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(überarbeitete Version)
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Programm für einen AVR mit [[TWI]] (Hardware-[[I2C]])-Schnittstelle als Slave.
 
Programm für einen AVR mit [[TWI]] (Hardware-[[I2C]])-Schnittstelle als Slave.
 
{{FarbigerRahmen|
 
Noch nicht 100% getestet! Es können noch Fehler enthalten sein. Bei mir (uwegw) funktioniert das System weitestgehend problemlos.
 
Es müssten aber noch diverse Sonderfälle wie falsch adressierte Bufferzugriffe abgefangen werden... Also insgesamt eher Alpha-Status!
 
 
Bekannte Fehler:
 
Zugriff auf das letzte Bufferelement scheint nicht korrekt zu funktionieren. Workaround: Buffer ein Byte größe definieren als benötigt.
 
 
<pre>
 
 
Update 16.1.2010: Fehler gefunden:
 
 
case TW_ST_DATA_ACK:
 
...
 
...
 
                buffer_adr++; //Buffer-Adresse weiterzählen für nächsten Schreibzugriff
 
Fehler ---> if(buffer_adr<(buffer_size-1))
 
 
da buffer_adr vor dem Vergleich schon erhöht wurde, ist es so richtig:
 
 
Richtig --->    if(buffer_adr<(buffer_size))
 
 
</pre>
 
}}
 
 
 
Manchmal stellt sich die Aufgabe, mehrere AVRs per [[I2C]] zu vernetzen. Ein Beispiel ist die Erweiterung eines bestehenden Systems um einen leistungsstärkeren Controller. Dies ist etwa beim [[Asuro]] oder [[Yeti]] denkbar, um z.B. mehr Ein/Ausgänge oder Speicherplatz zu bekommen.
 
Manchmal stellt sich die Aufgabe, mehrere AVRs per [[I2C]] zu vernetzen. Ein Beispiel ist die Erweiterung eines bestehenden Systems um einen leistungsstärkeren Controller. Dies ist etwa beim [[Asuro]] oder [[Yeti]] denkbar, um z.B. mehr Ein/Ausgänge oder Speicherplatz zu bekommen.
  
Man kann aber beim Bau eines Roboters auch von Anfang an auf ein System von mehreren vernetzten Controllern setzen. So kann man verschiedene Aufgabe, die weitgehend unabhängig voneinader gleichzeitg erledigt werden müssen, besser verteilen. Denkbar ist z.B. ein Controller für die Motorsteuerung, einer für die Sensorik, einer für Ein-und Ausgabe(wie LCD und Bedientaster),... , und ein zentraler Controller, der die Richtung vorgibt und alle anderen Controller mit Befehlen versorgt. Ein konkretes Beispiel ist der Roboterbausatz Nibo (siehe: [http://www.nicai-systems.de/nibo.html]) von nicai-systems, der einen Atmel ATmega128 als Hauptcontroller und zwei Atmel ATtiny44 als Controller für die Motorsteuerung und die IR-Sensorik einsetzt. Die Kommunikation läuft mit 400 kHz über den I2C-Bus mit dem ATmega128 als Master.
+
Man kann aber beim Bau eines Roboters auch von Anfang an auf ein System von mehreren vernetzten Controllern setzen. So kann man verschiedene Aufgabe, die weitgehend unabhängig voneinader gleichzeitg erledigt werden müssen, besser verteilen. Denkbar ist z.B. ein Controller für die Motorsteuerung, einer für die Sensorik, einer für Ein-und Ausgabe (wie LCD und Bedientaster),... , und ein zentraler Controller, der die Richtung vorgibt und alle anderen Controller mit Befehlen versorgt. Ein konkretes Beispiel ist der Roboterbausatz Nibo (siehe: [http://www.nicai-systems.de/nibo.html]) von nicai-systems, der einen Atmel ATmega128 als Hauptcontroller und zwei Atmel ATtiny44 als Controller für die Motorsteuerung und die IR-Sensorik einsetzt. Die Kommunikation läuft mit 400 kHz über den I2C-Bus mit dem ATmega128 als Master.
  
Schließlich kann ein entsprechend programmierter AVR auch als Ersatz für handelsübliche I2C-Bauteile dienen. Der kleinste AVR mit Hardware-I2C, der ATmega48, ist mit 1,30€ (Reichelt) billiger als viele normale I2C-ICs. Ein ATmega8 kann bei entsprechender Programmierung z.B. die Aufgaben von zwei PCF8574 (8bit-Portexpander, 1,25€) und einem PCF8591 (4fach AD-Wandler, 2,35€) übernehmen und außerdem noch als I2C-EEPROM mit 256 Bytes dienen.  
+
Schließlich kann ein entsprechend programmierter AVR auch als Ersatz für handelsübliche I2C-Bauteile dienen. Der kleinste AVR mit Hardware-I2C, der ATmega48, ist mit 1,30€ (Reichelt) billiger als viele normale I2C-ICs. Er kann bei entsprechender Programmierung z.B. die Aufgaben von zwei PCF8574 (8bit-Portexpander, 1,25€) und einem PCF8591 (4fach AD-Wandler, 2,35€) übernehmen und außerdem noch als I2C-EEPROM mit 256 Bytes dienen.  
  
 
Das folgende Programm (twislave.c) steuert das TWI (Hardware-I2C)-Interface eines AVRs als Slave an. Es müsste auf allen AVRs der Mega-Reihe funktionieren, die über eine TWI-Schnittstelle verfügen.  
 
