COMUNICACIÓN I2C PROTOTIPO BRAZO ROBÓTICO BM001

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1 COMUNICACIÓN I2C PROTOTIPO BRAZO ROBÓTICO BM001 Autor: Oscar Eduardo Herrera Zuleta Estudiante de Ingeniería Electrónica. Corporación Universitaria Autónoma del Cauca. Revisado y Corregido Por: Ing. Francisco Franco Magister en Electrónica y Telecomunicaciones. Docente e Investigador. 1

2 Tabla de contenido Tabla de figuras Introducción comunicación I2C Estados de la comunicación I2C Transmisión de datos por el bus I2C Envió de datos por parte del Maestro(master) 6 4. Descripción de registros Velocidad de transmisión por el bus I2C Descripción de las resistencias del PULL_UP Configuración de I2C en Software Modo Maestro (Master) Modo Esclavo (Slave) Ejemplo de transmisión de datos por el bus I2C Circuito esquemático a realizar en protoboard Creación del Proyecto en MPLAB IDE Configuración del programa en modo maestro Configuración del programa en modo esclavo Esquema de Funcionamiento en hardware Bibliografía 23 2

3 Tabla de Figuras. Figura 1. Comunicación por I2C... 4 Figura 2. Trasmisión de trama de datos por la línea SDA. 5 Figura 3. Bit de reconocimiento ACK. 5 Figura 4. Orden de transmisión por parte del Maestro (master)... 6 Figura 5. Condición de reinicio o restar. 7 Figura 6. Diagrama de funcionamiento de los registros. 8 Figura 7. Diseño esquemático de Comunicación por I2C. 11 Figura 8. Diseño esquemático de conexión I2C Figura 9. Mplab IDE 12 Figura 10. Selección de Microcontrolador 13 Figura 11. Selección del Compilador 14 Figura Figura Figura Figura 15. Summary. 16 Figura 15. Editor de texto.16 Figura Figura 18. Esquema de Funcionamiento en hardware..22 3

4 1. Introducción comunicación I2C. I2C 1 Es una interfaz derivada del modulo (MSSP) 2 para acceder a la comunicación con otros dispositivos periféricos o programables que soporta los siguientes modos de hardware, maestro, multi-maestro y modo esclavo, que por consiguiente son capaces de trasmitir una trama de datos. La comunicación se realiza a través de dos conductores SCL línea de reloj para sincronización de datos y SDA línea de datos, las cuales van conectadas a positivo mediante las resistencias pull-up up para garantizar el nivel alto de la comunicación y pueda comenzar hacer uso del bus como se aprecia en la figura 1. Figura 1. Comunicación por I2C. 2. Estados de la comunicación I2C. Líneas desocupadas: cuando SCL y SDA se encuentran en un estado lógico alto en (1). Estado de inicio (S): cuando la comunicación de la línea SDA está en transición de alto (1) a bajo (0) y la línea SCL está en alto (1). Estado de stop (P): cuando la comunicación de la línea SDA está en transición de bajo (0) a alto (1) y la línea SCL está en alto (1). 1 I2C: Inter Integrated Circuit. 2 MSSP: Master Synchronous Serial Port. 4

5 Los datos solo pueden cambiar cuando la línea SCL están en un estado bajo (0). 3. Transmisión de datos por el bus I2C. La dirección del transmisor cuando se inicia la comunicación puede ser de 10 o 7 bits para este caso se ilustra la de 7 bits como se aprecia en la siguiente figura 2. Figura 2. Trasmisión de trama de datos por la línea SDA. S: estado de inicio. R/W: es el bit de sentido, (0) de escritura (enviar datos al esclavo) y (1) de lectura (recibir datos del esclavo). ACK: bit de reconocimiento (0) que envía el esclavo al maestro para indicar que el dispositivo ha sido reconocido y puede empezar la transferencia en serie entre los dispositivos, si el esclavo receptor no genera el bit de reconocimiento (0) el maestro debe abortar la transferencia y colocar el estado de stop. Cuando el bit de reconocimiento se genera la línea SDA está en un estado lógico bajo (0) y SCL en estado alto (1) del ciclo de trabajo. Figura 3. Bit de reconocimiento ACK. 5

