H90):
' TWI Testprogramm
' mit DS1621 @ &H90
' mit PCF8574 @ &H40
'
' TWI ohne Interrupt
$regfile = "M8def.dat" ' the used chip
$crystal = 16000000 ' frequency used
$baud = 9600 ' baud rate
Declare Sub Twi_start_transceiver()
Dim Twi_control As Byte ' Controlregister lokale kopie
Dim Twi_status As Byte
Dim Twi_errorstate As Byte ' eigener Fehlerstatus
' Array der Daten die übertragen werden
Dim Messagebuf(4) As Byte
Dim Anzahlbuf As Byte ' Anzahl Zeichen die gesendet werden sollen
Dim Cnt As Byte ' Zähler
Dim Rw As Bit ' Read/Write Flag
Dim Lowtemp As Byte
Dim Hightemp As Byte
Config Portb.0 = Output
Config Portb.1 = Output
Config Portd = Output
Const Device = &H90
Const Deviceread = &H91
' TWI initialisieren
Twcr = &B00000100 ' erstmal nur TWI aktivieren
Twsr = 0 ' Status und Prescaler Register
Twbr = 72 ' Bit Rate Register 100kHz @ 16MHz
Waitms 300 ' Sicherheitspause nach Reset
Sound Portb.0 , 300 , 450 ' BEEP
' Startausgabe
Print
Print "TWI Master DS1621 Temperatur"
Portb.0 = 1 ' Damit die LED ausgeht nach dem Beep
' Hauptprogramm
Do
Twbr = 12 ' Bit Rate Register 400kHz @ 16MHz
Messagebuf(1) = Device ' Adresse von DS1621
Messagebuf(2) = &HEE ' Temperaturmessung anstoßen
Anzahlbuf = 2
Call Twi_start_transceiver
' Print Hex(twi_errorstate)
If Twi_errorstate = 0 Then ' kein Fehler aufgetreten
' STOP senden
Gosub Twi_stop
Waitms 1 ' Etwas warten bis die Temperatur gemessen ist
Messagebuf(1) = Device ' Adresse von DS1621
Messagebuf(2) = &HAA ' Temperaturmessung Lesekommando
Anzahlbuf = 2
Call Twi_start_transceiver
' Print Hex(twi_errorstate)
If Twi_errorstate = 0 Then ' kein Fehler aufgetreten
' Temperatur lesen
Messagebuf(1) = Deviceread ' Adresse von DS1621
Messagebuf(2) = 0
Messagebuf(3) = 0
Anzahlbuf = 3
Call Twi_start_transceiver
' Print Hex(twi_errorstate)
If Twi_errorstate = 0 Then ' kein Fehler aufgetreten
' STOP senden
Gosub Twi_stop
Lowtemp = Messagebuf(2)
Hightemp = Messagebuf(3)
' Wert an den LEDs anzeigen
Portd.7 = Not Lowtemp.5
Portd.6 = Not Lowtemp.4
Portd.5 = Not Lowtemp.3
Portd.4 = Not Lowtemp.2
Portd.3 = Not Lowtemp.1
Portd.2 = Not Lowtemp.0
Portb.1 = Not Hightemp.7
' Negativer Wert ?
If Lowtemp.7 = 1 Then
Lowtemp = Not Lowtemp
If &H80 > Hightemp Then
Incr Lowtemp
End If
Print "-" ;
Else
Print " " ;
End If
Print Lowtemp ; "," ;
If Hightemp = &H80 Then
Print "5"
Else
Print "0"
End If
End If
End If
End If
If Twi_errorstate <> 0 Then ' bei einem Fehler den Fehlercode ausgeben
' STOP senden
Gosub Twi_stop
Print "Error " ; Hex(twi_errorstate)
Else
Twbr = 72 ' Bit Rate Register 100kHz @ 16MHz
' Einem evtl. angeschlossenem PCF8574 den Temperaturwert senden
Messagebuf(1) = &H40
Messagebuf(2) = Not Lowtemp
Anzahlbuf = 2
Call Twi_start_transceiver
' STOP senden
Gosub Twi_stop
If Twi_errorstate <> 0 Then ' bei einem Fehler den Fehlercode ausgeben
Print "Error2 " ; Hex(twi_errorstate)
End If
End If
Wait 2
Loop
End
' Unterprogramme
' TWI Transmit and receive function.