Das folgende Programm (twislave.c) steuert das TWI (Hardware-I2C)-Interface eines AVRs als Slave an. Es müsste auf allen AVRs der Mega-Reihe funktionieren, die über eine TWI-Schnittstelle verfügen.  
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 +
 +
== Master ==
 
Ein Codeschnipsel für den Master. Es wird die [http://homepage.hispeed.ch/peterfleury/avr-software.html#libs I2C-Master-Bibliothek von Peter Fleury] verwendet.
 
Ein Codeschnipsel für den Master. Es wird die [http://homepage.hispeed.ch/peterfleury/avr-software.html#libs I2C-Master-Bibliothek von Peter Fleury] verwendet.
 
Es wird geprüft, ob der Slave bereit ist, dann werden die ersten drei Bytes aus dem txbuffer des Slaves gelesen und in byte0..2 abgespeichert.
 
Es wird geprüft, ob der Slave bereit ist, dann werden die ersten drei Bytes aus dem txbuffer des Slaves gelesen und in byte0..2 abgespeichert.
Zeile 58: Zeile 35:
 
</pre>
 
</pre>
  
Die twislave.c für den Slave. Stand: 25.03.07
+
== Slave sourcecode ==
 +
Die twislave.c für den Slave. Stand: 19.2.2010
 
<pre>
 
<pre>
#ifndef _TWISLAVE_H
 
#define _TWISLAVE_H
 
 
#include <util/twi.h> //enthält z.B. die Bezeichnungen für die Statuscodes in TWSR
 
#include <avr/interrupt.h> //dient zur behandlung der Interrupts
 
#include <stdint.h> //definiert den Datentyp uint8_t
 
 
 
/*
 
Dieses Programm in einer separaten Datei (z.B. twislave.c) abspeichern und in das eigene Programm
 
einbinden.
 
 
Betrieb eines AVRs mit Hardware-TWI-Schnittstelle als Slave. Zu Beginn muss init_twi_slave mit der gewünschten
 
Slave-Adresse als Parameter aufgerufen werden. Der Datenaustausch mit dem Master erfolgt über die Buffer
 
rxbuffer und txbuffer, auf die von Master und Slave zugegriffen werden kann.
 
rxbuffer und txbuffer sind globale Variablen (Array aus uint8_t).
 
Die Ansteuerung des rxbuffers, in den der Master schreiben kann, erfolgt ähnlich wie bei einem normalen I2C-EEPROM.
 
Man sendet zunächst die Bufferposition, an die man schreiben will, und dann die Daten. Die Bufferposition wird
 
automatisch hochgezählt, sodass man mehrere Datenbytes hintereinander schreiben kann, ohne jedesmal
 
die Bufferadresse zu schreiben.
 
Um den txbuffer vom Master aus zu lesen, überträgt man zunächst in einem Schreibzugriff die gewünschte Bufferposition und
 
liest dann nach einem repeated start die Daten aus. Die Bufferposition wird automatisch hochgezählt, sodass man mehrere
 
Datenbytes hintereinander lesen kann, ohne jedesmal die Bufferposition zu schreiben.
 
 
Autor: Uwe Große-Wortmann (uwegw)
 
Status: Testphase, keine Garantie für ordnungsgemäße Funktion!
 
letze Änderungen:
 
23.03.07 Makros für TWCR eingefügt. Abbruch des Sendens, wenn der TXbuffer komplett gesendet wurde.
 
24.03.07 verbotene Buffergrößen abgefangen
 
25.03.07 nötige externe Bibliotheken eingebunden
 
 
 
Abgefangene Fehlbedienung durch den Master:
 
- Lesen über die Grenze des txbuffers hinaus
 
- Schreiben über die Grenzen des rxbuffers hinaus
 
- Angabe einer ungültigen Schreib/Lese-Adresse
 
- Lesezuggriff, ohne vorher Leseadresse geschrieben zu haben
 
 
 
*/
 
 
 
 
 
//%%%%%%%% von Benutzer konfigurierbare Einstellungen %%%%%%%%
 
 
#define buffer_size 8 //Größe der Buffer in Byte (2..254)
 
  
 +
#include <util/twi.h> //enthält z.B. die Bezeichnungen für die Statuscodes in TWSR
 +
#include <avr/interrupt.h>  //dient zur Behandlung der Interrupts
 +
#include <stdint.h> //definiert den Datentyp uint8_t
 +
#include "twislave.h"
  
 
//%%%%%%%% Globale Variablen, die vom Hauptprogramm genutzt werden %%%%%%%%
 
//%%%%%%%% Globale Variablen, die vom Hauptprogramm genutzt werden %%%%%%%%
 +
/*Der Buffer, in dem die Daten gespeichert werden.
 +
Aus Sicht des Masters läuft der Zugrif auf den Buffer genau wie bei einem I2C-EEPROm ab.
 +
Für den Slave ist es eine globale Variable
 +
*/
 +
volatile uint8_t i2cdata[i2c_buffer_size+1];
  
/*Der Buffer, in dem die empfangenen Daten gespeichert werden. Der Slave funktioniert ähnlich  wie ein normales
 
Speicher-IC [I2C-EEPROM], man sendet die Adresse, an die man schreiben will, dann die Daten, die interne Speicher-Adresse
 
wird dabei automatisch hochgezählt*/
 
volatile uint8_t rxbuffer[buffer_size];
 
  
/*Der Sendebuffer, der vom Master ausgelesen werden kann.*/
+
volatile uint8_t buffer_adr; //"Adressregister" für den Buffer
volatile uint8_t txbuffer[buffer_size];
+
  