6 Dirección de acceso al esclavo: consta de 7 o 10 bits dependiendo de la configuración que se le dé, donde el bit C7 es bit más significativo (MSB) y C1 es el bit menos significativo (LSB), esta es la dirección que detecta el esclavo Envió de datos por parte del Maestro (master): Figura 4. Orden de transmisión por parte del maestro (master). S: Condición de inicio Dirección de 7 bits que envía el maestro al esclavo. R/W: bit de escritura (0). ACK: Bit de esclavo a maestro (reconocimiento). Envía cadena de datos o bits. ACK: Reconocimiento no dado. P: Estado Stop. Es posible generar una condición de reinicio (SR) re direccionando el mismo esclavo para no generar un STOP volviendo a generar un START sobre el mismo bus de transferencia como se puede ver en la figura 4. 6

7 Figura 5. Condición de reinicio o restar. 4. Descripción de registros. El modulo MSSP en modo I2C cuenta con seis registros para la comunicación por I2C en este caso se describen los registros para el pic 18f4550. [2] MSSP Registro de Control 1 (SSPCON1) MSSP Registro de control 2 (SSPCON2) MSSP Registro de Estado (SSPSTAT) Buffer de recepción / transmisión (SSPBUF) MSSP Registro de Desplazamiento (SSPSR) - No directamente accesible MSSP Registro de direcciones (SSPADD) Registros (SSPCON1), (SSPCON2) y (SSPSTAT): (SSPBUF): (SSPADD): del mismo. Tabla 1. Descripción de registros Descripción Control y registro de estado en el modo de operación I2C. Búfer de registro para que los bytes se escriban y lean e inicien la transmisión de datos / direcciones. Cuando está configurado MSSP de modo esclavo contiene las direcciones En la figura 6 se presenta el diagrama de funcionamiento de los registros para el bus I2C. 7

8 Figura 6. Diagrama de funcionamiento de los registros. [2] 5. Velocidad de transmisión por el bus I2C. La velocidad para la transmisión de los datos por I2C depende temporalmente por los paramentaros del sistema, como la capacidad de la línea y las resistencias de pull_up. Las velocidades estándares que se manejan se encuentran a continuación: Modo estándar 100 Kbit/s, Modo rápido (fast mode) 400 Kbit/s Modo alto (fast mode plus) 1 Mbits/s Alta velocidad (High-speed mode) hasta 3.4 Mbits/s. 8

9 La velocidad se configura cuando se inicialice la función principal del I2C que en el itinerario siete (7) se explica la función. 6. Descripción de las resistencias del PULL_UP. Vienen determinadas por la alimentación del bus, la velocidad de transmisión y la capacidad de número de dispositivos conectados. 7. Configuración de I2C en Software. SLAVE: condición del pic como esclavo. MASTER: condición del pic como maestro. SDA=PIN: línea de datos en serie. SCL=PIN: línea de reloj en serie. FAST: utiliza la velocidad alta. SLOW: utiliza la velocidad baja. FORCE_HW: funciones específica de I2C del hardware. ADDRESS: Dirección que comunica al esclavo Modo Maestro (Master). La configuración para que I2C funcione en modo maestro viene determinada por las funciones vistas en el itinerario siete (7) y se describen usando la siguiente función de inicialización de I2C. #use i2c (MASTER, SDA=PIN_XX, SCL=PIN_XX, FAST,FORCE_HW) Condiciones de trasmisión: 9

