In diesem Artikel folgen einige Programmbeispiele um das USI-Hardwaremodul der AVRs zu verwenden. Mit dem USI-Modul können die Schnittstellen I2C (TWI) und SPI nachgebildet werden. Näheres zu USI, I2C und SPI 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
USI-I2C-Master
Ist der AVR Master, bestimmt er was und wie schnell es auf dem I2C-Bus zugeht. (Ausnahme: Clock_Stretching )
Zur Generierung der gewünschten Busgeschwindigkeit ist die Software zuständig, die länge der Pausen zwischen den Takten muss erechnet werden, im Beispielprogramm für ca. 100kHz bei 16MHz CPU-Frequenz. Der Takt kann auch mithilfe eines Timers erzeugt werden, dies wird erst zu einem späteren Zeitpunkt mit einem Beispiel gezeigt.
In den Beispielen wird als Master das Board RN-Control mit einem Tiny2313, 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):
' USI-I2C Testprogramm
' mit PCF8574 @ &H40
'
' ohne Interrupt und ohne Timer
' ein Byte senden
$regfile = "attiny2313.dat"
$crystal = 16000000
$baud = 9600
' Unterprogramme für die USI-Kommunikation
Declare Sub Usi_twi_master_initialise()
Declare Sub Usi_twi_start_transceiver()
Declare Sub Usi_twi_master_stop()
Declare Sub Usi_twi_master_transfer()
' einige Aliases anlegen
Pout_usi_scl Alias Portb.7
Pin_usi_scl Alias Pinb.7
Ddr_usi_scl Alias Ddrb.7
Pout_usi_sda Alias Portb.5
Pin_usi_sda Alias Pinb.5
Ddr_usi_sda Alias Ddrb.5
Dim Usi_twi_errorstate As Byte ' eigener Fehlerstatus
' Array der Daten die übertragen werden
Dim Messagebuf(4) As Byte
Dim Temp_usisr As Byte ' Tempvariable für Unterprogramm
Dim Anzahlbuf As Byte ' Anzahl Zeichen die gesendet werden sollen
Dim Cnt As Byte ' Zähler
Dim B As Byte ' Zeichen von UART oder Testzeichen zum senden über USI
' Prepare register value to: Clear flags, and set USI to shift 8 bits i.e. count 16 clock edges.
Const Temp_usisr_8bit = &HF0
' Prepare register value to: Clear flags, and set USI to shift 1 bit i.e. count 2 clock edges.
Const Temp_usisr_1bit = &HFE
B = 0
Anzahlbuf = 2 ' in diesem Beispiel immer nur 2 Zeichen
Waitms 300 ' Sicherheitspause nach Reset
Call Usi_twi_master_initialise
Print
Print "Tiny2313 USI-TWI-Test"
Messagebuf(1) = &H40 ' Adresse von 8574
Do
' warten bis etwas über UART kommt
Input B
' oder automatisch zählen lassen
' Incr B
' Den Wert zum Slave senden
Messagebuf(2) = Not B ' not, weil andersrum
Call Usi_twi_start_transceiver
' Ausgabe, damit wir sehen was geschehen ist
Print B ;
Print " "
Print Hex(usi_twi_errorstate);
Print " " ;
Print Hex(temp_usisr)
Call Usi_twi_master_initialise ' nochmal initialisieren falls ein Fehler aufgetreten ist
' Waitms 700 ' Wenn automatisch gezählt werden soll, eine kleine Pause, damit man auch was sehen kann
Loop
End
' USI TWI single master initialization function
Sub Usi_twi_master_initialise()
' Direction Out
Ddr_usi_scl = 1
Ddr_usi_sda = 1
' Release SCL & SDA
Pout_usi_scl = 1
Pout_usi_sda = 1
' Preload dataregister with "released level" data.
Usidr = &HFF
' Disable Interrupts.
' Set USI in Two-wire mode.
' Software stobe as counter clock source
Usicr = &B00101010
' Clear flags, and reset counter.
Usisr = &B11110000
End Sub
' USI Transmit and receive function.
Sub Usi_twi_start_transceiver()
Usi_twi_errorstate = 0
' Test if any unexpected conditions have arrived prior to this execution.
' Ist eine Startbedingung aufgetreten ?
If Usisr.7 = 1 Then ' USISIF
Usi_twi_errorstate = &H02 ' Usi_twi_ue_start_con
Exit Sub
End If
' Ist eine Stopbedingung aufgetreten ?
If Usisr.5 = 1 Then ' USIPF
Usi_twi_errorstate = &H03 ' Usi_twi_ue_stop_con
Exit Sub
End If
' Ist eine Datenkollision aufgetreten ?