 
//%%%%%%%% Funktionen, die vom Hauptprogramm aufgerufen werden können %%%%%%%%
 
 
/*Initaliserung des TWI-Inteface. Muss zu Beginn aufgerufen werden, sowie bei einem Wechsel der Slave Adresse
 
Parameter: adr: gewünschte Slave-Adresse*/
 
void init_twi_slave (uint8_t adr);
 
 
 
 
//%%%%%%%% ab hier sind normalerweise keine weiteren Änderungen erforderlich! %%%%%%%%//
 
//____________________________________________________________________________________//
 
 
#include <util/twi.h> //enthält z.B. die Bezeichnungen für die Statuscodes in TWSR
 
 
 
//Bei zu alten AVR-GCC-Versionen werden die Interrupts anders genutzt, daher in diesem Fall mit Fehlermeldung abbrechen
 
#if (__GNUC__ * 100 + __GNUC_MINOR__) < 304
 
#error "This library requires AVR-GCC 3.4.5 or later, update to newer AVR-GCC compiler !"
 
#endif
 
 
//Schutz vor unsinnigen Buffergrößen
 
#if (buffer_size > 254)
 
#error Buffer zu groß gewählt! Maximal 254 Bytes erlaubt.
 
#endif
 
 
#if (buffer_size < 2)
 
#error Buffer muss mindestens zwei Byte groß sein!
 
#endif
 
 
 
volatile uint8_t buffer_adr; //"Adressregister" für den Buffer
 
  
 
/*Initaliserung des TWI-Inteface. Muss zu Beginn aufgerufen werden, sowie bei einem Wechsel der Slave Adresse
 
/*Initaliserung des TWI-Inteface. Muss zu Beginn aufgerufen werden, sowie bei einem Wechsel der Slave Adresse
Parameter: adr: gewünschte Slave-Adresse
+
Parameter adr: gewünschte Slave-Adresse
 
*/
 
*/
void init_twi_slave (uint8_t adr)
+
void init_twi_slave(uint8_t adr)
 
{
 
{
 
TWAR= adr; //Adresse setzen
 
TWAR= adr; //Adresse setzen
Zeile 169: Zeile 73:
 
//ACK nach empfangenen Daten senden/ ACK nach gesendeten Daten erwarten
 
//ACK nach empfangenen Daten senden/ ACK nach gesendeten Daten erwarten
 
#define TWCR_ACK TWCR = (1<<TWEN)|(1<<TWIE)|(1<<TWINT)|(1<<TWEA)|(0<<TWSTA)|(0<<TWSTO)|(0<<TWWC);   
 
#define TWCR_ACK TWCR = (1<<TWEN)|(1<<TWIE)|(1<<TWINT)|(1<<TWEA)|(0<<TWSTA)|(0<<TWSTO)|(0<<TWWC);   
 +
 
//NACK nach empfangenen Daten senden/ NACK nach gesendeten Daten erwarten     
 
//NACK nach empfangenen Daten senden/ NACK nach gesendeten Daten erwarten     
 
#define TWCR_NACK TWCR = (1<<TWEN)|(1<<TWIE)|(1<<TWINT)|(0<<TWEA)|(0<<TWSTA)|(0<<TWSTO)|(0<<TWWC);
 
#define TWCR_NACK TWCR = (1<<TWEN)|(1<<TWIE)|(1<<TWINT)|(0<<TWEA)|(0<<TWSTA)|(0<<TWSTO)|(0<<TWWC);
 +
 
//switched to the non adressed slave mode...
 
//switched to the non adressed slave mode...
 
#define TWCR_RESET TWCR = (1<<TWEN)|(1<<TWIE)|(1<<TWINT)|(1<<TWEA)|(0<<TWSTA)|(0<<TWSTO)|(0<<TWWC);   
 
#define TWCR_RESET TWCR = (1<<TWEN)|(1<<TWIE)|(1<<TWINT)|(1<<TWEA)|(0<<TWSTA)|(0<<TWSTO)|(0<<TWWC);   
 
 
//Die Bitmuster für TWCR_ACK und TWCR_RESET sind gleich. Dies ist kein Fehler und dient nur der Übersicht!
 
//Die Bitmuster für TWCR_ACK und TWCR_RESET sind gleich. Dies ist kein Fehler und dient nur der Übersicht!
 
  
 
/*ISR, die bei einem Ereignis auf dem Bus ausgelöst wird. Im Register TWSR befindet sich dann  
 
/*ISR, die bei einem Ereignis auf dem Bus ausgelöst wird. Im Register TWSR befindet sich dann  
Zeile 188: Zeile 92:
 
{
 
{
  
case TW_SR_SLA_ACK: // 0x60 Slave Receiver, wurde adressiert
+
// Slave Receiver
TWCR_ACK; // nächstes Datenbyte empfangen, ACK danach
+
 
 +
case TW_SR_SLA_ACK: // 0x60 Slave Receiver, Slave wurde adressiert
 +
TWCR_ACK; // nächstes Datenbyte empfangen, ACK danach senden
 
buffer_adr=0xFF; //Bufferposition ist undefiniert
 
buffer_adr=0xFF; //Bufferposition ist undefiniert
 
break;
 
break;
 
 
case TW_SR_DATA_ACK: // 0x80 Slave Receiver,Daten empfangen
+
case TW_SR_DATA_ACK: // 0x80 Slave Receiver, ein Datenbyte wurde empfangen
 
data=TWDR; //Empfangene Daten auslesen
 
data=TWDR; //Empfangene Daten auslesen
 
if (buffer_adr == 0xFF) //erster Zugriff, Bufferposition setzen
 
if (buffer_adr == 0xFF) //erster Zugriff, Bufferposition setzen
 
{
 
{
 
 
//Kontrolle ob gewünschte Adresse im erlaubten bereich
 
//Kontrolle ob gewünschte Adresse im erlaubten bereich
if(data<=buffer_size)
+
if(data<i2c_buffer_size)
 
{
 
{
 
buffer_adr= data; //Bufferposition wie adressiert setzen
 
buffer_adr= data; //Bufferposition wie adressiert setzen
Zeile 205: Zeile 110:
 
else
 
else
 
{
 
{
buffer_adr=0; //Adresse auf Null setzen. Ist das sinnvoll?
+
buffer_adr=0; //Adresse auf Null setzen. Ist das sinnvoll? TO DO!
 