10 Se explica las funciones que deben ir en cogido para que funcione la comunicación con el receptor y que más adelante se emplearan para el ejemplo del itinerario ocho (8). I2C_START (): Condición de inicio. I2C_WRITE (0xa0): dirección del esclavo con que se hará la comunicación este dato enviado es de 8 bits en el va el bit ACK de reconocimiento y el cero (0) indica el sentido. I2C_WRITE (dato): dato que se envía al esclavo. I2C_STOP (): finalización de la comunicación Modo Esclavo (Slave). El modo I2C de modo esclavo se inicializa representa con las función que se presenta a continuación donde ADDRESS representa la dirección con que se hace la comunicación con el maestro. #use i2c (SLAVE, SDA=PIN_XX, SCL=PIN_XX, ADDRESS=0xa0, FAST, FORCE_HW) Condiciones de recepción: Se explica las dos funciones involucradas en la recepción de los datos enviados por el pic maestro y se emplean en el ejemplo del itinerario ocho (8). I2C_POLL (): se utiliza si solo el pic tiene modulo SSP. Devuelve un true (1) si ha recibido un dato en el buffer y un false (0) si no se ha recibido. I2C_READ (): dato que es leído del bus. 8. Ejemplo de transmisión de datos por el bus I2C A continuación en la figura 6 se presenta un esquemático de cómo sería la comunicación I2C entre un maestro que habla y tres esclavos que escuchan y esperan la orden para operar y ejecutar. 10

11 Figura 7. Diseño esquemático de Comunicación por I2C. Este proyecto se ejecuta a través de la plataforma MPLAB IDE con el lenguaje de programación CCS C Complier Circuito esquemático a realizar en protoboard La Comunicación I2C se llevara a cabo entre un pic 18F4550 quien será el maestro y 3 pic 16f883 quienes serán los esclavos, en este ejemplo el pic maestro obtendrá datos de un potenciómetro con un rango de 0 a 15 estos datos serán enviados por la las líneas de comunicación I2C a los esclavos que contengan la dirección correspondiente y se halla seleccionado el esclavo con el que se quiere transmitir como se aprecia en la figura 6. Los componentes a utilizar son: 1 PIC 18F4550 y 3 PIC 16F883 Resistencias de 330 ohms que van conectadas con los leds indicadores. cristales de 4 MHZ sintonizador de frecuencias acompañados de condensadores de 22 pf 3 pulsadores para selección de dirección del esclavo con sus respectivas resistencias de 330 ohms Potenciómetro de 10 k conectado a la entra RA0 del master. Dos resistencias del pull up. De 150 ohms. Resistencias de 10 k conectadas a positivos en MCLR en los PIC con pulsadores a tierra. 11

12 Figura 8. Diseño Esquemático de conexión I2C Creación del Proyecto en MPLAB IDE Primer paso: ejecutar la plataforma MPLAB IDE. Segundo paso: dar clic en Project. Figura 9. Mplab IDE. 12

13 Tercer paso: abierto Project dar clic en Project Wizard Cuarto paso: seleccionar el PIC a utilizar para este caso se emplea el PIC18F4550. Figura 10. Selección de Microcontrolador. Para continuar con el siguiente paso previamente se debe tener instalado CCS C Compiler y el Plugin MPLAB los cuales se pueden descargar del siguiente link: Quinto paso: instalado el Plugin de MPLAB se pude utilizar para editar y crear proyectos utilizando el compilador de C de CCS. Sexto paso: buscar en Active Toolsuite CCS CS C Compiler como se parecía en la figura 11. Séptimo paso: como se aprecia en la figura 11 Toolsuite Contents contiene una X indicando que no se encuentra el ejecutable de CCS C Complier lo que se hace es dar clic en Browse para encontrarlo. 13

14 Figura 11. Selección del Compilador. Octavo paso: se aprecia la carpeta PICC donde se encuentra el ejecutable que se necesita se selecciona Ccsc. Figura 12. Noveno paso: se da clic en abrir y a partir de este momento se puede trabajar en el compilador figura

15 Figura 13. Decimo paso: Se crea la carpeta del proyecto con su respectivo nombre. Figura

16 Onceavo paso: damos clic en siguiente hasta llegar al Summary, se verifica que los datos estén bien diligenciados y se procede a finalizar. Figura 15. Summary. Doceavo paso: se da clic en la creación de un nuevo archivo como se aprecia en la figura 16. Figura 16. Editor de texto. 16

