Ventajas del BUS I2C
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- Bernardo San Segundo Acuña
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1 BUS I2C: IMPLEMENTACIÓN PRÁCTICA CON MICROCONTROLADORES PIC TC74: Termómetro digital 1 Ventajas del BUS I2C Definido inicialmente a mediados de los 80 para trabajar a 100kbit/s y en 1995 se definió un modo rápido de funcionamiento que permitía transferencias de hasta 400kbit/s (esas frecuencias se han superado hoy en día y algunos dispositivos llegan a 4MHz). Presenta una transferencia lenta en comparación con el modo SPI y mucho más con la lectura/escritura directa de los puertos de un microcontrolador Es útil y se emplea en muchas aplicaciones en las que la velocidad de transferencia es mucho mayor de lo que el caso requiere (p.e. Medida de temperaturas con constantes de tiempo de segundos) Su principal ventaja, es que una vez disponible el microcontrolador con sus funciones de interface con bus I2C, la inclusión de un dispositivo I2C adicional sólo necesitaría su conexión a las dos líneas del bus (SDA y SCL queson lasmismasparatodos) y asignarle una dirección. Los intercambios se realizarían utilizando los mismos subprogramas para todos La tensión de funcionamiento va de 2,5V a 5,5V y no es necesaria la presencia de drivers de adaptación de tensión externos (integración en los propios dispositivos) 2
2 Algunos C.I. con bus I2C: Convertidores D/A: MAX518 (DIP8 ó SO-8) de Maxim Convertidores A/D y D/A: PCF8591 (DIP16 ó SO-16) de Philips Sensores de Temperatura: TC74 (TO-220 ó SOT-23) de Microchip EEPROM serie: 24Cxx ó 24LCxx (DIP8 ó SO-8) de Microchip Reloj/Calendario de tiempo real (RTC): X1288 (SOIC-14) de Xicor, DS1629 LCD con Driver: TTR6030 (PCB con 4 pines) Otros Microcontroladores: PCA8516 de Philips para LCDs Al margen de su compatibilidad con el bus I2C, cada dispositivo tiene su propia configuración, con sus registros internos, sus comandos, sus estados, etc. que será preciso conocer en sus hojas de características funcionales particulares 3 Sensor de Temperatura (TC74) Combinación de sensor de Tª, conversor A/D de 8 bits e interface I2C en un solo C.I. Siempre será dispositivo esclavo y estará recibiendo o emitiendo datos cuando se lo solicite el Maestro del bus Dirección asignada en I2C como esclavo: (hay otras 7 direcciones distintas que se podrían asignar bajo pedido a Microchip) Tipos de encapsulados y pines de conexión En TO-220 la cápsula exterior está conectada a masa (GND) 4
3 C.I. Sensor de Temperatura TC74 1. Funcionalidad: Qué puede hacer y para qué puede servir? Medida de temperatura: de -65ºC a 127ºC Precisión de ±2ºC de +25ºC a 85ºC y ±3ºC de 0ºC a 125ºC Resolución de 8 bits: 1ºC Proporciona valor en binario y valores negativos en complemento a 2 Tensión de alimentación: 2,7V a 5,5V Consumo en operación de 200 µa y en standby de 5 µa 2. Interface: Cómo nos comunicamos con él desde un microcontrolador? Es esclavo de un bus I2C Tiene una dirección asignada en el bus Tramas de lectura y escritura en I2C Comandos admitidos y formatos conocidos especificados a continuación 5 TC74: Diagrama de Bloques Funcional No precisa de componentes externos para funcionar (Sólo la tensión de alimentación) Conversor A/D Líneas de datos (SDA) y de reloj (SCL) del bus I2C 6
4 Funcionamiento: MEDIDA DE LA TEMPERATURA El integrado realiza la adquisición y conversión de temperaturas mediante un sensor de estado sólido con una resolución de ±1ºC En modo de operación normal, se toman y convierten 8 muestras por segundo y el resultado de la conversión se almacena en un registro interno al que se puede acceder en cualquier momento vía serie mediante el bus I2C El C.I. se puede situar en modo de bajo consumo (Stand-by) en el que se suspende la adquisición de temperatura y queda retenido en el registro interno el resultado de la última conversión. Internamente existe un registro de configuración (CONFIG) donde hay un bit (SHDN) que establece el modo de trabajo: normal (SHDN a 0) o de bajo consumo (SHDN a 1) El registro de configuración interno se puede escribir y se puede leer, mientras que el registro de temperatura sólo puede ser leído Las lecturas y escrituras siguen las tramas típicas en un bus I2C 7 Interface I2C del TC74 Esclavo de un bus I2C con una dirección preestablecida: , no podrían convivir más de un TC74 en el mismo bus salvo que le encarguemos a Microchip sensores con otras direcciones bajo pedido: 1001xxx posibles direcciones Interface a dos hilos: SCL entrada del reloj generado por el Maestro del bus y SDA entrada o salida de datos en función del sentido establecido por el maestro tras un byte de control inicial La máxima frecuencia de reloj de entrada admitida por el dispositivo es de 100kHz Las tramas de comunicación siempre se inician de manera idéntica: Bit de START Byte de Control con la dirección del TC74 seguido de bit 0 (escritura) ó 1 (lectura) Bit de ACK por parte del TC74 lo que sigue ya depende del comando en particular 8