Sub Twi_start_transceiver()
Twi_errorstate = 0
' Startbedingung
Twcr = &B10100100 ' TWINT, TWSTA, TWEN
' warten bis TWINT gesetzt ist
Gosub Twi_wait_int
' wenn Zugriff auf den Bus erlaubt, Slaveadresse ausgeben
If Twi_status = &H08 Or Twi_status = &H10 Then
Rw = Messagebuf(1).0 ' RW-Flag holen für Abfrage unten
' Write address and Read/Write data
For Cnt = 1 To Anzahlbuf
' SlaveAdresse immer Write, sonst auf R/W prüfen
' Print Cnt ; " " ; Messagebuf(cnt) ; " " ; Rw
If Cnt = 1 Or Rw = 0 Then
' Write Slaveadr
Twdr = Messagebuf(cnt)
Twcr = &B10000100 ' TWINT löschen, Byte senden
' warten bis TWINT gesetzt ist
Gosub Twi_wait_int
' Beim 1. Byte wird ein anderer Status erwartet
If Cnt = 1 Then
' Slave hat sich gemeldet, $20 ist NACK, $18 WriteACK, $40 ReadACK !
If Twi_status = &H18 Or Twi_status = &H40 Then
Twi_errorstate = 0 ' kein Fehler
Else
' kein Slave
Twi_errorstate = Twi_status ' Fehler
Exit For
End If
Else
' Zeichen wurde gesendet, $30 ist NACK
If Twi_status = &H28 Then
Twi_errorstate = 0 ' kein Fehler
Else
Twi_errorstate = Twi_status ' Fehler
Exit For
End If
End If
Else
' Read a Byte
' Wenn das letzte Byte gesendet wird, ein NACK mitgeben um das Ende anzuzeigen
If Cnt = Anzahlbuf Then
' Load NACK to confirm End Of Transmission.
Twcr = &B10000100 ' TWINT löschen, Byte senden
Else
' Load ACK. TWEA ist 1
Twcr = &B11000100 ' TWINT löschen, Byte senden
End If
' warten bis TWINT gesetzt ist
Gosub Twi_wait_int
' ein Byte wurde empfangen
Messagebuf(cnt) = Twdr ' Daten lesen
' Byte empfangen und mit ACK quittiert, sonst Ende
If Twi_status = &H50 Then
Twi_errorstate = 0 ' kein Fehler
Else
' Beim letzten Byte auch mit NACK quittieren
If Cnt = Anzahlbuf And Twi_status = &H58 Then
Twi_errorstate = 0 ' kein Fehler
Else
Twi_errorstate = Twi_status ' Fehler
Exit For
End If
End If
End If
Next Cnt
Else
' Ist der Bus belegt, wird er wieder freigegeben
Twcr = &B10000100 ' TWINT löschen, Bus freigeben
Twi_errorstate = Twi_status ' Fehler
End If
End Sub
' warten bis TWINT gesetzt ist, status auslesen
Twi_wait_int:
Do
Twi_control = Twcr And &H80
Loop Until Twi_control = &H80
Twi_status = Twsr ' status
Twi_status = Twi_status And &HF8 ' status
' Print "Err " ; Hex(twi_status)
Return
' Stopsequenz ausgeben
Twi_stop:
Twcr = &B10010100 ' TWINT löschen, Stop senden
' Warten bis Stop-Flag wieder gelöscht wird, dann ist die Stopsequenz abgeschlossen
Do
Twi_control = Twcr And &H10
Loop Until Twi_control = 0
' Es muss nicht unbedingt darauf gewartet werden
' wenn die nächste Aktion nicht gleich anschliessend durchgeführt wird.
' Einen speziellen STOP-Status gibt es nicht, es ist in der Regel &HF8
Twi_status = Twsr ' status
Twi_status = Twi_status And &HF8 ' status
' Print Hex(twi_status)
Return
Slave
Da der TWI-Master den Takt vorgibt, sind die Anmerkungen zur CPU-Frequenz zu beachten.
In den Beispielen wird als Master das Board RN-Control mit einem Mega32, und als Slave das RN-Mega8 Board verwendet. Da nur diese beiden Boards am Bus hängen, wurde ebenfalls als Slaveadresse 64 (0x40 bzw. &H40) verwendet, damit man die vorhergehenden Beispiele gleich weiterverwenden kann.
Transmitter
- auf Abruf Senden
Der Slave wird von einem Master über eine festgelegte Adresse angesprochen, ein (oder mehrere) Byte werden zum Master übertragen, und anschliessend die Übertragung beendet.
Das Gegenstück wäre Master Receiver.
Das Beispielprogramm gibt Bytewerte zurück die sich bei jeder Abfrage um eins erhöhen. Verwendet man beim Master das Beispiel von Master Receiver, wird der Wert nach jeder Eingabe von Enter angezeigt.
' TWI-slave test
' zum simulieren eines PCF8574
$regfile = "m8def.dat" ' the used chip
$crystal = 7372800 ' frequency used
' $baud = 9600 ' keine baud rate angeben !