17 Treceavo paso: se procede a guardar el documento donde se ubica la carpeta contenedora del proyecto y se da un nombre, si se quiere el mismo nombre al que se le vino asignado anteriormente pero con es estimativo de.c. Figura Configuración del programa en modo maestro: // Directivas del programa: #include <18f4550.h> // CONFIGURACIÓN DEL MICROCONTROLADOR #fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,PUT,NOBROWNOUT,NOLVP #use delay(clock= ) // RELOJ DE 4MHZ #byte PORTB=0x07 // DIRECCIÓN DEL PORTB #use i2c(master, SDA=PIN_B0, SCL=PIN_B1, FAST, FORCE_HW) // CONFIGURACION DE LA TRANSMISIÓN I2C int buffer; int ban=0, i=0; float dato, sensor=0; void CONVERSOR () { set_adc_channel(0); // PUERTO RA0 delay_ms(20); 17

18 sensor=read_adc(); delay_ms(0.1); // LEE EL ADC Y MANDA LOS MAS SIGNIFICATIVOS // TIEMPO PARA QUE PUEDA CAPTURAR EL DATO } void main(void) { setup_adc_ports(an0_to_an3 VSS_VDD); // CONFIGURACIÓN DEL PUERTO RA0 TO RA3 COMO ADC setup_adc(adc_clock_internal); DE ADC CON EL CLOCK INTERNAL delay_ms(10); // CONFIGURACIÓN DE FUNCIONAMIENTO // RETARDO PARA LA COMUNICACIÓN while(true) { CONVERSOR(); // LLAMADO AL CONVERSOR dato=( 15.0 * sensor) / 255.0; // CONVERSIÓN DEL SENSOR A UN TOPE DE 15 CON UNA RESOLUCIÓN DE 8 BITS. i=dato; if(input(pin_b3)) {ban=1;} // SE ACTIVA LA TRANSMISIÓN PARA EL ESCLAVO 1 if(input(pin_b4)) {ban=2;} // SE ACTIVA LA TRANSMISIÓN PARA EL ESCLAVO 2 if(input(pin_b5)) {ban=3;} // SE ACTIVA LA TRANSMISIÓN PARA EL ESCLAVO 3 if(ban==1) // TRANSMISIÓN CON EL ESCLAVO 1 { i2c_start(); // CONDICIÓN DE INICIO i2c_write(0xd0); // DIRECCIÓN DEL ESCLAVO CON QUE SE REALIZA LA COMUNICACIÓN i2c_write(i); i2c_stop(); // ENVIÓ DE DATOS, (i) VALOR ARROJADO POR EL SENSOR (POT) // CONDICIÓN DE STOP } delay_ms(500); // RETARDO PARA QUE LA COMUNICACIÓN NO SEA CONSTANTE 18

19 if(ban==2) // TRANSMISIÓN CON EL ESCLAVO 2 { i2c_start(); // CONDICIÓN DE INICIO i2c_write(0xd2); // DIRECCIÓN DEL ESCLAVO CON QUE SE REALIZA LA COMUNICACIÓN i2c_write(i); i2c_stop(); // ENVIÓ DE DATOS (i) VALOR ARROJADO POR EL SENSOR (POT) // CONDICIÓN DE STOP } delay_ms(500); // RETARDO PARA QUE LA COMUNICACIÓN NO SEA CONSTANTE { if(ban==3) // TRANSMISIÓN CON EL ESCLAVO 3 i2c_start(); // CONDICIÓN DE INICIO i2c_write(0xd4); // DIRECCIÓN DEL ESCLAVO CON QUE SE REALIZA LA COMUNICACIÓN i2c_write(i); i2c_stop(); // ENVIÓ DE DATOS (i) VALOR ARROJADO POR EL SENSOR (POT) // CONDICIÓN DE STOP } }; delay_ms(500); // RETARDO PARA QUE LA COMUNICACIÓN NO SEA CONSTANTE } 8.4. Configuración del programa en modo Esclavo: Para este caso solo se especifica la descripción del programa para el esclavo 1 teniendo en cuenta que para el esclavo 2 con dirección (0Xd2) y esclavo 3 con dirección (0xd4) es el misma programación solo cambia las dirección. // Directivas del Programa: #INCLUDE <16f883.h> // CONFIGURACIÓN DEL MICROCONTROLADOR #USE DELAY(CLOCK = ) // RELOJ DE 4 MHZ #fuses XT, NOPROTECT, PUT, NOWDT, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD 19

