Изучаем Arduino: инструметы и методы технического волшебства

Блум Джереми

Часть III. Интерфейсы передачи данных

 

В этой части

Глава 8. Интерфейсная шина I2C

Глава 9. Интерфейсная шина SPI

Глава 10. Взаимодействие с жидкокристаллическими дисплеями

Глава 11. Беспроводная связь с помощью радиомодулей ХВее

 

Глава 8. Интерфейсная шина I

2

C

Список деталей

Для повторения примеров главы вам понадобятся следующие детали:

плата Arduino Uno;

USB-кабель В (для Uno );

1 красный светодиод;

3 желтых светодиода;

4 зеленых светодиода;

8 резисторов номиналом 220 Ом;

2 резистора номиналом 4,7 кОм;

сдвиговый регистр SN74HC595N в DIP-корпусе;

I2C датчик температуры TC74A0-5.0VAT;

перемычки;

макетная плата.

Электронные ресурсы к главе

На странице http://www.exploringarduino.com/content/ch8 можно загрузить программный код, видеоуроки и другие материалы для данной главы. Кроме того, листинги примеров можно скачать со страницы www.wiley.com/go/exploringarduino в разделе Downloads.

Что вы узнаете в этой главе

Вы уже знаете, как использовать аналоговые и цифровые вводы-выводы, но как общаться с более сложными устройствами? Плата Arduino способна раскрыть свои новые возможности, взаимодействуя через интерфейсы с множеством внешних модулей. Во многих интегральных схемах реализованы стандартные цифровые протоколы связи, упрощающие обмен данными между микроконтроллером и всевозможными периферийными устройствами. В этой главе рассмотрим шину I2C.

- 170 -

Шина I2C обеспечивает устойчивую высокоскоростную двустороннюю связь между устройствами и требует минимального числа контактов ввода-вывода.

К шине I2C подключено ведущее устройство ( обычно микроконтроллер) и одно или несколько ведомых устройств, которые получают информацию от ведущего. Далее мы опишем протокол I2C и реализуем его, чтобы связаться с цифровым датчиком температуры, возвращающим результат измерений в градусах, а не в виде произвольного аналогового значения. Опираясь на знания, полученные в предыдущих главах, вы научитесь создавать более сложные проекты.

ПРИМЕЧАНИЕ

Вы можете шаг за шагом пройти данную главу, воспользовавшись демонстрационным видеоуроком, расположенным по адресу http://www.jeremyblum.com/2011/02/13/arduino-tutorial-7-I2C-and-processing/. Этот видеоклип доступен и на сайте издательства Wiley.

 

8.1. История создания протокола I

2

C

Чтобы уяснить, почему популярен тот или иной протокол связи, лучше всего посмотреть, как он развивался с течением времени. Протокол I2C был предложен фирмой Philips в начале 1980-х годов для обеспечения низкоскоростной связи между различными интегральными микросхемами. В 1990 году этот протокол был стандартизирован и другие компании начали его использовать, выпуская свои собственные совместимые чипы. Протокол часто называют "двухпроводным", поскольку связь осуществляется по двум шинам: линии синхронизации и линии передачи данных. Хотя не все двухпроводные протоколы, строго говоря, могут называться I2C (из-за неоплаты права на использование названия), но, как правило, их называют I2C-устройствами. Так же марку KLEENEX® часто ставят даже на тех тканях, которые не производит эта фирма. Если в описании какого-то устройства сказано, что оно поддерживает "двухпроводной" протокол связи, можно быть уверенным, что оно будет работать так, как описано в этой главе.

 

8.2. Схема подключения устройств I

2

C

Подключение устройств по протоколу связи I2C иллюстрирует рис. 8.1. От предыдущих способов цифровой передачи данных, рассмотренных в этой книге, I2C отличается тем, что несколько устройств используют одни и те же линии связи: шину синхронизации сигнала (SCL) и двунаправленную шину данных (SDA). Последняя служит для отправки данных от ведущего устройства к ведомым. Обратите внимание, что на каждой шине I2C требуется установка подтягивающих резисторов.

Рис. 8.1. Схема подключения устройств I2C

8.2.1. Взаимодействие и идентификация устройств

Протокол I2C позволяет нескольким ведомым устройствам соединяться по одной шине с одним ведущим устройством. Далее роль ведущего устройства (мастера) будет играть плата Arduino. Мастер шины отвечает за инициирование обмена. Ведомые устройства не могут инициировать обмен данных, они способны только отвечать на запросы, которые посылает ведущее устройство. Так как к одной линии подключено несколько ведомых устройств, принципиально важно, что устанавливать связь может только ведущее устройство. В противном случае, сразу несколько устройств могли одновременно пытаться отправить данные, что привело бы к искажениям.

Все команды и запросы, отправленные от мастера, принимаются всеми устройствами на шине. Каждое ведомое устройство имеет уникальный 7-битовый адрес (идентификационный номер, ID устройства). Когда ведущее устройство инициирует связь, оно передает идентификатор ведомого. Ведомые устройства реагируют на данные, передающиеся по шине, только тогда, когда они направлены в их адрес.

Адрес каждого устройства на шине I2C должен быть уникальным. Некоторые устройства I2C имеют настраиваемые адреса, а другие - фиксированный адрес, заданный производителем. При подключении к одной шине нескольких I2C-устройств, необходимо чтобы у них были различные идентификаторы.

Датчики температуры обычно допускают перепрограммирование I2C-адреса, поэтому на одной шине I2C может быть несколько таких датчиков. Далее мы рассмот

- 172 -

рим датчик температуры ТС74. Из рис. 8.2 видно, что этот датчик может иметь несколько разных адресов. В примерах данной главы у датчика TC74A0-5.0VAT (исполнение ТО-220) I2C-адрес задан как 1001000.

Рис. 8.2. Фрагмент технического описания датчика ТС74. расшифровка обозначения и варианты адресов I2C

Поскольку выпускаются датчики температуры с восьмью различными идентификационными номерами, к одной шине I2C можно подключить до восьми разных датчиков. Для написания программ для этих датчиков необходимо знать их ID, чтобы отправлять правильные команды.

В датчиках другого типа, например, AD7414 и AD7415 есть контакт (AS), который позволяет настроить адрес устройства I2C. Взгляните на данные датчика AD7414 из документации (рис. 8.3).

Датчик AD7414 выпускается в четырех вариантах исполнения, с контактом AS и без него. Адрес устройства, снабженного контактом AS, зависит от состояния этого контакта: отключен, подключен к питанию или земле.

