TWI интерфейс в микроконтроллерах AVR Atmega

TWI, Atmega

Вспомнил немного хардкора в хардваре с TWI интерфейсом, которым занимался несколько лет назад. Кто бы что ни говорил, а Assembler отлично прочищает мозги и развивает понимание алгоритмов. Самое главное, что я усвоил при работе с AVR микроконтроллерами на Аssembler, так это то, что все операции, все директивы, все функции должны писаться в чёткой последовательности. Ведь если записать данные в регистр не в той последовательности, то Ваша прошивка контроллера вообще не заработает. А при написании программного кода на высокоуровневых языках порой можно увидеть полное безразличие в последовательности вызова функций и методов, хотя зачастую в инструкциях к библиотекам можно прочесть, в какой последовательности нужно инициализировать тот или иной функционал, чтобы всё работало. Но кто бы их читал внимательно? Хорошо, если Вы дорогой читатель прочитали этот абзац, а не скопипастили сходу себе программный код библиотеки, который представлен ниже.

TWI интерфейс

Данный тип внутрисхемного интерфейса является аналогом интерфейса I2C , который был разработан компанией Philips в 1980-х годах. Этот интерфейс применяется как аппаратный модуль микроконтроллеров Atmega и значительно облегчает работу с шиной I2C , по которой работают другие устройства. Название отличное от I2C является результатом воздействия патентного законодательства.

Как и шина I2C , интерфейс TWI также работает по двум двунаправленным линиям связи: SDA (англ. Serial DAta) и SCL (анлг. Serial CLock). Обе линии связи подтягиваются в схеме резисторами к питанию, которое обычно составляет +5 и +3.3 Вольта. Адресное пространство в классическом варианте составляет 128 адресов, в расширенном стандарте 1024 адреса.

Существует четыре вида значимых состояний на шине, из которых состоит работа интерфейса:

• СТАРТ - изменение состояния линии SDA от 1 к 0, при неизменном состоянии SCL в 1
• СТОП - изменение состояния линии SDA от 0 к 1 , при неизменном состоянии SCL в 1
• Передача бита равного 1 - SDA в состоянии 1, SCL изменяет состояние 0-1-0
• Передача бита равного 0 - SDA в состоянии 1, SCL изменяет состояние 0-1-0

Изменение состояния SDA при SCL равном 1 не играет никакой роли и игнорируется.

Шина TWI работает по принципу Ведущий-Ведомый. Ведущий подаёт стартовую посылку, после чего начинает передачу байта информации. Как только Ведомый принял информацию, он отправляет бит подтверждения. Окончание передачи данных определяется стоповой посылкой.

Библиотека для работы с TWI интерфейсом

В данной статье представлена библиотека для работы с TWI интерфейсом, которая предназначена для микроконтроллеров Atmega48 , Atmega88 , Atmega168 , Atmega328 . Также библиотека может применяться для работы и другими микроконтроллерами Atmega, которые имеют TWI интерфейс.

Внимание. Названия регистров в различных моделях могут отличаться.

/*
 * i2c_lib.asm
 *
 * Библиотека процедур для шины i2c (Atmega48)
 * Библиотека предназначена для использования в качестве подключаемого модуля 
 * к другим проектам. 
 *
 * Библиотека работает с интерфейсом TWI в avr микроконтроллерах
 *
 * Библиотека работает с регистром r16
 *
 *  Created: 15.07.2013 23:51:32
 *   Author: Евгений Легоцкой
 */ 
 
 ;======= Стартовая посылка по шине i2c =================================================
 i2c_start:
    push    r16                 
    ldi     r16,(1<<TWINT)|(1<<TWSTA)|(1<<TWEN)  ; Выполняем посылку стартовой комбинации
    sts     TWCR,r16      ; Посылаем полученный байт в TWCR
    rcall   i2c_wait      ; Ожидание формирования start в блоке TWI
    pop     r16           ; Возвращаем данные в r16 из стека
        ret
 ;======= Стоповая посылка по шине i2c ==================================================
 i2c_stop:
    push    r16                 
    ldi     r16,(1<<TWINT)|(1<<TWSTO)|(1<<TWEN)  ; Отправляем стоповую посылку
    sts     TWCR,r16      ; Посылаем полученный байт в TWCR
    pop     r16           ; Возвращаем данные в r16 из стека
    ret
 ;======= Посылка байта информации по шине i2c ==========================================
 i2c_send:
    push    r16                 
    sts     TWDR,r16      ; Записываем передаваемый байт в регистр TWDR
    ldi     r16,(1<<TWINT)|(1<<TWEN)  ; Формируем байт, отвечающий 
                                      ; за пересылку информационного байта
    sts     TWCR,r16      ; Посылаем полученный байт в TWCR
    rcall   i2c_wait      ; Ожидание окончания пересылки байта
    pop     r16           ; Возвращаем данные в r16 из стека
    ret
 ;======= Приём информационного байта по шине i2c =======================================
 i2c_receive:
 ; Принятый байт помещается в регистр r16, поэтому рекомендуется    
 ; продумать программу так, чтобы в этот момент в нём не было 
 ; важной информации, байт не сохраняется в стеке в коде данной 
 ; процедуры
    ldi     r16,(1<<TWINT)|(1<<TWEN)|(1<<TWEA)  ; Формируем байт, отвечающий за прием 
    sts     TWCR,r16      ; Посылаем полученный байт в TWCR
    rcall   i2c_wait      ; Ожидание окончания приёма байта
    lds     r16,TWDR      ; Считываем полученную информацию из TWDR
    ret
 ;======= Приём последнего байта (NACK) =================================================
 i2c_receive_last:
 ; Принятый байт помещается в регистр r16, поэтому рекомендуется    
 ; продумать программу так, чтобы в этот момент в нём не было 
 ; важной информации, байт не сохраняется в стеке в коде данной 
 ; процедуры
    ldi     r16,(1<<TWINT)|(1<<TWEN) ; Формируем байт, отвечающий за прием информационного байта
    sts     TWCR,r16      ; Посылаем полученный байт в TWCR
    rcall   i2c_wait      ; Ожидание окончания приёма байта
    lds     r16,TWDR      ; Считываем полученную информацию из TWDR
    ret
 ;======= Ожидание готовности TWI =======================================================
 i2c_wait:
    lds     r16,TWCR      ; Загружаем значение из TWCR в r16
    sbrs    r16,TWINT     ; Функция ожидания выполняется до тех пор, пока поднят флаг 
                          ; прерывания в 1
    rjmp    i2c_wait
    ret
 ;=======================================================================================

Внимание. Также для работы библиотеки требуется инициализировать Стек микроконтроллера. Например следующим образом:

 ;======= Макросы =========================================================================
 ; Макрос вывода в порт или регистр
 .macro outi             
        ldi r16, @1 
        out @0,R16
 .endm
 ;=========================================================================================
 RESET:
    outi    SPL,Low(RAMEND)    ; Инициализация стека
    outi    SPH,High(RAMEND)