If Usisr.4 = 1 Then ' USIDC
Usi_twi_errorstate = &H04 ' Usi_twi_ue_data_col
Exit Sub
End If
' Release SCL to ensure that (repeated) Start can be performed
Pout_usi_scl = 1
Waitus 5
' Generate Start Condition
Pout_usi_sda = 0 ' Force SDA LOW.
Waitus 4
Pout_usi_scl = 0 ' Pull SCL LOW.
Pout_usi_sda = 1 ' Release SDA.
' checken ob die Startsequenz vom eigenen USI erkannt wurde
If Usisr.7 = 0 Then ' USISIF
Usi_twi_errorstate = &H07
Exit Sub
End If
' Write address and Read/Write data
For Cnt = 1 To Anzahlbuf
' Write a byte
Pout_usi_scl = 0 ' Pull SCL LOW.
Usidr = Messagebuf(cnt)
Temp_usisr = Temp_usisr_8bit
Call Usi_twi_master_transfer
' Clock and verify (N)ACK from slave
Ddr_usi_sda = 0 ' Enable SDA as input.
Temp_usisr = Temp_usisr_1bit
Call Usi_twi_master_transfer
' kein ACK gekommen, Slave meldet sich nicht
If Temp_usisr.0 = 1 Then
Usi_twi_errorstate = &H05
Exit For ' hier wird die Schleife bei einem NACK verlasssen
End If
Next Cnt
Call Usi_twi_master_stop
End Sub
' Function for generating a TWI Stop Condition. Used to release the TWI bus.
Sub Usi_twi_master_stop()
Pout_usi_sda = 0 ' Pull SDA LOW.
Pout_usi_scl = 1 ' Release SCL.
' Wait for SCL to go high.
While Pin_usi_scl = 0
Wend
Waitus 4
Pout_usi_sda = 1 ' Release SDA.
Waitus 5
' checken ob die Stopsequenz vom eigenen USI erkannt wurde
If Usisr.5 = 0 Then ' USIPF
Usi_twi_errorstate = &H08
' Exit Sub ' Exit nicht nötig da schon das Ende erreicht
End If
Usisr.5 = 1 ' USIPF zurücksetzen
End Sub
' Core function for shifting data in and out from the USI.
' Data to be sent has to be placed into the USIDR prior to calling
' this function. Data read, will be return'ed from the function.
Sub Usi_twi_master_transfer()
Usisr = Temp_usisr
Temp_usisr = &B00101011 ' for Toggle Clock Port.
Do
Waitus 5
Usicr = Temp_usisr
' Wait for SCL to go high.
While Pin_usi_scl = 0
Wend
Waitus 4
Usicr = Temp_usisr
Loop Until Usisr.6 = 1 ' USIOIF, Check for transfer complete.
Waitus 5
Temp_usisr = Usidr ' Read out data.
Usidr = &HFF ' Release SDA.
Ddr_usi_sda = 1 ' Enable SDA as output.
End Sub
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):
' USI-I2C Testprogramm ' mit PCF8574 @ &H40 ' ' ohne Interrupt und ohne Timer ' ein Byte lesen Do Loop End
Transmitter und Receiver mit DS1621 als Slave
- Senden und Empfangen (Repeated Start)
Im Beispiel wird ein DS1621 Temperatursensor mit I2C-Schnittstelle verwendet Der Master sendet einem Slave ein Kommando, stellt um auf Empfang und holt den Temperaturwert, schliesst die Übertragung anschliessend ab.
Der Temperaturwert wird über UART (RS232) im Klartext ausgegeben.
Die Subroutinen sind im Prinzip die gleichen wie bei Master Transmitter. Da der DS1621 aber mit 400kHz kommunizieren kann, wurden die Waitus zwischen den Pegelwechseln weggelassen da die Befehle hier sowieso nicht schnell genug sind, und ein Wait unnötig machen. Sie sind aber als Kommentar eingefügt, damit zu sehen ist an welchen Stellen ansonsten gewartet werden sollte.
Beispielprogramm holt Temperaturwert vom Slave mit Adresse 144 (0x90 bzw. &H90):
(Das Beispiel belegt 1348 Byte im Flash, das sind ca. 65% eines Tiny2313 !)