Table 4. 1 1 С Address Selection

Рис. 8.3. Фрагмент технического описания датчика AD7414. цоколевка и варианты адресов I2C

- 173 -

8.2.2. Требования к оборудованию и подтягивающие резисторы

Из рис. 8.1 ясно, что типовая конфигурация шины I2C требует наличия подтягивающих резисторов на линиях синхронизации и передачи данных. Номинал резисторов зависит от ведомых устройств, данные можно посмотреть в документации на эти устройства. Мы рекомендуем взять резисторы номиналом 4,7 кОм, - это стандартное значение, которое указано во многих справочниках.

 

8.3. Связь с датчиком температуры I2C

Организация обмена данными с устройством I2C зависит от требований конкретного устройства. К счастью, наличие в Arduino библиотеки I2C освобождает от необходимости программирования операций синхронизации процесса обмена. Далее мы рассмотрим организацию обмена данными с I2C-датчиком температуры. Этот пример позволит в будущем легко осуществить обмен с другими устройствами I2C.

Основные шаги для управления любым I2C-устройством таковы:

• Мастер посылает стартовый бит.

• Мастер посылает 7-разрядный адрес ведомого устройства.

• Мастер устанавливает на шине данных "1" (чтение) или "0" (запись) в зависимости от того, хочет ли он отправить данные в ведомое устройство или получить данные от него.

• Ведомое устройство выставляет бит АСК (логический уровень низкий).

• В режиме записи, мастер передает один байт информации, ведомое устройство выдает бит АСК. В режиме чтения, мастер получает один байт и посылает бит АСК в ведомое после каждого байта.

• Когда связь завершена, мастер посылает стоп-бит.

8.3.1. Сборка схемы устройства

Чтобы убедиться, что наша программа будет работать, как ожидалось, можно выводить показания от датчика температуры в монитор последовательного порта. Это цифровой датчик, и он выдает показания в градусах. В отличие от датчиков температуры, описанных в предыдущих главах, вам не нужно беспокоиться о преобразовании аналогового значения к фактической температуре. Это очень удобно! Подключите датчик температуры к плате Arduino, как показано на рис. 8.4.

Обратите внимание, что выводы SDA и SCL датчика подключены к контактам А4 и

AS платы. Напомним, что SDA и SCL - это линия передачи данных и линия синхронизации, соответственно. Контакты Arduino А4 и AS мультиплексируются между аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и аппаратным интерфейсом I2C.

При инициализации библиотеки Wire эти контакты подключены к контроллеру I2C

в ATmega, обеспечивая взаимодействие объекта Wire с I2C-устройствами. При этом

- 174 -

Рис. 8.4. Схема подключения датчика температуры использовать А4 и AS как аналоговые входы нельзя, потому что они заняты обменом с устройствами I2C.

8.3.2. Анализ технического описания датчика

Теперь нужно написать программу, которая определяет действия Arduino для получения данных от I 2 С-датчика температуры. С помощью библиотеки Wire сделать это довольно легко. Чтобы не допустить ошибки, следует внимательно прочесть справочную информацию об алгоритме связи, который поддерживает именно этот чип. Давайте проанализируем протокол взаимодействия, представленный в таблицах и на графиках, показанных на рис. 8.5 и 8.6.

На рис. 8.6 показано, как осуществлять чтение и запись данных для датчика ТС74.

Микросхема имеет два регистра: в первом хранится значение текущей температуры

- 175 -

рис. 8.5. Протокол обмена датчика ТС74

в градусах Цельсия, во втором - информация о конфигурации чипа (включая режим ожидания и режим передачи данных). Это ясно из табл. 4.1 на рис. 8.6. Нет необходимости вникать в юоансы конфигурации, требуется только получить значение температуры от устройства. В табл. 4.3 и 4.4 на рис. 8.6 показано, как хранится информация о температуре внутри 8-разрядного регистра.

В секции Write Byte fonnat на рис. 8.5 показано, как прочитать значение температуры из ТС74:

• послать адрес устройства в режиме записи и выставить 0, чтобы указать, что нужно перейти в режим чтения из регистра данных;

• отправить на адрес устройства команду запроса (1 байт) на чтение информации от устройства;

• подождать прихода всех 8 битов информации о значении температуры.

Теперь становится понятно, как работать с подобными I2C-устройствами. Если вы еще не все уяснили, поищите в Интернете примеры программ подключения Arduino

- 176 -

Рис. 8.6. Страница из технического описания датчика ТС742

- 177 -

к различным устройствам I2C. Далее перейдем к написанию программы, которая выполняет три действия, описанные ранее.

8.3.3. Написание программы

Как уже упоминалось, в Arduino есть библиотека Wire для связи устройств по протоколу I2C. После подключения библиотеки можно читать данные из устройства и записывать данные в него. Загрузите код из листинга 8.1, который иллюстрирует преимущества функций, встроенных в библиотеку Wire.

Листинг 8.1. Чтение данных с I 2 C-датчика температуры - read_temp.ino

// Чтение температуры из I2C-датчика

// и вывод значений в последовательный порт

// Подключение библиотеки Wire

#include

int temp_address=72; // Запись адреса 1001000

void setup()

{

// Запуск последовательного порта

Serial.begin(9600);

// Создание объекта Wire

Wire.begin();

}

void loop()

{

// Отправка запроса

// Выбор устройства отправкой адреса устройства

Wire.beginTransmission(temp_address);

// Установка бита asking в 0 для чтения

Wire.write(0);

// Отправка стоп-бита

Wire.endTransmission();

// Чтение температуры из устройства

// Получить 1 байт по адресу устройства

Wire.requestFrom(temp_address, 1);

// Ожидание ответа

while(Wire.available() == 0);

// Чтение данных в переменную

int с = Wire.read();

// Перевод данных из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта

int f = round(c*9.0/5.0 +32.0);

- 178 -

// Отправка значения в градусах Цельсия и Фаренгейта

// в последовательный порт

Serial.print(c);

Serial.print("C ");

Serial.print(f);

Serial.println("F");

delay(500);

}

Рассмотрим программу подробнее. Команда Wire.beginTransmission() начинает общение с ведомым устройством, отправляя адрес (уникальный идентификатор) устройства. Команда wire.write(0) отправляет "0", указывая, что вы хотите читать из регистра температуры. Затем передаем стоп-бит, вызывая функцию Wire.endTransmission(), чтобы указать окончание записи на устройство. Далее мастер получает информацию от ведомого устройства I2C. Команда Wire.requestFrom() мастер запрашивает получение одного байта данных из I2C-устройства. Команда Wire.available() будет блокировать выполнение остальной части кода, пока данные не станут доступны на линии I2C. Наконец, 8-разрядное значение считывается в переменную командой Wire.read().