}
 
}
 
TWCR_ACK; // nächstes Datenbyte empfangen, ACK danach, um nächstes Byte anzufordern
 
TWCR_ACK; // nächstes Datenbyte empfangen, ACK danach, um nächstes Byte anzufordern
 
}
 
}
else //weiterer Zugriff, Daten empfangen
+
else //weiterer Zugriff, nachdem die Position im Buffer gesetzt wurde. NUn die Daten empfangen und speichern
 
{
 
{
rxbuffer[buffer_adr]=data; //Daten in Buffer schreiben
+
buffer_adr++; //Buffer-Adresse weiterzählen für nächsten Schreibzugriff
+
if(buffer_adr<i2c_buffer_size)
if(buffer_adr<(buffer_size-1)) //im Buffer ist noch Platz für mehr als ein Byte
+
 
{
 
{
TWCR_ACK;// nächstes Datenbyte empfangen, ACK danach, um nächstes Byte anzufordern
+
if(!I2C_reg_Schreibschutz[buffer_adr]) //Wenn Position nicht schreibgeschützt...
}
+
i2cdata[buffer_adr]=data; //...dann Daten in Buffer schreibe
else  //es kann nur noch ein Byte kommen, dann ist der Buffer voll
+
{
+
TWCR_NACK;//letztes Byte lesen, dann NACK, um vollen Buffer zu signaliseren
+
 
}
 
}
 +
buffer_adr++; //Buffer-Adresse weiterzählen für nächsten Schreibzugriff
 +
TWCR_ACK;
 
}
 
}
 
break;
 
break;
  
case TW_ST_SLA_ACK: //?!?
+
 
case TW_ST_DATA_ACK: //0xB8 Slave Transmitter, weitere Daten wurden angefordert
+
//Slave transmitter
 +
 
 +
case TW_ST_SLA_ACK: //0xA8 Slave wurde im Lesemodus adressiert und hat ein ACK zurückgegeben.
 +
//Hier steht kein break! Es wird also der folgende Code ebenfalls ausgeführt!
 +
 +
case TW_ST_DATA_ACK: //0xB8 Slave Transmitter, Daten wurden angefordert
  
 
if (buffer_adr == 0xFF) //zuvor keine Leseadresse angegeben!  
 
if (buffer_adr == 0xFF) //zuvor keine Leseadresse angegeben!  
Zeile 231: Zeile 141:
 
buffer_adr=0;
 
buffer_adr=0;
 
}
 
}
TWDR = txbuffer[buffer_adr]; //Datenbyte senden
+
buffer_adr++; //bufferadresse für nächstes Byte weiterzählen
+
if(buffer_adr<i2c_buffer_size)
if(buffer_adr<(buffer_size-1)) //im Buffer ist mehr als ein Byte, das gesendet werden kann
+
 
{
 
{
TWCR_ACK; //nächstes Byte senden, danach ACK erwarten
+
TWDR = i2cdata[buffer_adr]; //Datenbyte senden
 +
buffer_adr++; //bufferadresse für nächstes Byte weiterzählen
 
}
 
}
 
else
 
else
 
{
 
{
TWCR_NACK; //letztes Byte senden, danach NACK erwarten
+
TWDR=0; //Kein Daten mehr im Buffer
 
}
 
}
 +
TWCR_ACK;
 
break;
 
break;
  
case TW_ST_DATA_NACK: //0xC0 Keine Daten mehr gefordert  
+
case TW_ST_DATA_NACK: // 0xC0 Keine Daten mehr gefordert  
case TW_SR_DATA_NACK: //0x88  
+
case TW_SR_DATA_NACK: // 0x88  
case TW_ST_LAST_DATA: //0xC8  Last data byte in TWDR has been transmitted (TWEA = “0”); ACK has been received
+
case TW_ST_LAST_DATA: // 0xC8  Last data byte in TWDR has been transmitted (TWEA = “0”); ACK has been received
case TW_SR_STOP: // 0xA0 STOP empfangen
+
case TW_SR_STOP:     // 0xA0 STOP empfangen
 
default:
 
default:
     TWCR_RESET; //Übertragung beenden, warten bis zur nächsten Adressierung
+
     TWCR_RESET;
 
break;
 
break;
 
 
 
 
} //end.switch (TW_STATUS)
 
} //end.switch (TW_STATUS)
 
} //end.ISR(TWI_vect)
 
} //end.ISR(TWI_vect)
  
 
#endif //#ifdef _TWISLAVE_H
 
 
////Ende von twislave.c////
 
////Ende von twislave.c////
 
  
 
</pre>
 
</pre>
  
 
+
== Slave header ==
EIn Testprogramm für den Slave.  
+
Die zugehörige Headerdatei twislave.h für den Slave. Stand: 19.2.2010
 
<pre>
 
<pre>
/*
 
Testprogramm für die twislave.c
 
Der txbuffer wird mit Werten gefüllt. Dann werden txbuffer und rxbuffer
 
fortlaufend über die serielle Schnittstelle ausgegeben.
 
