INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Mar del Plata

Transcripción

1 Ing. Guillermo Murcia Ing. Jorge Luis Strack

2 Lecto-grabadora de SDcard - Se comunica con Arduino a través del protocolo de comunicación SPI. - Se comanda a través de la librería SD.h 2

3 SPI bus (Serial Peripheral Interface) Desarrollado por Motorola en Sus ventajas lo convirtieron en un bus standard en electrónica. Tiene una arquitectura del tipo maestro-esclavo. Permite la comunicación serie sincrónica entre un microcontrolador (maestro o master) y uno o más periféricos (esclavo o slave) en forma rápida (~8Mbits/s) a corta distancia. También permite comunicación entre dos microcontroladores, pero no entre dos esclavos en forma directa. Fuente: Luis Llamas. Ingeniería, Informática y Diseño. 3

4 SPI bus (Serial Peripheral Interface) Hay tres líneas comunes entre todos los dispositivos: - MISO (Master In Slave Out): por la cuál el esclavo envía datos al maestro, - MOSI (Master Out Slave In): por la cuál el maestro envía datos al esclavo, - SCK (Serial Clock): línea de pulsos de clock emitidos por el maestro que sincronizan la transmisión de datos. Y una línea específica para cada periférico o esclavo: - SS (Slave Select): pin a través del cuál el maestro habilita o deshabilita la comunicación. 4

5 SPI bus (Serial Peripheral Interface) La comunicación de datos entre maestro y esclavo se realiza en dos líneas independientes, una del maestro a los esclavos, y otra de los esclavos al maestro. Por tanto la comunicación es Full Duplex, es decir, el maestro puede enviar y recibir datos simultáneamente. 5

6 Funcionamiento del SPI bus (Serial Peripheral Interface) Por defecto el maestro mantiene en estado HIGH todas las líneas SS. Cuando el maestro quiere establecer comunicación con esclavo pone a LOW la línea SS correspondiente, lo que indica al esclavo que debe iniciar la comunicación. 6

7 Funcionamiento del SPI bus (Serial Peripheral Interface) En cada pulso de la señal de reloj, normalmente en el flanco de subida, el dispositivo maestro envía un bit al esclavo a la vez que puede recibir un bit del esclavo seleccionado. 7

8 Funcionamiento del SPI bus (Serial Peripheral Interface) La trama (los datos enviados) no sigue ninguna regla, es decir, se puede enviar cualquier secuencia arbitraria de bits. Esto hace que los dispositivos conectados necesiten tener pre-acordado la longitud y significado de lo que van a enviar y recibir. 8

9 SPI bus (Serial Peripheral Interface) Ventajas: - Alta velocidad de trasmisión (hasta 8 Mhz en Arduino) y Full Duplex - Integrado en muchos dispositivos. - Permite enviar secuencias de bit de cualquier tamaño. Desventajas: - Se requieren 3 cables (SCK, MOSI y MISO) + 1 cable adicional (SS) por cada dispositivo esclavo. - Solo es adecuado a corta distancias (hasta 30cm) - No se dispone de ningún mecanismo de control que permita saber si el mensaje ha sido recibido correctamente. - La longitud de los mensajes enviados y recibidos tiene que ser conocida por ambos dispositivos. 9

10 SPI bus (Serial Peripheral Interface) 10

11 Real Time Clock o Reloj de Tiempo Real (RTC) - Se comunica con Arduino a través del protocolo I2C. - Se comanda a través de la librería DS1307RTC.h 11

12 I2C bus (Inter-Intergrated Circuit) Desarrollado por Philips en También conocido como TWI (Two Wired Interface) Se ha convertido en un standard para la comunicación de periféricos. Permite la comunicación serie sincrónica entre un microcontrolador (maestro o master) y uno o más periféricos (esclavo o slave) a baja velocidad (~ kbits/s) y en distancias cortas. También permite comunicación entre dos microcontroladores. Fuente: Luis Llamas. Ingeniería, Informática y Diseño. 12

13 I2C bus (Inter-Intergrated Circuit) Hay dos líneas comunes entre todos los dispositivos: -SDA (Serial Data): línea de datos semibidireccional. -SCL (Serial Clock): línea de pulsos de clock generados por el maestro que sincronizan la transmisión de datos. Cada esclavo tiene una dirección única de 7 bits que lo identifica. La misma se puede configurar por hardware o por software. 13