Программа из листинга 8.1 также преобразует температуру по Цельсию в градусы Фаренгейта. Формулу такого преобразования можно найти в Интернете. В нашем примере результат округлен до целого числа.

Теперь запустите код листинга 8.1 на плате Arduino и откройте монитор последовательного порта. Вы должны увидеть вывод данных в последовательный порт, который выглядит примерно так, как на рис. 8.7.

Рис. 8.7. Отправка данных из I2C-датчика температуры в последовательный порт

- 179 -

 

8.4. Проект, объединяющий регистр сдвига, последовательный порт и шину I

2

C

Теперь у нас есть простая схема, получающая данные от I2C-устройства и выводящая результаты в последовательный порт, и можно сделать нечто более интересное. Подключив сдвиговый регистр ( см. главу 7), а также Processing-приложение, визуализируем температуру на экране компьютера.

8.4.1. Создание системы мониторинга температуры

Сначала соберем схему устройства (рис. 8.8). По существу нужно лишь добавить сдвиговый регистр к схеме, изображенной на рис. 8.4.

Рис. 8.8. I2C-датчик температуры с гистограммным индикатором на основе сдвигового регистра

- 180 -

8.4.2. Модификация кода программы

Чтобы упростить последовательную связь с Processing-приложением и реализовать функциональность сдвигового регистра, в листинг 8.1 нужно внести два изменения.

Во-первых, измените операторы вывода данных в последовательный порт следующим образом:

Serial.print(c);

Serial.print("C,");

Serial.print(f);

Serial.print("F.");

Программа на Processing должна выдавать температуру в градусах Цельсия и Фаренгейта. Заменяя пробелы и символы возврата каретки запятыми и точками, можно отображать данные в виде, удобном для анализа.

Во-вторых, нужно добавить фрагмент кода для работы со сдвиговым регистром ( см. главу 7) и изменить функцию map(), приводящую светодиодные значения к требуемому диапазону температур. Еще раз взгляните на листинг 7.3, откуда мы возьмем большую часть кода и внесем туда небольшие коррективы. Сначала уменьшим число элементов массива для отображения гистограммы с девяти до восьми. Это нужно, чтобы один светодиод показывал, что система работает (нулевой элемент исключаем из массива). Также следует изменить значение переменных для масштабирования, чтобы отобразить интересующий диапазон температур.

Я выбрал диапазон от 24 до 31°С (75-88 F), но вы можете задать любой другой.

Листинг 8.2 содержит полный текст программы.

Листинг 8.2. Чтение данных с I 2 C-датчика температуры с отображением на светодиодной гистограмме и отправкой в последователный порт -

// Чтение температуры из I2C-датчика температуры,

// отображение на светодиодной гистограмме и вывод

// в Processing-приложение

// Подключение библиотеки Wire

#include

// Контакт для подключения вывода DATA

const int SER =8;

const int LATCH =9; // Контакт для подключения вывода LATCH

const int CLK =10; // Контакт для подключения вывода CLOCK

int temp_address = 72;

// Задание значений светодиодов

int vals[8]На русском: http://wiki.amperka.ru/видеоуроки:5-моторы-и-транзисторы.
= {1,3,7,15,31,63,127,255};

void setup()

{

// Запуск последовательного порта

Serial.begin(9600);

// Создание объекта Wire

Wire.begin();

- 181 -

// Установить контакты на вывод (OUTPUT)

pinMode(SER, OUTPUT);

pinMode(LATCH, OUTPUT);

pinMode(CLK, OUTPUT);

}

void loop()

{

// Отправка запроса

// Выбор устройства отправкой адреса устройства

Wire.beginTransmission(temp_address);

// Установка бита asking в 0 для чтения

Wire.write(0);

// Отправка стоп-бита

Wire.endTransmission();

// Чтение температуры из устройства

// Получить 1 байт по адресу устройства

Wire.requestFrom(temp_address, 1);

// Ожидание ответа

while(Wire.available() == 0);

// Присваивание полученного значения переменной

int с = Wire.read();

// Масштабирование температуры для светодиодной гистограммы

int graph = map(c, 24, 31, 0, 7);

graph = constrain(graph,0,7);

digitaJWrite(LATCH, LOW);

// LATCH - низкий - начало отправки

shiftOut(SER, CLK, MSBFIRST, vals[graph]); // Отправка, старший

// бит - первый

digitalWrite(LATCH, HIGH);

// LATCH - высокий, окончание отправки

// Перевод данных из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта

int f = round(c*9,0/5,0 +32,0);

// Отправка значения в градусах Цельсия и Фаренгейта

// в последовательный порт

Serial.print(c);

Serial.print("C,");

Serial.print(f);

Serial.print("F.");

delay(500);

}

После загрузки кода листинга 8.2 в плату Arduino можно наблюдать, как меняется цвет светодиодов при изменении температуры. Дотроньтесь до датчика рукой, чтобы повысить температуру. Светодиодная гистограмма должна измениться. Теперь

- 182 -

нужно написать программу на Processing, которая будет отображать значение температуры на компьютере в удобном для чтения формате.

8.4.3. Написание программы на Processing

На данный момент плата Arduino уже передает необработанные данные на компьютер. Необходимо написать программу обработки, которая сможет интерпретировать их и отобразить на компьютере в удобном виде.

Так как обновлять текст нужно в режиме реального времени, необходимо сначала узнать, как загрузить шрифты в программу на Processing. Откройте Processing приложение и создайте новый пустой проект. Сохраните файл, прежде чем продолжить. Затем через контекстное меню Tools -> Create Font вызовите окно, которое изображено на рис. 8.9.

Рис. 8.9. Загрузка шрифтов в Processing-приложение

Выберите свой любимый шрифт и размер (для этой программы я рекомендую размер около 200). После этого нажмите кнопку ОК. Шрифт будет автоматически установлен в папку data данного проекта.

Программа на Processing должна выполнить следующее:

• Сгенерировать графическое окно на компьютере для отображения данных температуры в градусах Цельсия и Фаренгейта.2

- 183 -

• Прочитать входящие данные из последовательного порта, преобразовать их и сохранить значения в локальных переменных для отображения на компьютере.

• Постоянно обновлять экран при получении новых значений из последовательного порта.

Скопируйте код из листинга 8.3, задайте правильное наименование порта для вашего компьютера и имя выбранного шрифта. Подключите плату Arduino к компьютеру и нажмите на кнопку Выполнить. И наслаждайтесь волшебной картинкой!