  
Beispiel für die Ausgabe in einem beliebigen Terminalprogramm:
+
#ifndef _TWISLAVE_H
 +
#define _TWISLAVE_H
  
rxbuffer
+
#include <util/twi.h>   //enthaelt z.B. die Bezeichnungen fuer die Statuscodes in TWSR
1
+
#include <avr/interrupt.h>  //dient zur behandlung der Interrupts
160
+
#include <stdint.h>     //definiert den Datentyp uint8_t
100
+
100
+
187
+
0
+
0
+
0
+
...
+
  
txbuffer
 
10
 
11
 
12
 
13
 
14
 
15
 
16
 
17
 
...
 
  
im Bereich rxbuffer stehen die vom Master geschriebenen Werte,
+
/**
im txbuffer die Werte, die der Master vom Slave lesen kann.
+
*  @defgroup twislave TWI-Slave
 +
*  @code #include "twislave.h" @endcode
 +
*
 +
*  @brief Betrieb eines AVRs mit Hardware-TWI-Schnittstelle als Slave.
 +
*  Zu Beginn muss init_twi_slave mit der gewuenschten Slave-Adresse als
 +
*  Parameter aufgerufen werden.
 +
*
 +
* Der Datenaustausch mit dem Master erfolgt ueber den Buffer i2cdata,
 +
* auf den von Master und Slave zugegriffen werden kann.
 +
* Dies ist fuer den Slave eine globale Variable (Array aus uint8_t).
 +
 
 +
* Der Zugriff durch den Master erfolgt aehnlich wie bei einem
 +
* normalen I2C-EEPROM.
 +
* Man sendet zunaechst die Bufferposition, an die man schreiben will,
 +
* und dann die Daten.
 +
* Die Bufferposition wird automatisch hochgezaehlt, sodass man mehrere
 +
* Datenbytes hintereinander schreiben kann, ohne jedesmal die
 +
* Bufferadresse zu schreiben.
 +
*
 +
* Um vom Master aus zu lesen, uebertraegt man zunaechst in einem
 +
* Schreibzugriff die gewuenschte Bufferposition und liest dann nach
 +
* einem repeated start die Daten aus. Die Bufferposition wird
 +
* automatisch hochgezaehlt, sodass man mehrere Datenbytes
 +
* hintereinander lesen kann, ohne jedesmal die Bufferposition zu
 +
* schreiben.
 +
*
 +
* Abgefangene Fehlbedienung durch den Master:
 +
* - Lesen ueber die Grenze des txbuffers hinaus
 +
* - Schreiben ueber die Grenzen des rxbuffers hinaus
 +
* - Angabe einer ungueltigen Schreib/Lese-Adresse
 +
* - Lesezugriff, ohne vorher Leseadresse geschrieben zu haben
 +
*
 +
*  @author uwegw
 +
*/
 +
 
 +
/*@{*/
 +
 
 +
//%%%%%%%% von Benutzer konfigurierbare Einstellungen %%%%%%%%
 +
/**@brief Groesse des Buffers in Byte (2..254) */
 +
#define i2c_buffer_size I2C_REG_ANZAHL
 +
 
 +
 
 +
//%%%%%%%% Globale Variablen, die vom Hauptprogramm genutzt werden %%%%%%%%
 +
/**@brief Der Buffer, in dem die Daten gespeichert werden.
 +
* Aus Sicht des Masters laeuft der Zugrif auf den Buffer genau wie
 +
*  bei einem I2C-EEPROm ab.
 +
* Fuer den Slave ist es eine globale Variable
 
*/
 
*/
 +
volatile uint8_t i2cdata[i2c_buffer_size+1];
  
  
#include "twislave.c"
+
/**@brief Initaliserung des TWI-Inteface. Muss zu Beginn aufgerufen werden, sowie bei einem Wechsel der Slave Adresse
 +
* @param adr gewuenschte Slave-Adresse */
 +
void init_twi_slave(uint8_t adr);
 +
 
 +
//%%%%%%%% ab hier sind normalerweise keine weiteren Aenderungen erforderlich! %%%%%%%%//
 +
//____________________________________________________________________________________//
 +
 
 +
 
 +
//Bei zu alten AVR-GCC-Versionen werden die Interrupts anders genutzt, daher in diesem Fall mit Fehlermeldung abbrechen
 +
#if (__GNUC__ * 100 + __GNUC_MINOR__) < 304
 +
#error "This library requires AVR-GCC 3.4.5 or later, update to newer AVR-GCC compiler !"
 +
#endif
 +
 
 +
//Schutz vor unsinnigen Buffergroessen
 +
#if (i2c_buffer_size > 254)
 +
#error Buffer zu gross gewaehlt! Maximal 254 Bytes erlaubt.
 +
#endif
 +
 
 +
#if (i2c_buffer_size < 2)
 +
#error Buffer muss mindestens zwei Byte gross sein!
 +
#endif
 +
 
 +
/*@}*/
 +
 
 +
#endif //#ifdef _TWISLAVE_H
 +
////Ende von twislave.h////
 +
 
 +
</pre>
 +
 
 +
 
 +
== Slave Testprogramm ==
 +
Ein Testprogramm für den Slave.
 +
<pre>
 +
/*
 +
Testprogramm für die twislave.c
 +
Der Buffer wird mit Werten gefüllt. Dann wird er fortlaufend über die serielle Schnittstelle ausgegeben.
 +
*/
 +
 
 +
 
 +
#include "twislave.h"
 
#include "uart.c"
 
#include "uart.c"
  