' USI-I2C Testprogramm
' mit DS1621 @ &H90
'
' ohne Interrupt und ohne Timer
' Temperatur von DS1621 lesen, und über UART ausgeben
$regfile = "attiny2313.dat"
$crystal = 16000000
$baud = 9600
' Unterprogramme für die USI-Kommunikation
Declare Sub Usi_twi_master_initialise()
Declare Sub Usi_twi_start_transceiver()
Declare Sub Usi_twi_master_stop()
Declare Sub Usi_twi_master_transfer()
' einige Aliases anlegen
Pout_usi_scl Alias Portb.7
Pin_usi_scl Alias Pinb.7
Ddr_usi_scl Alias Ddrb.7
Pout_usi_sda Alias Portb.5
Pin_usi_sda Alias Pinb.5
Ddr_usi_sda Alias Ddrb.5
Dim Usi_twi_errorstate As Byte ' eigener Fehlerstatus
' Array der Daten die übertragen werden
Dim Messagebuf(4) As Byte
Dim Temp_usisr As Byte ' Tempvariable für Unterprogramm
Dim Anzahlbuf As Byte ' Anzahl Zeichen die gesendet werden sollen
Dim Cnt As Byte ' Zähler
Dim Rw As Bit ' Read/Write Flag
' Prepare register value to: Clear flags, and set USI to shift 8 bits i.e. count 16 clock edges.
Const Temp_usisr_8bit = &HF0
' Prepare register value to: Clear flags, and set USI to shift 1 bit i.e. count 2 clock edges.
Const Temp_usisr_1bit = &HFE
Anzahlbuf = 2 ' in diesem Beispiel immer nur 2 Zeichen
Waitms 500 ' Sicherheitspause nach Reset
Call Usi_twi_master_initialise
Dim Device As Byte
Dim Deviceread As Byte
Dim Lowtemp As Byte
Dim Hightemp As Byte
Device = &H90
Deviceread = &H91
Sound Portd.5 , 300 , 450 ' BEEP
Print
Print "DS1621-USI Temperatur"
' Hauptprogramm
Do
Messagebuf(1) = Device ' Adresse von DS1621
Messagebuf(2) = &HEE ' Temperaturmessung anstoßen
Anzahlbuf = 2
Call Usi_twi_start_transceiver
' Print Hex(usi_twi_errorstate)
If Usi_twi_errorstate = 0 Then ' kein Fehler aufgetreten
Call Usi_twi_master_stop
' Print Hex(usi_twi_errorstate)
' Waitms 1
Messagebuf(1) = Device ' Adresse von DS1621
Messagebuf(2) = &HAA ' Temperaturmessung Lesekommando
Anzahlbuf = 2
Call Usi_twi_start_transceiver
' Print Hex(usi_twi_errorstate)
' kein STOP an dieser Stelle !
' es folgt ein Repeated START !
If Usi_twi_errorstate = 0 Then ' kein Fehler aufgetreten
' Temperatur lesen
Messagebuf(1) = Deviceread ' Adresse von DS1621
Messagebuf(2) = 0
Messagebuf(3) = 0
Anzahlbuf = 3
Call Usi_twi_start_transceiver
' Print Hex(usi_twi_errorstate)
If Usi_twi_errorstate = 0 Then ' kein Fehler aufgetreten
Call Usi_twi_master_stop
' Print Hex(usi_twi_errorstate)
Lowtemp = Messagebuf(2)
Hightemp = Messagebuf(3)
Print Lowtemp ; "," ;
If Hightemp = &H80 Then
Print "5"
Else
Print "0"
End If
End If
End If
End If
If Usi_twi_errorstate <> 0 Then ' bei einem Fehler den Fehlercode ausgeben
Print "Error " ; Hex(usi_twi_errorstate)
End If
Call Usi_twi_master_initialise ' nochmal initialisieren falls ein Fehler aufgetreten ist
Waitms 2000
Loop
End
' USI TWI single master initialization function
Sub Usi_twi_master_initialise()
' Direction Out
Ddr_usi_scl = 1
Ddr_usi_sda = 1
' Release SCL & SDA
Pout_usi_scl = 1
Pout_usi_sda = 1
' Preload dataregister with "released level" data.
Usidr = &HFF
' Disable Interrupts.
' Set USI in Two-wire mode.
' Software stobe as counter clock source
Usicr = &B00101010
' Clear flags, and reset counter.
Usisr = &B11110000
End Sub
' USI Transmit and receive function.
Sub Usi_twi_start_transceiver()
Usi_twi_errorstate = 0
' Test if any unexpected conditions have arrived prior to this execution.
If Usisr.7 = 1 Then ' USISIF
Usi_twi_errorstate = &H02 ' Usi_twi_ue_start_con
Exit Sub
End If
If Usisr.5 = 1 Then ' USIPF
Usi_twi_errorstate = &H03 ' Usi_twi_ue_stop_con
Exit Sub
End If
If Usisr.4 = 1 Then ' USIDC
Usi_twi_errorstate = &H04 ' Usi_twi_ue_data_col
Exit Sub
End If
' Release SCL to ensure that (repeated) Start can be performed
Pout_usi_scl = 1
Waitus 1 ' 5
' Generate Start Condition
Pout_usi_sda = 0 ' Force SDA LOW.
' Waitus 4
Pout_usi_scl = 0 ' Pull SCL LOW.