Листинг 8.3. Программа на Processing для отображения данных температуры - display_temp.pde

// Отображение температуры, получаемой с I2C-датчика

import processing.serial.*;

Serial port;

String temp_c = "";

String temp_f = "";

String data = "";

int index = 0;

PFont font;

void setup()

{

size(400,400);

// Измените "СОМ9" на имя вашего последовательного порта

port = new Serial(this, "СОМ9", 9600);

port.bufferUntil('.');

// Измените имя шрифта, выбранное вами

font = loadFont("AgencyFB-Bold-200.vlw");

textFont(font, 200);

}

void draw()

{

background(0,0,0);

fill(46, 209, 2);

text(temp_c, 70, 175);

fill(0, 102, 153);

text(temp_f, 70, 370);

}

void serialEvent (Serial port)

{

data = port.readStringUntil('.');

data = data.substring(0, data.length() - 1);

// Ищем запятую - разделитель данных по Цельсию и Фаренгейту

index = data.indexOf(",");

- 184 -

// Получить температуру в градусах Цельсия

temp_c = data.substring(0, index);

// Получить температуру по Фаренгейту

temp_f = data.substring(index+1, data.length());

}

Как и в предыдущих примерах на Processing, программа начинается с импорта библиотеки serial и настройки последовательного порта. В секции setup() задается размер окна отображения, загружается сгенерированный шрифт и настраивается загрузка данных последовательного порта в буфер до получения символа точки.

Функция draw() заполняет фон окна черным цветом и выводит значения температуры по Цельсию и по Фаренгейту двумя цветами. С помощью команды fill() вы сообщаете Processing о цвете (в значениях RGB) следующего элемента, который будет добавлен на экран. Функция serialEvent() вызывается при наступлении события bufferuntil(), она считывает содержимое буфера в строку, а затем разбивает его, учитывая расположение запятой. Два значения температуры хранятся в переменных, которые затем выводятся в окно приложения.

Результат выполнения программы показан на рис. 8.10.

Рис. 8.10. Отображение температуры на Processing

При изменении температуры датчика данные в окне Processing-приложения, а также светодиодная гистограмма должны обновиться.

ПРИМЕЧАНИЕ

Для просмотра демонстрационного видеофильма системы мониторинга температуры посетите страницу http:/lwww.exploringarduino.com/content/ch8. Этот видеофильм доступен также на сайте издательства Wiley.

- 185 -

Резюме

В этой главе вы узнали следующее:

• Как организовать связь платы Arduino с несколькими I2C ведомыми 2 устройствами (если они имеют разные адреса) по двухпроводному протоколу I c.

• Как библиотека Wire облегчает связь с I2C-устройствами, подключенными к выводам А4 и А5 платы.

• Как объединить связь по протоколу I2C со сдвиговыми регистрами и обменом по последовательному порту для создания более сложных систем.

• Как генерировать шрифты для динамически обновляемых текстов в программе на Processing.

• Как отображать данные, полученные от I2C-устройств, подключенных к Arduino, с помощью приложения на Processing.

 

Глава 9. Интерфейсная шина SPI

Интерфейсная

Список деталей

Для повторения примеров главы вам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno;

• USB-кабель В (для Uno );

• 1 красный светодиод;

• 1 желтый светодиод;

• 1 зеленый светодиод;

• 1 синий светодиод;

• 4 резистора номиналом 100 Ом;

• 2 резистора номиналом 4,7 кОм;

• динамик;

• цифровой SPI потенциометр МСР4231;

• перемычки;

• макетная плата.

Электронные ресурсы к главе

На странице http://www.exploringarduino.com/content/ch9 можно загрузить программный код, видеоуроки и другие материалы для данной главы. Кроме того, листинги примеров можно скачать со страницы www.wiley.com/go/exploringarduino в разделе Downloads.

Что вы узнаете в этой главе

Вы уже знакомы с двумя интерфейсами связи, используемыми платой Arduino: шиной I2C и последовательной шиной UART. В этой главе вы узнаете о третьем интерфейсе цифровой связи, поддерживаемом аппаратными средствами Arduino, о последовательной шине периферийного интерфейса (или SPI).

В отличие от I2C, шина SPI имеет отдельные линии для отправки и получения данных, а также дополнительную линию для выбора ведомого устройства. Это требует

- 187 -

наличия дополнительных выводов, но устраняет проблему адресации ведомого устройства. SPI-интерфейс, по сравнению с более высокой скорости. Далее мы рассмотрим встроенную в Arduino IDE библиотеку SPI и аппаратные средства платы Arduino для подключения цифрового потенциометра. С помощью цифрового потенциометра будем регулировать яркость светодиода и громкость динамика, что позволит создать простое устройство, формирующее световые и звуковые эффекты.

ПРИМЕЧАНИЕ

Вы можете шаг за шагом посмотреть демонстрационный видеоурок к главе, расположенный по адресу http://www.jeremyblum.com/2011/02/2011/02/20/ardulno-tutorial-8-spl-lnterfaces. Этот видеоурок также доступен на сайте издательства Wiley.

 

9.1. Общие сведения о протоколе SPI

Интерфейс SPI, разработанный компанией "Моторола", представляет собой полнодуплексный последовательный стандарт связи, который поддерживает одновременный двунаправленный обмен данными между ведущим устройством (мастером)

и одним или несколькими подчиненными. Поскольку протокол SPI не имеет формального стандарта, работа различных устройств SPI может немного отличаться (например, различно число передаваемых в пакете битов или может отсутствовать линия выбора ведомого устройства). Далее рассмотрим общепринятые команды SPI, которые поддерживаются в Arduino IDE.

ВНИМАНИЕ!

Так как техническая реализация протокола SPI может быть разной, необходимо изучать техническое описание, прилагаемое к каждому устройству.

В зависимости от требований конкретного устройства существуют четыре основных способа реализации протокола SPI. SPI-устройства выступают при обмене в качестве подчиненных синхронных устройств, данные синхронизируются с тактовым сигналом (SCLK). Подчиненное устройство может воспринимать данные либо по положительному, либо по отрицательному фронту тактового сигнала (так называемая фаза синхронизации), а активное состояние SCLK по умолчанию может быть высоким или низким уровнем (так называемая полярность синхронизации).

В итоге получается, что обмен SPI в общей сложности можно настроить четырьмя способами (табл. 9.1).

Таблица 9.1. Режимы SP/ в Arduino IDE

No Режим SPI Полярность синхронизации Фаза синхронизации
1 Mode O LOW По фронту синхросигнала
2 Mode 1 LOW По спаду синхросигнала

- 188 -

Таблица 9.1 (окончание)

No Режим SPI Полярность синхронизации Фаза синхронизации
3 Mode 2 HIGH По спаду синхросигнала
4 Mode 3 HIGH По фронту синхросигнала

 

9.2. Подключение устройств SPI

Систему обмена данными через SPI несложно настроить. Для связи между мастером и всеми подчиненными устройствами используется три вывода:

• последовательный сигнал синхронизации (SCLK);

• выход ведущего, вход ведомого (MOSI);

• вход ведущего, выход ведомого (MISO).