Zeile 319: Zeile 292:
 
init_twi_slave(SLAVE_ADRESSE);
 
init_twi_slave(SLAVE_ADRESSE);
  
//tybuffer mit Werten füllen, die der Master auslesen soll
+
//i2cdatamit Werten füllen, die der Master auslesen und ändern kann
 
for(uint8_t i=0;i<buffer_size;i++)
 
for(uint8_t i=0;i<buffer_size;i++)
 
{
 
{
txbuffer[i]=10+i;
+
i2cdata[i]=10+i;
 
}
 
}
  
Zeile 335: Zeile 308:
 
while(1)  
 
while(1)  
 
{
 
{
uart_puts("rxbuffer\r\n");
+
uart_puts("i2cdata:\r\n");
 
for(uint8_t i=0;i<buffer_size;i++)
 
for(uint8_t i=0;i<buffer_size;i++)
 
{
 
{
uart_puti(rxbuffer[i]);
+
uart_puti(i2cdata[i]);
uart_puts("\r\n");
+
}
+
uart_puts("\r\n");//leerzeile
+
uart_puts("txbuffer\r\n");
+
for(uint8_t i=0;i<buffer_size;i++)
+
{
+
uart_puti(txbuffer[i]);
+
 
uart_puts("\r\n");
 
uart_puts("\r\n");
 
}
 
}
Zeile 353: Zeile 319:
 
} //end.main
 
} //end.main
 
</pre>
 
</pre>
 
 
  
 
[[Kategorie:Microcontroller]]
 
[[Kategorie:Microcontroller]]
 
[[Kategorie:Quellcode C]]
 
[[Kategorie:Quellcode C]]

Version vom 19. Februar 2010, 19:31 Uhr

Programm für einen AVR mit TWI (Hardware-I2C)-Schnittstelle als Slave. Manchmal stellt sich die Aufgabe, mehrere AVRs per I2C zu vernetzen. Ein Beispiel ist die Erweiterung eines bestehenden Systems um einen leistungsstärkeren Controller. Dies ist etwa beim Asuro oder Yeti denkbar, um z.B. mehr Ein/Ausgänge oder Speicherplatz zu bekommen.

Man kann aber beim Bau eines Roboters auch von Anfang an auf ein System von mehreren vernetzten Controllern setzen. So kann man verschiedene Aufgabe, die weitgehend unabhängig voneinader gleichzeitg erledigt werden müssen, besser verteilen. Denkbar ist z.B. ein Controller für die Motorsteuerung, einer für die Sensorik, einer für Ein-und Ausgabe (wie LCD und Bedientaster),... , und ein zentraler Controller, der die Richtung vorgibt und alle anderen Controller mit Befehlen versorgt. Ein konkretes Beispiel ist der Roboterbausatz Nibo (siehe: [1]) von nicai-systems, der einen Atmel ATmega128 als Hauptcontroller und zwei Atmel ATtiny44 als Controller für die Motorsteuerung und die IR-Sensorik einsetzt. Die Kommunikation läuft mit 400 kHz über den I2C-Bus mit dem ATmega128 als Master.

Schließlich kann ein entsprechend programmierter AVR auch als Ersatz für handelsübliche I2C-Bauteile dienen. Der kleinste AVR mit Hardware-I2C, der ATmega48, ist mit 1,30€ (Reichelt) billiger als viele normale I2C-ICs. Er kann bei entsprechender Programmierung z.B. die Aufgaben von zwei PCF8574 (8bit-Portexpander, 1,25€) und einem PCF8591 (4fach AD-Wandler, 2,35€) übernehmen und außerdem noch als I2C-EEPROM mit 256 Bytes dienen.

Das folgende Programm (twislave.c) steuert das TWI (Hardware-I2C)-Interface eines AVRs als Slave an. Es müsste auf allen AVRs der Mega-Reihe funktionieren, die über eine TWI-Schnittstelle verfügen.

Das System ist als eine Art Dualport-RAM konzipiert, Master und Slave teilen sich also einen Speicherbereich und können darüber Daten austauschen.



Master

Ein Codeschnipsel für den Master. Es wird die I2C-Master-Bibliothek von Peter Fleury verwendet. Es wird geprüft, ob der Slave bereit ist, dann werden die ersten drei Bytes aus dem txbuffer des Slaves gelesen und in byte0..2 abgespeichert.

#include "i2cmaster.c"  //I2C-Master-Routinen von Peter Fleury verwenden (siehe http://homepage.hispeed.ch/peterfleury/avr-software.html#libs)
#define SLAVE_ADRESSE 0x50
uint8_t byte0;
uint8_t byte1;
uint8_t byte2;

      if(!(i2c_start(SLAVE_ADRESSE+I2C_WRITE))) //Slave bereit zum lesen?
      {
         i2c_write(0x00); //Buffer Startadresse zum Auslesen
         i2c_rep_start(SLAVE_ADRESSE+I2C_READ); //Lesen beginnen

            byte0= i2c_readAck();
            byte1= i2c_readAck();
            byte2= i2c_readNak(); //letztes Byte lesen, darum kein ACK
         i2c_stop();
      } 

Slave sourcecode

Die twislave.c für den Slave. Stand: 19.2.2010


#include <util/twi.h> 		//enthält z.B. die Bezeichnungen für die Statuscodes in TWSR
#include <avr/interrupt.h>  //dient zur Behandlung der Interrupts
#include <stdint.h> 		//definiert den Datentyp uint8_t
#include "twislave.h"