Dim Twi_control As Byte ' Controlregister lokale kopie
Dim Twi_status As Byte
Dim Twi_data As Byte
Dim Count As Byte ' Testwert, jedes mal +1
Declare Sub Twi_init_slave
' Werte zurücksetzen
Count = 0
Twi_data = 0
Call Twi_init_slave ' TWI aktivieren
' Hauptschleife
Do
' hier könnte ihr Code stehen
' schauen ob TWINT gesetzt ist
Twi_control = Twcr And &H80 ' Bit7 von Controlregister
If Twi_control = &H80 Then
Twi_status = Twsr And &HF8 ' Status
' will der Master ein Byte haben
If Twi_status = &HA8 Or Twi_status = &HB8 Then
Twdr = Count ' neue Daten ausgeben
Incr Count ' testwert +1
End If
' TWINT muss immer gelöscht werden, damit es auf dem Bus weiter geht
Twcr = &B11000100 ' TWINT löschen, mit ACK
End If
Loop
End
' Unterprogramme
' TWI als slave aktivieren
Sub Twi_init_slave
Twsr = 0 ' status und Prescaler auf 0
Twdr = &HFF ' default
Twar = &H40 ' Slaveadresse setzen
Twcr = &B01000100 ' TWI aktivieren, ACK einschalten
End Sub
Receiver
- Nur Empfangen
Der Slave wird von einem Master über eine festgelegte Adresse angesprochen, ein (oder mehrere) Byte werden zum Slave übertragen, und anschliessend die Übertragung beendet.
Das Gegenstück wäre Master Transmitter.
Das Beispielprogramm gibt die Bytewerte an PortD aus, an dem beim RN-M8 eine LED-Reihe angeschlossen ist. Verwendet man beim Master das Beispiel von Master Transmitter, wird der Wert, den man dort eingibt am Slave Binär angezeigt.
' TWI-slave test
' zum simulieren eines PCF8574
$regfile = "m8def.dat" ' the used chip
$crystal = 7372800 ' frequency used
' $baud = 9600 ' keine baud rate angeben !
Config Portd = Output ' kompletter PortD als Ausgang
Dim Twi_control As Byte ' Controlregister lokale kopie
Dim Twi_status As Byte
Dim Twi_data As Byte
Dim Neuesbyte As Byte ' Bytemerker
Declare Sub Twi_init_slave
Twi_data = 0
Call Twi_init_slave ' TWI aktivieren
' alle LEDs ein
Portd = 0
' Hauptschleife
Do
' hier könnte ihr Code stehen
' Merker zurücksetzen
Neuesbyte = 0
' schauen ob TWINT gesetzt ist
Twi_control = Twcr And &H80 ' Bit7 von Controlregister
If Twi_control = &H80 Then
Twi_status = Twsr And &HF8 ' Status
' wurde ein Byte geschickt
If Twi_status = &H80 Or Twi_status = &H88 Then
Twi_data = Twdr ' neue Daten merken
Neuesbyte = 1 ' merken das ein neues Byte da ist
End If
' TWINT muss immer gelöscht werden, damit es auf dem Bus weiter geht
Twcr = &B11000100 ' TWINT löschen, erzeugt ACK
End If
' wenn ein neues Byte gekommen ist, dieses an PortD ausgeben
If Neuesbyte <> 0 Then
Portd = Twi_data ' Daten auf PortD ausgeben
End If
Loop
End
' Unterprogramme
' TWI als slave aktivieren
Sub Twi_init_slave
Twsr = 0 ' status und Prescaler auf 0
Twdr = &HFF ' default
Twar = &H40 ' Slaveadresse setzen
Twcr = &B01000100 ' TWI aktivieren, ACK einschalten
End Sub
Der Slave ist hier sogar in der Lage während einer Übertragung mehr als ein Byte entgegenzunehmen, da jedes Byte den gleichen Status erzeugt.
Wenn der Slave schnell genug getaktet wird (> 6.4 MHz), kann der Master auch auf einen schnelleren Bus-Takt gestellt werden. Dazu beim Master das TWBR auf 12 setzen, so wird der Bus mit 400kHz betrieben.
Quellen
Siehe auch
- I2C - Allgemeines zu I2C
- TWI - Registerbeschreibungen
- TWI Praxis Multimaster
- [1] - etwas ausführlicheres Slave-Beipiel im Forum
- Bascom I2C Master - Beispiele wie ein AVR als I2C-Master initialisiert werden kann.
- RN-Slave ID Übersicht
- USI (Avr) - USI Modul mit dem TWI nachgebildet werden kann, ist bei den meisten ATTinys und einigen ATMegas vorhanden.
- Bascom und USI-Kommunikation - I2C Beispiele mit Bascom und dem USI-Modul
WebLinks
--Linux 80 15:31, 15. Jan 2006 (CET)