У каждого ведомого устройства также есть контакт выбора данного устройства (контакт SS). Следовательно, общее число портов ввода-вывода, необходимых на мастер-устройстве, всегда будет 3+n, где n - число ведомых устройств. Пример SPI-системы с двумя ведомыми устройствами изображен на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Пример конфигурации SPI-устройств

- 189 -

9.2.1. Конфигурация интерфейса SPI

Любой интерфейс SPI содержит, как минимум, четыре линии передачи данных. Для каждого ведомого устройства добавляются дополнительные линии SS. Прежде чем отправлять или получать данные через SPI, нужно выяснить, что делают эти линии ввода-вывода и как они должны быть подключены (табл. 9.2).

Таблица 9.2. Описание линий ввода-вывода интерфейса SPI

Линии SPI Описание
MOSI Линия для отправки последовательных данных от ведущего устройства к ведомому
MISO Линия для отправки последовательных данных от ведомого устройства к ведущему
SCLK Линия синхронизации последовательных данных
SS Линия выбора ведомого устройства, активный уровень - низкий

В отличие от интерфейса I2C, подтягивающие резисторы здесь не требуются, и протокол полностью двунаправленный. Итак, чтобы подключить устройство SPI к плате Arduino, необходимо соединить его с контактами MOSI, MISO, SCLK и SS.

После этого все готово к использованию Arduino библиотеки SPI.

Так как SPI не является универсальным стандартом, некоторые производители устройств SPI могут по-разному называть линии связи SPI. Линию выбора ведомого иногда называют CS, линию синхронизации - CLK; контакты MOSI и MISO ведомых устройств называют входом последовательных данных (SDI) и выходом последовательных данных (SDO) соответственно.

9.2.2. Протокол передачи данных SPI

Передача данных по SPI синхронизируется тактовым сигналом и зависит от состояния линий SS. Все команды, отправляемые мастером, проявляются на входах MOSI, MISO, SCLK всех ведомых устройств. Состояние контакта SS сообщает устройству, игнорировать эти данные или принимать. При написании программы следует учитывать, что при передаче данных только один контакт SS должен иметь низкий уровень.

Последовательность действий для связи с устройством SPI выглядит следующим образом:

1. У становить низкий уровень на линии SS устройства, с которым хотите установить связь.

2. Переключать на тактовой линии уровень сигнала вверх и вниз со скоростью, меньшей или равной скорости передачи, поддерживаемой ведомым устройством.

3. На каждом такте отправлять 1 бит данных по линии MOSI или получать 1 бит данных по линии MISO.

- 190 -

4. Продолжать, пока передача (или прием) не закончится, и остановить переключения тактовой линии.

5. Установить на SS высокий уровень.

Обратите внимание, что на каждом такте данные должны быть отправлены (или получены). Например, далее в сценарии связи с цифровым потенциометром плата Arduino будет посылать данные, но ничего не получать от ведомого устройства.

 

9.3. Сравнение SPI и I

2

C

Многие виды устройств, в том числе акселерометры, цифровые потенциометры, дисплеи и т. п., доступны и в SPI- и в I2C-версиях. Что лучше выбрать? В табл. 9.3

перечислены некоторые преимущества устройств I2C и SPI. В конечном счете, выбор устройства зависит от конкретной ситуации. Большинство начинающих считают, что работать с устройствами SPI легче, чем с устройствами I2C.

Таблица 9.3. Сравнение протоколов SPI и I2C

Преимущества SPI Преимущества I 2 C
Может работать на более высокой скорости Для организации обмена требуется только две линии
Легче программируется Имеет аппаратную поддержку Arduino
Не требует подтягивающих резисторов
Имеет аппаратную поддержку Arduino

 

9.4. Подключение цифрового потенциометра SPI

Теперь пора применить полученные знания на практике. Рассмотрим устройство управления яркостью светодиодов с помощью цифрового потенциометра ( кратко называемого digipot). В данном примере используем микросхему SPI цифрового потенциометра МСР4231 10ЗЕ. Доступно несколько вариантов данного чипа с различным значением сопротивления. Как и обычный потенциометр, цифровой имеет регулируемый вывод, который определяет сопротивление между двумя выводами микросхемы. Микросхема МСР4231 содержит два потенциометра на одном корпусе. Разрядность каждого из них составляет 7 бит, что определяет 128 значений в диапазоне от 0 до 10 кОм. Сначала с помощью цифрового потенциометра будем менять яркость свечения светодиода, а затем используем digipot для регулировки громкости динамика. Завершив эти два проекта, вы получите основу для реализации более сложных конструкций.

9.4.1. Техническое описание МСР4231

Прежде всего, следует изучить техническое описание микросхемы МСР4231, которое можно найти через поисковую систему Google. Ссылки на техническое опи-

- 191 -

сание для МСР4231 присутствуют на странице www.exploringarduino.com/content/ch9.

В техническом описании можно найти ответы на следующие вопросы:

• цоколевка микросхемы;

• какие выводы являются управляющими;

• как регулируется в данной микросхеме сопротивление потенциометра;

• какие команды SPI необходимы, чтобы управлять двумя потенциометрами.

Чтобы найти ответы на эти вопросы, на рис. 9.2-9.4 приведены некоторые важные фрагменты технического описания. Прежде всего, взгляните на цоколевку микросхемы МСР4231, изображенную на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Цоколевка микросхемы МСР4231

При подготовке к работе с новым устройством необходимо сначала разобраться с назначением контактов. Вот назначение выводов МСР4231:

• РОА, POW и РОВ -выводы первого потенциометра;

• PIA, PIW и PIB-выводы второго потенциометра;

• VDD -вывод питания микросхемы 5 В;

• VSS -вывод подключения к земле;

• CS-контакт SS для интерфейса SPI, черта сверху означает, что активный уровень низкий (0 В -чип выбран, 5 В -не выбран);

• SDI и SDO - контакты последовательного ввода и вывода данных ( соответствуют MOSI и MISO);

• SCK -линия синхронизации SPI;

• SHDN и WP -контакты для выключения и защиты от записи, соответственно.

Для МСР4231 контакт WP не задействован и его можно игнорировать. Активный уровень на контакте SHDN низкий, как и на выводе CS. При низком уровне средний вывод потенциометра отключен. Чтобы потенциометр был всегда включен, необходимо соединить контакт SHDN непосредственно с шиной 5 В.