//%%%%%%%% Globale Variablen, die vom Hauptprogramm genutzt werden %%%%%%%%
/*Der Buffer, in dem die Daten gespeichert werden. 
Aus Sicht des Masters läuft der Zugrif auf den Buffer genau wie bei einem I2C-EEPROm ab.
Für den Slave ist es eine globale Variable
*/
volatile uint8_t i2cdata[i2c_buffer_size+1];


volatile uint8_t buffer_adr; //"Adressregister" für den Buffer


/*Initaliserung des TWI-Inteface. Muss zu Beginn aufgerufen werden, sowie bei einem Wechsel der Slave Adresse
Parameter adr: gewünschte Slave-Adresse
*/
void init_twi_slave(uint8_t adr)
{
	TWAR= adr; //Adresse setzen
	TWCR &= ~(1<<TWSTA)|(1<<TWSTO);
	TWCR|= (1<<TWEA) | (1<<TWEN)|(1<<TWIE); 	
	buffer_adr=0xFF;  
	sei();
}


//Je nach Statuscode in TWSR müssen verschiedene Bitmuster in TWCR geschreiben werden(siehe Tabellen im Datenblatt!). 
//Makros für die verwendeten Bitmuster:

//ACK nach empfangenen Daten senden/ ACK nach gesendeten Daten erwarten
#define TWCR_ACK TWCR = (1<<TWEN)|(1<<TWIE)|(1<<TWINT)|(1<<TWEA)|(0<<TWSTA)|(0<<TWSTO)|(0<<TWWC);  

//NACK nach empfangenen Daten senden/ NACK nach gesendeten Daten erwarten     
#define TWCR_NACK TWCR = (1<<TWEN)|(1<<TWIE)|(1<<TWINT)|(0<<TWEA)|(0<<TWSTA)|(0<<TWSTO)|(0<<TWWC);

//switched to the non adressed slave mode...
#define TWCR_RESET TWCR = (1<<TWEN)|(1<<TWIE)|(1<<TWINT)|(1<<TWEA)|(0<<TWSTA)|(0<<TWSTO)|(0<<TWWC);  
//Die Bitmuster für TWCR_ACK und TWCR_RESET sind gleich. Dies ist kein Fehler und dient nur der Übersicht!

/*ISR, die bei einem Ereignis auf dem Bus ausgelöst wird. Im Register TWSR befindet sich dann 
ein Statuscode, anhand dessen die Situation festgestellt werden kann.
*/
ISR (TWI_vect)  
{
uint8_t data=0;


switch (TW_STATUS) //TWI-Statusregister prüfen und nötige Aktion bestimmen 
{

// Slave Receiver 

case TW_SR_SLA_ACK: // 0x60 Slave Receiver, Slave wurde adressiert	
	TWCR_ACK; // nächstes Datenbyte empfangen, ACK danach senden
	buffer_adr=0xFF; //Bufferposition ist undefiniert
break;
	
case TW_SR_DATA_ACK: // 0x80 Slave Receiver, ein Datenbyte wurde empfangen
	data=TWDR; //Empfangene Daten auslesen
	if (buffer_adr == 0xFF) //erster Zugriff, Bufferposition setzen
		{
			//Kontrolle ob gewünschte Adresse im erlaubten bereich
			if(data<i2c_buffer_size)
				{
					buffer_adr= data; //Bufferposition wie adressiert setzen
				}
			else
				{
					buffer_adr=0; //Adresse auf Null setzen. Ist das sinnvoll? TO DO!
				}				
			TWCR_ACK;	// nächstes Datenbyte empfangen, ACK danach, um nächstes Byte anzufordern
		}
	else //weiterer Zugriff, nachdem die Position im Buffer gesetzt wurde. NUn die Daten empfangen und speichern
		{
		
			if(buffer_adr<i2c_buffer_size)
				{
					if(!I2C_reg_Schreibschutz[buffer_adr]) //Wenn Position nicht schreibgeschützt...
						i2cdata[buffer_adr]=data; 			//...dann Daten in Buffer schreibe
						
						
				}
			buffer_adr++; //Buffer-Adresse weiterzählen für nächsten Schreibzugriff
			TWCR_ACK;	
		}
break;


//Slave transmitter

case TW_ST_SLA_ACK: //0xA8 Slave wurde im Lesemodus adressiert und hat ein ACK zurückgegeben.
	//Hier steht kein break! Es wird also der folgende Code ebenfalls ausgeführt!
	
case TW_ST_DATA_ACK: //0xB8 Slave Transmitter, Daten wurden angefordert

	if (buffer_adr == 0xFF) //zuvor keine Leseadresse angegeben! 
		{
			buffer_adr=0;
		}	
		
	if(buffer_adr<i2c_buffer_size)	
		{
			TWDR = i2cdata[buffer_adr]; //Datenbyte senden
			buffer_adr++; //bufferadresse für nächstes Byte weiterzählen
		}
	else
		{
			TWDR=0; //Kein Daten mehr im Buffer
		}
	TWCR_ACK;
break;

case TW_ST_DATA_NACK: // 0xC0 Keine Daten mehr gefordert 
case TW_SR_DATA_NACK: // 0x88 
case TW_ST_LAST_DATA: // 0xC8  Last data byte in TWDR has been transmitted (TWEA = “0”); ACK has been received
case TW_SR_STOP:      // 0xA0 STOP empfangen
default: 	
    TWCR_RESET;
break;
	
} //end.switch (TW_STATUS)
} //end.ISR(TWI_vect)

////Ende von twislave.c////

Slave header

Die zugehörige Headerdatei twislave.h für den Slave. Stand: 19.2.2010


#ifndef _TWISLAVE_H
#define _TWISLAVE_H

#include <util/twi.h> 		  //enthaelt z.B. die Bezeichnungen fuer die Statuscodes in TWSR
#include <avr/interrupt.h>  //dient zur behandlung der Interrupts
#include <stdint.h> 		    //definiert den Datentyp uint8_t


/** 
 *  @defgroup twislave TWI-Slave
 *  @code #include "twislave.h" @endcode
 * 
 *  @brief Betrieb eines AVRs mit Hardware-TWI-Schnittstelle als Slave.
 *  Zu Beginn muss init_twi_slave mit der gewuenschten Slave-Adresse als
 *  Parameter aufgerufen werden.
 *
 * Der Datenaustausch mit dem Master erfolgt ueber den Buffer i2cdata, 
 * auf den von Master und Slave zugegriffen werden kann. 
 * Dies ist fuer den Slave eine globale Variable (Array aus uint8_t). 