Pout_usi_sda = 1 ' Release SDA.
' checken ob die Startsequenz vom eigenen USI erkannt wurde
If Usisr.7 = 0 Then ' USISIF
Usi_twi_errorstate = &H07
Exit Sub
End If
Rw = Messagebuf(1).0
' Write address and Read/Write data
For Cnt = 1 To Anzahlbuf
' SlaveAdresse immer Write, sonst auf R/W prüfen
' RW-Bit : Messagebuf(1).0 ist 1
If Cnt = 1 Or Rw = 0 Then
' Write a byte
Pout_usi_scl = 0 ' Pull SCL LOW.
Usidr = Messagebuf(cnt)
Temp_usisr = Temp_usisr_8bit
Call Usi_twi_master_transfer
' Clock and verify (N)ACK from slave
Ddr_usi_sda = 0 ' Enable SDA as input.
Temp_usisr = Temp_usisr_1bit
Call Usi_twi_master_transfer
' kein ACK gekommen
If Temp_usisr.0 = 1 Then
Usi_twi_errorstate = &H05 ' The slave did not acknowledge all data
If Cnt = 1 Then
Usi_twi_errorstate = &H06 ' The slave did not acknowledge the address
End If
Exit For ' die Schleife bei einem Fehler verlasssen
End If
Else
' Read a Byte
Ddr_usi_sda = 0 ' Enable SDA as input.
Temp_usisr = Temp_usisr_8bit
Call Usi_twi_master_transfer
Messagebuf(cnt) = Temp_usisr ' Empfangenes Byte ins Array
' Prepare to generate ACK (or NACK in case of End Of Transmission)
If Cnt = Anzahlbuf Then
Usidr = &HFF ' Load NACK to confirm End Of Transmission.
Else
Usidr = &H00 ' Load ACK. Set data register bit 7 (output for SDA) low.
End If
Temp_usisr = Temp_usisr_1bit
Call Usi_twi_master_transfer ' ACK oder NACK senden
End If
Next Cnt
End Sub
' Function for generating a TWI Stop Condition. Used to release the TWI bus.
Sub Usi_twi_master_stop()
Pout_usi_sda = 0 ' Pull SDA LOW.
Pout_usi_scl = 1 ' Release SCL.
' Wait for SCL to go high.
While Pin_usi_scl = 0
Wend
' Waitus 4
Pout_usi_sda = 1 ' Release SDA.
Waitus 1 ' 5
' checken ob die Stopsequenz vom eigenen USI erkannt wurde
If Usisr.5 = 0 Then ' USIPF
Usi_twi_errorstate = &H08
' Exit Sub ' Exit nicht nötig da schon das Ende erreicht
End If
Usisr.5 = 1 ' USIPF zurücksetzen
End Sub
' Core function for shifting data in and out from the USI.
' Data to be sent has to be placed into the USIDR prior to calling
' this function. Data read, will be return'ed from the function.
Sub Usi_twi_master_transfer()
Usisr = Temp_usisr
Temp_usisr = &B00101011 ' for Toggle Clock Port.
Do
' Waitus 5
Usicr = Temp_usisr
' Wait for SCL to go high.
While Pin_usi_scl = 0
Wend
' Waitus 4
Usicr = Temp_usisr
Loop Until Usisr.6 = 1 ' USIOIF, Check for transfer complete.
' Waitus 5
Temp_usisr = Usidr ' Read out data.
Usidr = &HFF ' Release SDA.
Ddr_usi_sda = 1 ' Enable SDA as output.
End Sub
USI-I2C-Slave
Da der I2C-Master den Takt vorgibt, sind die Anmerkungen zur CPU-Frequenz zu beachten.
In den Beispielen wird als Master das Board RN-Mega8 mit einem Mega8, und als Slave das RN-Control Board, mit dem Adapter auf dem der Tiny2313 sitzt, 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.
' USI-I2C-Slave test ' zum simulieren eines PCF8574 Do Loop End
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 PortC aus (aber nur die oberen 6 bit, da die beiden unteren für I2C verwendet werden), an dem beim RN-Control 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 Do Loop End
Siehe auch
- Avr - Infos zu AVR allgemein
- I2C - Details zu I2C
- TWI - Two-wire Serial Interface
- SPI - Serial Peripheral Interface
- TWI Praxis - Bascom-Beispiele für Hardware TWI
- TWI Praxis Multimaster - Bascom-Beispiele für Hardware TWI
WebLinks
- [1] - Thread im Forum der zu diesem hier geführt hat
- [2] - DS1621 bei Robotikhardware
- Atmel_AVR310 - Using the USI module as a I2C master
- Atmel_AVR312 - Using the USI module as a I2C slave
Baustelle
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--Linux 80 02:11, 26. Nov 2006 (CET)