Далее необходимо узнать полное сопротивление потенциометра и сопротивление среднего вывода. Подобно обычному потенциометру, сопротивление между клеммами А и В в цифровом тоже постоянно. Средний вывод также имеет собственное

- 192 -

сопротивление, и это нужно принимать во внимание. Обратимся к пятой странице технического описания (рис. 9.3).

Прежде всего, выясним полное сопротивление потенциометра, обозначаемое R д в,

Доступны четыре варианта этого чипа, каждый с разным значением сопротивления (от 5 до 100 кОм). Далее используем вариант 103, сопротивление которого составляет примерно 10 кОм. Важно отметить, что цифровые потенциометры, как правило, имеют довольно большой разброс (из рис. 9.3 видно, что фактическое сопротивление может изменяться на ±20% ). Также следует отметить, что собственное сопротивление среднего вывода потенциометра составляет от 75 до 160 Ом. Это сопротивление нужно учитывать, особенно при управлении динамиком или светодиодом.

AC/DC CHARACTERISTICS (CONTINUED)

Рис. 9.3. Фрагмент технического описания микросхемы МСР4231

Далее разберемся с командами для управления цифровым потенциометром. На МСР4231 необходимо отправить две команды. Первая определяет выбор нужного потенциометра, вторая устанавливает текущее значение сопротивления выбранного потенциометра. Формат команд приведен на рис. 9.4.

Из рис. 9.4 ясно, что существуют два вида команд: 8-разрядные и 16-разрядные.

Первая команда позволяет увеличить сопротивление потенциометра, вторая установить произвольное значение сопротивления. Рассмотрим 16-битовую команду, обеспечивающую большую гибкость. По шине данных передается адрес ячейки памяти, код команды ( чтение, запись, приращение или уменьшение) и значение данных.

Рис. 9.4. Формат команд МСР4231

В техническом описании приведены адреса регистров, связанных с каждым потенциометром. Регистр первого потенциометра расположен в ячейке памяти по адресу 0, второго - по адресу 1. Зная это, можно отправить необходимые команды на установку значений для каждого потенциометра. Чтобы задать значение для первого потенциометра, первый байт будет содержать В00000000, а второй - величину сопротивления (0-128). Чтобы установить значение для второго потенциометра, первый байт будет равен B000 10000, а второй - величине сопротивления. Как видно из рис. 9.4, первые 4 бита первого байта- это адрес регистра памяти, следующие 2 бита- код команды (00 - для записи), следующие 2 бита - это старшие биты величины сопротивления (должны быть равны нулю, потому что максимальное значение для этого потенциометра составляет 128).

Вот и все, что нужно знать для взаимодействия цифрового потенциометра с платой Arduino. Теперь подключим его, чтобы управлять яркостью светодиодов.

9.4.2. Описание схемы устройства

Чтобы в полной мере проверить знания протокола SPI, возьмем две микросхемы MCP4231, что даст нам четыре управляемых потенциометра. Каждый из них подключен последовательно со своим светодиодом (красным, желтым, зеленым и синим) и регулирует его яркость. Задействованы только две клеммы потенциометра.

Один контакт каждого потенциометра подключен через резистор к шине 5 В, второй ( средний вывод) - к аноду светодиода. Схема подключения одного светодиода изображена на рис. 9.5.

Катод светодиода подключен к земле. Когда сопротивление цифрового потенциометра минимально, ток течет от источника 5 В через резистор 100 Ом и средний вывод потенциометра (имеющий сопротивление - 75 Ом) и далее через светодиод.

Когда сопротивление потенциометра максимально, ток течет через резистор 100 Ом, потенциометр (- 10 кОм), а затем через светодиод. Даже при полностью выведенном потенциометре сопротивление участка цепи будет 175 Ом, что достаточно для ограничения тока через светодиод. При увеличении и уменьшении сопротивления цифрового потенциометра меняется ток через светодиод, а следовательно, его яркость. Этот метод регулирования яркости может оказаться очень полезным, если заняты все выводы ШИМ.

- 194 -

Рис. 9.5. Схема подключения светодиода к потенциометру

Рис. 9.6. Схема подключения цифровых потенциометров

- 195 -

Теперь, учитывая цоколевку, подсоединяем цифровые потенциометры к шине SPI.

На плате Arduino Uno контакт 13 - это SCK, контакт 12 - MISO, контакт 11 MOSI. Контакт 10 будем использовать как SS для одного чипа, а контакт 9 - как SS для другого чипа. Схема подключения приведена на рис. 9.6. Помните, что каждую из микросхем нужно подключить к своей линии SCK, MISO и MOSI.

Еще раз проверьте, что все правильно подключено, и перейдем к написанию программы управления яркостью светодиодов.

9.4.3. Написание программы

Чтобы проверить, что все подключено правильно и работает, напишем простую программу с использованием библиотеки SPI для управления яркостью четырех светодиодов.

Библиотека SPI встроена в Arduino IDE, что сильно облегчает организацию обмена по протоколу SPI. Все, что остается программисту, - подключить библиотеку SPI и отправить данные в соответствии с протоколом SPI с помощью встроенных команд. Конечно, необходимо переключать флажки SS для выбора устройства.

Чтобы отправить команду одному из цифровых потенциометров на изменение яркости светодиода, необходимо выполнить следующее:

• установить на выводе SS требуемой микросхемы низкий уровень;

• отправить байт команды на выбранный потенциометр;

• отправить байт данных - значение для выбранного потенциометра;

• установить на выводе SS выбранной микросхемы высокий уровень.

Программа, приведенная в листинге 9.1, выполняет все описанные шаги: выбирает контакт SS, посылает байт выбора потенциометра и байт значения потенциометра по протоколу SPI. Функция SPI. begin() инициализирует аппаратный интерфейс SPI на плате Arduino и после этого для передачи данных по шине SPI можно использовать команду SPI. transfer().

Контакт выбора SS для первой микросхемы подключается к контакту 10 платы, для второй - к контакту 9. Функция settled() получает номер контакта SS, адрес регистра микросхемы и значение уровня потенциометра и передает данные в соответствующий чип. В цикле loop() яркость всех четырех светодиодов сначала увеличивается, а затем уменьшается. Загрузите программу на плату Arduino и увидите этот эффект.

ПРИМЕЧАНИЕ

Посмотреть видеоклип, демонстрирующий работу SPI цифрового потенциометра в качестве регулятора яркости, можно на странице http:/1 www.exploringarduino.com/content/ch9. Этот видеофайл доступен также на сайте издательства Wiley.