5 Tramas: Escritura de un byte en registro S Start ACK C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 Los bits del COMANDO (sólo hay 2 posibles) ACK D7 D60 D5 0 D41 D31 D20 D11 D00 ACK P Dato a escribir en el registro indicado por el comando Stop COMANDOS POSIBLES: RTR=0x00 Leer Registro Temperatura RWCR=0x01 Leer/Escribir Configuración En amarillo lo que tiene que poner el Maestro: el microcontrolador En azul lo que pondrá el Esclavo: TC74 En este caso sólo tendría sentido ESCRIBIR CONFIGURACIÓN (comando RWCR=0x01) 9 Tramas: Lectura de un byte de un registro S Start ACK C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 Los bits del COMANDO (sólo hay 2 posibles) ACK Sr ACK b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 ACK P Restart Dato presente en el registro especificado por el comando En amarillo lo que tiene que poner el Maestro: el microcontrolador En azul lo que pondrá el Esclavo: TC74 NOACK Con la primera parte de la trama (línea superior) se indica a qué registro se desea acceder (dependerá del comando: RTR ó RWCR) y con la segunda parte de la trama (segunda línea) se realiza la lectura del byte Stop 10
6 Tramas: Otra posible Lectura de un registro Existe una manera más corta de leer un determinado registro, siempre y cuando el registro a leer sea al que se hizo referencia en el último comando que se escribió en el TC74: S ACK b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 ACK P Start Dato presente en el registro especificado en el Stop último comando que se utilizó NOACK Si se desean recoger sucesivos valores de temperatura, sería suficiente con haber escrito al principio un comando de lectura de temperatura (RTR = 0x00) y luego se podría proceder a leer los valores almacenados en el registro enviando sucesivas tramas como la mostrada arriba 11 Registros internos: Registro de Configuración b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 Bit de Standby Data Ready Reservados (se leen como 0) Lect./Escrit. Sólo lectura N/A Bit de Standby: si está a 1 sitúa al C.I. en bajo consumo, sin realizar conversiones, si a 0 en modo normal Data Ready: valor de temperatura disponible en el registro si está a 1 el bit estará a cero al alimentar el C.I. antes de que se haga la primera conversión y también cuando está en modo standby Tras un Power On Reset, el registro arranca con el valor 0x00, por tanto en modo normal 12
7 Registros internos: Registro de temperatura b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 Nos proporciona el valor en binario resultante de la última conversión A/D, cada unidad representa un grado centígrado Tras un POR, se carga con 0x00 hasta que finalice la primera conversión, se sabe porque el bit DataReady del registro CONFIG pasa a 1 El formato de representación es el de complemento a bit más significativo a 0: nº positivo valor: > bit más significativo a 1: nº negativo módulo: complemento a 2 del nº > Posición del Sensor de Temperatura TC74 en PICDEM2 plus 14
8 Propuesta de EJERCICIO: Realizar un programa que reciba la temperatura medida por el TC74 y la muestre en la primera línea del LCD conectado a la placa de prácticas PICDEM2 plus 4MHz LCD con driver HD44780 PORTD T = 23 º C SCL RC3 PIC16F877 RC4 TC74 SDA RA3 RA2 RA1 E RW RS Se necesitarán: Subprogramas de interface con el LCD S2_LCD4B_P2P.ASM Subprogramas de interface I2C MSSP_I2C.ASM Subpr. de conversión de binario a BCD 15 Trama para Lectura de la Temperatura S Start ACK Los bits del COMANDO ACK Sr ACK b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 ACK P Restart Dato en el registro de temperatura Stop NOACK En amarillo lo que tiene que poner el Maestro: el microcontrolador PIC En azul lo que pondrá el Esclavo: TC74 16
9 Trama de Lectura de Temperatura : Lectura de Temperatura con secuencia de subprogramas a llamar para I2C Generación de start Envío de dirección de esclavo con bit =0 Envío del comando RTR = 0x00 Envío de restart B_START TX TX B_RESTART Envío de dirección de esclavo y bit =1 TX Recoger byte del bus Generar NOACK Generar STOP RX B_NOACK B_STOP 17 Trama: Otra posible Lectura de Temperatura S ACK b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 ACK P Start Dato presente en el registro de temperatura Stop (si fue el último al que se accedió) NOACK Si se desean recoger sucesivos valores de temperatura, sería suficiente con haber escrito al principio un comando de lectura de temperatura (RTR = 0x00) y luego se podrían leer los valores de temperatura enviando sucesivas tramas como la mostrada arriba 18
10 Ejemplo de Trama: Lectura corta de Temperatura con secuencia de subprogramas a llamar para I2C Generación de start B_START Envío de dirección de esclavo y bit =1 TX Recoger byte del bus Generar NOACK Generar STOP RX B_NOACK B_STOP 19
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