14 I2C bus (Inter-Intergrated Circuit) El bus I2C tiene una arquitectura de tipo maestro-esclavo. El dispositivo maestro inicia la comunicación con los esclavos, y puede mandar o recibir datos de los esclavos. Los esclavos no pueden iniciar la comunicación (el maestro tiene que preguntarles), ni hablar entre si directamente. Es posible disponer de más de un maestro, pero solo uno puede ser el maestro cada vez. El cambio de maestro supone una alta complejidad, por lo que no es algo frecuente. El bus I2C es síncrono. El maestro proporciona una señal de reloj, que mantiene sincronizados a todos los dispositivos del bus. De esta forma, se elimina la necesidad de que cada dispositivo tenga su propio reloj, de tener que acordar una velocidad de transmisión y mecanismos para mantener la transmisión sincronizada (como en UART). 14

15 Funcionamiento del I2C bus (Inter-Intergrated Circuit) Para poder realizar la comunicación con solo un cable de datos, el bus I2C emplea una trama (formato de los datos enviados) amplia. La comunicación costa de: - 7 bits con la dirección del dispositivo esclavo a comunicar, - 1 bit de sentido (indica si el maestro quiere enviar o recibor datos), - 1 bit de validación, - 1 o más bytes de datos enviados o recibidos del esclavo, 15-1 bit de validación.

16 Funcionamiento del I2C bus (Inter-Intergrated Circuit) Con estos 7 bits de dirección es posible acceder a 112 dispositivos en un mismo bus (16 direcciones de las 128 direcciones posibles se reservan para usos especiales) Este incremento de los datos enviados (18bits por cada 8bits de datos) supone que, en general, la velocidad del bus I2C es reducida. La velocidad estándar de transmisión es de 100khz, con un modo de alta velocidad de 400khz. 16

17 I2C bus (Inter-Intergrated Circuit) Ventajas: - Requiere menos cables que el SPI bus. - Dispone de mecanismos para chequear que la información ha llegado. Desventajas: - Su velocidad es media o baja en comparación con otros buses. - La comunicación no es full duplex, sino half duplex. - No hay verificación de que el contenido del mensaje sea correcto. 17

18 I2C bus (Inter-Intergrated Circuit) Arduino dispone de soporte I2C por hardware vinculado físicamente a ciertos pines. También es posible emplear cualquier otro grupo de pines como bus I2C a través de sofware, pero en ese caso la velocidad será mucho menor. Los pines a los que está asociado varían de un modelo a otro. La siguiente tabla muestra la disposición en alguno de los principales modelos. 18

19 LCD (Liquid Crystal Display) 20x4 - Se comunica con Arduino a través del protocolo I2C. - Se comanda a través de la librería LiquidCrystal_I2C.h LCD 20x4 Adaptador paralelo/i2c 19

20 LCD (Liquid Crystal Display) 20x4 SCL SDA VCC GND Adaptador paralelo/i2c LCD 20x4 20

21 Sensor de temperatura LM 35 - Opera con una tensión de 4 a 30 V. - Entrega una tensión de salida linealmente proporcional a la temperatura en grados Celsius: 10mV/ C. - Exactitud a 25 C de 0.5 C. - Rango de medición: -55 C a 150 C 21

22 Sensor de temperatura LM 35 Sensor de temperatura LM 35 22

23 Shields disponibles Ethernet shield Tensión de alimentación 5V (se alimenta directamente desde la tarjeta Arduino). Controlador ethernet: chip Wiznet W5100 con memoria flash de 16K. Proporciona una red IP con capacidad de comunicación TCP y UDP. Puede operar como cliente o servidor. Hasta 4 conexiones simultáneas. Velocidad: 10/100Mbps Conexión con Arduino a través del Puerto SPI (pines 10, 11, 12, 13). El pin 10 es para seleccionar la conexión Ethernet. Provista con lecto-grabadora de memoria micro-sd (pin 4 para seleccionar la memoria). Comando desde librería SPI.h Ethernet.h y SD.h. Se monta arriba de una Arduino UNO, Mega o compatibles y permite que se apilen otros shields sobre ella. 23

24 Shields disponibles Datalogger shield Tensión de alimentación 5V (se alimenta directamente desde la tarjeta Arduino). Reloj de Tiempo Real (RTC) basado en el chip DS1307. Pila de litio para mantener el chip en hora cuando el Arduino está sin alimentación. Lecto-grabadora de memoria SD. Conexión con Arduino a través del bus SPI (pines 10, 11, 12, 13). El pin 10 es el pin de selección para utilizar la memoria SD. El RTC se controla a través de los pines SCL y SDA (bus I2C). Comando desde librería DS1307RTC.h, Time.h, y SD.h. Dispone de un área experimental para soldar conectores, componentes y sensores. Se monta arriba de una Arduino UNO, o se conecta con cables a una Arduino Mega. 24

25 Circuito a realizar: (Arduino MEGA + Shield Ethernet) RTC DS 1307 LM 35 25

26 Guía de Ejercicios N 12 26