Освоив простой пример, в следующем разделе создадим более сложное устройство, добавив звуковой эффект.

- 196 -

Листинг 9.1. Управление несколькоими SPI цифровыми потенциометрами - SPI_led.ino

// Изменение яркости светодиодов не с помощью ШИМ,

// а регулировкой напряжения

// Подключение библиотеки SPI

#include

// При подключении библиотеки SPI

// по умолчанию используются контакты

// 11 = MOSI, 12 = MISO, 13 = CLK

const int SS1=10; // Контакт выбора SS микросхемы 1

const int SS2=9; // Контакт выбора SS микросхемы 2

const byte REG0=B00000000; // Команда записив регистр 0

// (выбор первого потенциометра)

const byte REG1=B00010000; // Команда записи в регистр 1

// (выбор второго потенциометра)

void setup()

{

// Настройка контактов выбора SS на выход

pinMode(SS1, OUTPUT);

pinMode(SS2, OUTPUT);

// Инициализация аппаратного SPI

SPI.begin();

}

// Подпрограмма выбора и отправки данных для каждого светодиода

// Chip 1 (SS 10) регистр 0 - красный

// Chip 1 (SS 10) регистр 1 - желтый

// Chip 2 (SS 9) регистр о - зеленый

// Chip 2 (SS 9) регистр 1 - синий

void setLed(int SS, int reg, int level)

{

digitalWrite(SS, LOW); // Установить SS в низкий уровень (выбор)

SPI.transfer(reg); // Отправка команды

SPI.transfer(level); // Отправка значения (0-128)

digitalWrite(SS, HIGH); // Установить SS в высокий уровень

}

void loop()

{

for (int i=0; i<=128; i++)

{

setLed(SS1, REG0, i);

setLed(SS1, REG1, i);

- 197 -

setLed(SS2, REG0, i);

setLed(SS2, REG1, i);

delay(10);

}

delay (300);

for (int i=128; i>=0; i--)

{

setLed ( SS1,REG0,i);

setLed ( SS1,REG1,i);

setLed(SS2,REG0,i);

setLed(SS2,REG1,i);

delay(10);

}

delay(300);

}

 

9.5. Создание световых и звуковых эффектов с помощью цифровых потенциометров SPI

Управление яркостью светодиодов- хороший пример для изучения протокола SPI, но менять яркость свечения можно и посредством ШИМ. Далее мы добавим в проект регулировку громкости звука, что невозможно реализовать с помощью ШИМ. Как упоминалось в главе 5, в Arduino IDE есть библиотека Топе, позволяющая генерировать на произвольном контакте платы Arduino меандр заданной частоты для воспроизведения звуков. Однако управлять громкостью звука при этом нельзя. Затем мы собрали регулятор громкости, включив потенциометр последовательно с динамиком. Теперь используем цифровой потенциометр SPI для создания различных звуковых эффектов.

ПРИМЕЧАНИЕ

Данный проект может послужить основой для разработки многих гораздо более интересных устройств. Досконально разобравшись с описанной далее схемой и кодом программы, вы сможете творчески переработать эти идеи и создавать свои собственные оригинальные конструкции на основе платы Arduino.

9.5.1. Описание схемы устройства

Схема устройства похожа на предыдущую (см. рис. 9.6). Оставим три светодиода из четырех, а вместо последнего подключим динамик. Один вывод цифрового потенциометра, идущий к динамику, соединим через резистор с контактом платы Arduino, который будет генерировать сигнал различной частоты. Сформированный меандр проходит через цифровой потенциометр, который меняет напряжение на динамике, а следовательно, громкость звучания. Измените предыдущую схему так, как показано на рис. 9. 7.

- 198 -

Рис. 9.7. Схема управления светодиодами и громкостью динамика

Можете также поэкспериментировать с подключением аналоговых датчиков, чтобы световой и звуковой эффект зависел от освещения, движения и др.

9.5.2. Модификация программы

Внесем несколько простых изменений в нашу предыдущую программу для управления светодиодами (см. листинг 9.1). Добавьте переменную для контакта, подключенного к динамику, а также переменную для установки частоты сигнала, подаваемого на динамик. При желании внутри цикла loop() можно добавить операторы, увеличивающие частоту сигнала при каждой последующей итерации. Для установки громкости динамика подойдет та же самая функция setLed(), как и раньше, но ее название теперь вводит в заблуждение, так что рекомендуем его изменить. В листинге 9.2 она переименована в setReg().

- 200 -

for (int i=0; i<=128; i++)

{

setReg(SS1,REG0,i);

setReg(SS1,REG1,i);

setReg(SS2,REG0,i);

setReg(SS2,REG1,i);

delay(10);

}

delay(300);

for (int i=128; i>=0; i--)

{

setReg(SS1,REG0,i);

setReg(SS1,REG1,i);

setReg(SS2,REG0,i);

setReg(SS2,REG1,i);

delay(10);

}

delay(300);

freq = freq+100;

if (freq > 2000) freq = 100;

}

Загрузите программу на плату Arduino и убедитесь, что меняется не только яркость светодиодов, но и громкость звука. На каждой итерации частота звука увеличивается на 100 Гц, пока не достигнет 2000 Гц. Громкость динамика регулирует тот же потенциометр, который управляет светодиодами.

И это всего лишь начало. Теперь у вас достаточно знаний, чтобы сделать действительно нечто впечатляющее. Вот несколько советов:

+ можно управлять частотой и громкостью звука по сигналам от датчиков (например, инфракрасный датчик расстояния может менять частоту в зависимости от приближения к устройству и удаления от него);

+ яркость светодиодов можно устанавливать в зависимости от внешних факторов, например от температуры;

+ можно добавить кнопку, чтобы переключать громкость или частоту звука;

+ можно сопоставить световые эффекты с проигрыванием музыки.

ПРИМЕЧАНИЕ

Посмотреть видеоклип, демонстрирующий работу SPI-устройства для создания световых и звуковых эффектов, можно на странице http://www.exploringarduino.com/

content/ch9. Этот видеофайл доступен и на сайте издательства Wiley.

- 201 -

Резюме

В этой главе вы узнали следующее:

• Что согласно протоколу SPI для организации обмена требуются три общие линии (две линии данных и линия синхронизации) и по одной дополнительной линии выбора для каждого ведомого устройства.

• Что библиотека Arduino SPI позволяет облегчигь коммуникации между платой Arduino и ведомыми устройствами.

• Что можно обмениваться данными с несколькими устройствами SPI, используя общие линии данных и синхронизации и раздельные линии SS выбора ведомого устройства.

• Как управлять SPI цифровыми потенциометрами с помощью библиотеки Arduino SPI.