20 #byte PORTA=0x05 // Dirección del PortA #byte PORTB=0x06 // Dirección del PortB #use i2c(slave, SDA=PIN_C4, SCL=PIN_C3, ADDRESS=0xd0, FAST, FORCE_HW) // CONFIGURACIÓN DE LA RECEPCIÓN I2C // (ADDRESS =0Xd0) ES LA DIRECCIÓN DE RECEPCIÓN DEL ESCLAVO QUE ENVÍA EL MÁSTER ES AQUÍ DONDE SE CAMBIA LA DIRECCIÓN PARA EL PROGRAMA DEL ESCLAVO 2 POR (0Xd2) Y LA DEL ESCLAVOS 3 POR (0Xd4). char state; int dato2, com=0, dato=0; // Recepción de la comunicación: void COMUNICACION () { if(i2c_poll()) { // DEVUELVE UN UNO (1) SI HA RECIBIDO UN DATO EN EL BUFFER Y UN // CERO (0) SI NO LO HA RECIBIDO. dato=i2c_read(); com=dato; // DATO QUE ES LEÍDO DEL BUS // SE AÑADE LA INSTRUCCIÓN if(com!=208) PARA EVITAR QUE LA DIRECCIÓN DE RECEPCIÓN DEL ESCLAVO 0xd0=208 POR RETARDO DE COMUNICACIÓN A VECES SE INTERCAMBIA CON EL DATO DE ENVIÓ (i) SE HACE INTENSIVO PARA EL ESCLAVO DOS Y TRES QUE YA SERIAN 210 Y 212. } } if(com!=208) { output_bit(pin_c7,1); // BIT QUE INDICA QUE ESTA HABILITADO LA TRANSMISIÓN dato2=com; } // Reconocimiento de datos enviados por el master: void RECONOCIMIENTO_DATOS () { 20

21 if(dato2==0) { output_b(0x00);} // Muestra el numero 0 x en el puerto B en leds. if(dato2==1) { output_b(0x01);} // Muestra el numero 1 x en el puerto B if(dato2==2) { output_b(0x02);} // Muestra el numero 2 x en el puerto B if(dato2==3) { output_b(0x03);} // Muestra el numero 3 x en el puerto B if(dato2==4) { output_b(0x04);} // Muestra el numero 4 x en el puerto B if(dato2==5) { output_b(0x05);} // Muestra el numero 5 x en el puerto B if(dato2==6) { output_b(0x06);} // Muestra el numero 6 x en el puerto B if(dato2==7) { output_b(0x07);} // Muestra el numero 7 x en el puerto B if(dato2==8) { output_b(0x08);} // Muestra el numero 8 x en el puerto B if(dato2==9) { output_b(0x09);} // Muestra el numero 9 x en el puerto B if(dato2==10) { output_b(0x0a);} // Muestra el numero 10 x en el puerto B if(dato2==11) { output_b(0x0b);} // Muestra el numero 11 x en el puerto B if(dato2==12) { output_b(0x0c);} // Muestra el numero 12 x en el puerto B if(dato2==13) { output_b(0x0d);} // Muestra el numero 13 x en el puerto B if(dato2==14) { output_b(0x0e);} // Muestra el numero 14 x en el puerto B if(dato2==15) { output_b(0x0f);} // Muestra el numero 15 x en el puerto B } // Ejecución del programa: void main(void) { set_tris_b(0b ); // Definimos B como salida output_b(0x00); output_bit(pin_c7,0); // Pone a Cero el PORTB // Pone a Cero en PIN C7 while(true) { COMUNICACION(); RECONOCIMIENTO_DATOS(); }; } 21

22 8.5. Esquema de funcionamiento en hardware. Figura 18. Esquema de Funcionamiento en hardware. 9. BIBLIOGRAFÍA [1] García Eduardo Breijo. Compilador C CCS y Simulador Proteus para Microcontroladores Pic.. Primera Edicion.Alfa Omega Grupo Editor. México. [2] Microchip PIC18F2455/2550/4455/45 Data sheet. 22