 * Der Zugriff durch den Master erfolgt aehnlich wie bei einem
 * normalen I2C-EEPROM.
 * Man sendet zunaechst die Bufferposition, an die man schreiben will,
 * und dann die Daten. 
 * Die Bufferposition wird automatisch hochgezaehlt, sodass man mehrere
 * Datenbytes hintereinander schreiben kann, ohne jedesmal die 
 * Bufferadresse zu schreiben.
 *
 * Um vom Master aus zu lesen, uebertraegt man zunaechst in einem 
 * Schreibzugriff die gewuenschte Bufferposition und liest dann nach
 * einem repeated start die Daten aus. Die Bufferposition wird 
 * automatisch hochgezaehlt, sodass man mehrere Datenbytes
 * hintereinander lesen kann, ohne jedesmal die Bufferposition zu
 * schreiben.
 *
 * Abgefangene Fehlbedienung durch den Master:
 * - Lesen ueber die Grenze des txbuffers hinaus
 * - Schreiben ueber die Grenzen des rxbuffers hinaus
 * - Angabe einer ungueltigen Schreib/Lese-Adresse
 * - Lesezugriff, ohne vorher Leseadresse geschrieben zu haben
 * 
 *  @author uwegw
 */

/*@{*/

//%%%%%%%% von Benutzer konfigurierbare Einstellungen %%%%%%%%
/**@brief Groesse des Buffers in Byte (2..254) */
#define i2c_buffer_size I2C_REG_ANZAHL


//%%%%%%%% Globale Variablen, die vom Hauptprogramm genutzt werden %%%%%%%%
/**@brief Der Buffer, in dem die Daten gespeichert werden.
 * Aus Sicht des Masters laeuft der Zugrif auf den Buffer genau wie
 *  bei einem I2C-EEPROm ab.
 * Fuer den Slave ist es eine globale Variable
*/
volatile uint8_t i2cdata[i2c_buffer_size+1];


/**@brief Initaliserung des TWI-Inteface. Muss zu Beginn aufgerufen werden, sowie bei einem Wechsel der Slave Adresse
 * @param adr gewuenschte Slave-Adresse */
void init_twi_slave(uint8_t adr);

//%%%%%%%% ab hier sind normalerweise keine weiteren Aenderungen erforderlich! %%%%%%%%//
//____________________________________________________________________________________//


//Bei zu alten AVR-GCC-Versionen werden die Interrupts anders genutzt, daher in diesem Fall mit Fehlermeldung abbrechen
#if (__GNUC__ * 100 + __GNUC_MINOR__) < 304
	#error "This library requires AVR-GCC 3.4.5 or later, update to newer AVR-GCC compiler !"
#endif

//Schutz vor unsinnigen Buffergroessen
#if (i2c_buffer_size > 254)
	#error Buffer zu gross gewaehlt! Maximal 254 Bytes erlaubt.
#endif

#if (i2c_buffer_size < 2)
	#error Buffer muss mindestens zwei Byte gross sein!
#endif

/*@}*/

#endif //#ifdef _TWISLAVE_H
////Ende von twislave.h////


Slave Testprogramm

Ein Testprogramm für den Slave.

/*
Testprogramm für die twislave.c
Der Buffer wird mit Werten gefüllt. Dann wird er fortlaufend über die serielle Schnittstelle ausgegeben.
*/


#include "twislave.h"
#include "uart.c"

#define BAUD 9600 //Baudrate
#define SLAVE_ADRESSE 0x50 //Die Slave-Adresse

//Funktion für Warteschaleifen
//Parameter: Wartezeit in Milisekunden
#include <util/delay.h>
void warte (int loop)  //loop: wartezeit in ms 
{
	int i;
	for(i=0;i<loop;i++) _delay_ms(1);
}

int main (void)
{
//TWI als Slave mit Adresse slaveadr starten
init_twi_slave(SLAVE_ADRESSE);

//i2cdatamit Werten füllen, die der Master auslesen und ändern kann
for(uint8_t i=0;i<buffer_size;i++)
	{
		i2cdata[i]=10+i;
	}

//Serielle Schnittstelle aktivieren
uart_init((UART_BAUD_SELECT((BAUD),F_CPU)));
uart_puts("I2C-Test\r\n");
uart_puts("Teste I2C-Slave mit Adresse "); uart_puti(SLAVE_ADRESSE);
uart_puts("\r\n");
uart_puts("\r\n"); //Leerzeile

//in einer Endlosschleife den Inhalt der Buffer ausgeben
while(1) 
{
	uart_puts("i2cdata:\r\n");
	for(uint8_t i=0;i<buffer_size;i++)
		{
			uart_puti(i2cdata[i]);
			uart_puts("\r\n");
		}
	uart_puts("\r\n");//leerzeile
warte(500);
} //end.while
} //end.main