• Как пользоваться техническими описаниями устройств.

• Как одновременно регулировать громкость и частоту звукового сигнала, используя библиотеку Tone и цифровой потенциометр SPI.

Листинг 9.2. Управление светодиодами и громкостью динамика с помощью SPI-потенциометров - LED_speaker.ino

// Изменение яркости светодиодов не с помощью ШИМ,

// а регулировкой входного напряжения

// Подключение Arduino библиотеки SPI

#include

const int SPEAKER=8; // Вывод подключения динамика

int freq = 100;

// При подключении библиотеки SPI

// по умолчанию используются контакты

// 11 = MOSI, 12 = MISO, 13 = CLK

const int SS1=10;// Контакт выбора SS микросхемы 1

const int SS2=9;// Контакт выбора SS микросхемы 2

const byte REG0=B00000000; // Команда записи в регистр 0

//(выбор первого потенциометра)

const byte REG1=B00010000; // Команда записи в регистр 1

//(выбор второго потенциометра)

void setup()

{

// Настройка выводов выбора SS на выход

pinMode(SS1, OUTPUT);

pinMode(SS2, OUTPUT);

// Инициализация аппаратного SPI

SPI.begin();

}

//Подпрограмма выбора и отправки данных

//Chip 1 (SS 10) регистр 0 - красный светодиод

//Chip 1 (SS 10) регистр 1 - желтый светодиод

//Chip 2 (SS 9) регистр 0 - зеленый светодиод

//Chip 2 (SS 9) регистр 1 - динамик

void setReg(int SS, int reg, int level)

{

digitalWrite(SS, LOW);// Установка SS в низкий уровень (выбор)

SPI.transfer(reg);// Отправка команды

SPI.transfer(level);// Отправка значения (0-128)

digitalWrite(SS, HIGH);// Установка SS в высокий уровень

}

void loop()

{

tone(SPEAKER, freq);// Частота звука

}

- 199 -

 

Глава 10. Взаимодействие с жидкокристаллическими дисплеями

Список деталей

Для повторения примеров главы вам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno;

• USB-кабель В (для Uno );

• микрофон;

• цифровой SPI-потенциометр МСР4231;

• перемычки;

• макетная плата;

• динамик;

• две кнопки;

• вентилятор;

• 16х2-символьный ЖК-дисплей;

• 2 резистора номиналом 4,7 кОм;

• 2 резистора номиналом 10 кОм;

• 1 резистор номиналом 150 Ом;

• 1 потенциометр 10 кОм;

• датчик температуры ТС74AО-5.0 VAT I2C;

• набор перемычек;

• макетная плата.

Электронные ресурсы к главе

На странице http://www.exploringarduino.com/content/ch10 можно загрузить программный код, видеоуроки и другие материалы для данной главы. Кроме того, листинги примеров можно скачать со страницы www.wiley.com/go/exploringarduino в разделе Downloads.

- 203 -

Что вы узнаете в этой главе

При проектировании автономных устройств стараются сделать так, чтобы их работа не зависела от компьютера. До сих пор для отображения информации, более сложной, чем включение индикатора, нам требовался внешний компьютер. Добавив жидкокристаллический дисплей (LCD) на плату Arduino, можно отображать сложную информацию (показания датчиков, отсчет временных промежутков, настройки и т. д.) непосредственно в устройстве без привязки к монитору компьютера.

В этой главе вы узнаете, как подключить LCD к плате Arduino, как использовать библиотеку Arduino LiquidCrystal для вывода текста и произвольных пользовательских символов на экран жидкокристаллического дисплея. Изучив основы, мы, опираясь на опыт предыдущих глав, сможем создать простой прибор, измеряющий и показывающий температуру, а также включающий вентилятор для охлаждения.

ЖК-дисплей будет отображать информацию о температуре, звуковой сигнал от динамика предупредит о повышении температуры, а вентилятор включится автоматически для охлаждения.

ПРИМЕЧАНИЕ

Видеоурок о работе с жидкокристаллическим дисплеем находится по адрес?

http://www.jeremyblum.com/2011/07/31/tutorial-13-for-arduino-liquid-crystal-displays

Вы также можете найти этот видеофайл на сайте издательства Wiley.

 

10.1. Настройка жидкокристаллического дисплея

В устройствах, описанных в этой главе, мы применим жидкокристаллический дисплей. Подобные индикаторы часто встречаются и имеют множество модификаций.

Наиболее распространены дисплеи, содержащие 16х2 символов, имеющие 16 (или 14, если нет подсветки) контактов в один ряд. Для рассмотренных далее примеров выбран 16-контактный ЖК-дисплей, на экране которого одновременно может отображаться 32 символа (16 столбцов и 2 строки).

Если у вашего дисплея нет штырьков для монтажа, необходимо сначала припаять их, чтобы можно было установить его на макетной плате. Если штыревые контакты припаяны (как на рис. 10.1), можно сразу закрепить индикатор на макетной плате.

Теперь нужно подключить дисплей, смонтированный на макетной плате, к Arduino.

Все параллельные ЖК-индикаторы имеют одинаковые выходы и их можно подключить в одном из двух вариантов: 4-контактном и 8-контактном. Для передачи информации служат четыре вывода, есть также контакты готовности данных, выбора режима команд или режима индикации, установки режимов чтения или записи данных. Назначение всех контактов приведено в табл. 10.1.

- 204 -

Рис. 10.1. ЖК-дисплей с припаянными штыревыми контактами

Таблица 10.1. Контакты параллельного ЖК-дисплея

Назначение контактов следующее:

• Напряжение на контакте регулировки контрастности Vo определяет яркость дисплея, контакт подключается к среднему выводу потенциометра.

• Контакт выбора режима Rs переводит дисплей в режим приема команд или символов, данные, поступающие в дисплей, интерпретируются либо как данные, либо как символ.

- 205 -

• Контакт RW у нас всегда будет соединен с землей, это означает, что данные всегда передаются в дисплей, а не читаются из него.

• Сигнал на контакте EN сообщает, что данные готовы к приему или передаче.

• Контакты D4-D7 используются для передачи данных, а контакты DO-D3 остаются неподключенными.

Если ЖК-дисплей снабжен встроенной системой светодиодной подсветки с внутренним ограничивающим резистором, можно непосредственно подключить анод к +5 В, а катод к земле, если такого резистора нет, следует добавить токоограничивающий резистор в линию между анодом и катодом. Подробности необходимо уточнять в техническом описании конкретного дисплея.

В табл. 10.2 приведен рекомендуемый порядок соединения контактов ЖК-дисплея и платы Arduino. Можно подключить дисплей и к другим контактам ввода-вывода.