Программируем Arduino. Основы работы со скетчами
Шрифт:
Чтобы увидеть данные, поступающие от микросхемы MCP3008, уберите символы // перед двумя вызовами printByte, и данные появятся в окне монитора последовательного порта.
Наиболее интересный для нас код сосредоточен в функции readADC, которая принимает номер канала АЦП (от 0 до 7). Прежде всего нужно выполнить некоторые манипуляции с битами, чтобы создать конфигурационный байт, определяющий вид преобразования аналогового сигнала и номер канала.
Микросхема поддерживает два режима работы АЦП. В одном выполняется сравнение двух аналоговых каналов, а во втором, несимметричном режиме (который используется в этом примере), возвращается значение, прочитанное из
Микросхема MCP3008 не поддерживает режим побайтовой передачи, в котором действует библиотека SPI. Чтобы MCP3008 распознала эти четыре бита, их нужно разбить на два байта. Далее показано, как это делается:
unsigned int configWord = 0b11000 | channel;
byte configByteA = (configWord >> 1);
byte configByteB = ((configWord & 1) << 7);
Первый байт конфигурационного сообщения содержит две единицы, первая из которых может не понадобиться, а вторая — это бит режима (в данном случае несимметричного). Другие два бита в этом байте — старшие два бита номера канала. Оставшийся бит из этого номера передается во втором конфигурационном байте как самый старший бит.
Следующая строка устанавливает уровень LOW в линии выбора ведомого устройства, чтобы активировать его:
digitalWrite(chipSelectPin, LOW);
После этого отправляется первый конфигурационный байт:
SPI.transfer(configByteA);
byte readingH = SPI.transfer(configByteB);
byte readingL = SPI.transfer(0);
digitalWrite(chipSelectPin, HIGH);
Аналоговые данные не будут передаваться обратно, пока не будет отправлен второй байт. 10 битов данных из АЦП разбиты на два байта, поэтому, чтобы подтолкнуть отправку оставшихся данных, выполняется передача нулевого байта.
Затем в линии выбора ведомого устанавливается уровень HIGH как признак того, что передача завершена.
Полученное 10-битное значение пересчитывается, как показано в следующей строке:
int reading = ((readingH & 0b00011111) << 5)
+ ((readingL & 0b11111000) >> 3);
Каждый из двух байт содержит пять бит данных из десяти. Первый байт содержит данные в пяти младших битах. Все остальные биты, кроме этих пяти, маскируются, и затем выполняется сдвиг 16-битного значения int влево на пять разрядов. Младший байт содержит остальные данные в пяти старших битах. Они также выделяются маской, сдвигаются вправо на три разряда и прибавляются к 16-битному значению int.
Для проверки откройте монитор последовательного порта. Вы должны увидеть, как в нем появляются некоторые данные. Если повернуть шток переменного сопротивления по часовой стрелке, чтобы увеличить напряжение на аналоговом входе с 0 до 5 В, вы должны увидеть картину, похожую на рис. 9.7. Первые два двоичных числа — это два байта, полученных от MCP3008, а последнее десятичное число — это аналоговое значение между 0 и 1023.
Рис. 9.7. Просмотр сообщений в двоичном виде
В заключение
Организовать взаимодействие через интерфейс SPI без применения библиотеки очень непросто. Вам придется пройти тернистый
В следующей главе мы исследуем последний стандартный интерфейс, поддерживаемый Arduino, — последовательный порт ТТЛ. Это стандартный вид связи «точка–точка», а не шина, но тем не менее очень удобный и широко используемый механизм обмена данными.
10. Программирование последовательного интерфейса
Последовательный интерфейс вам должен быть хорошо знаком. Он используется для программирования платы Arduino, а также для взаимодействий с монитором последовательного порта, посредством которого можно организовать обмен данными между платой и компьютером. Это можно делать через адаптер, связывающий порт USB с последовательным портом на плате Arduino, или непосредственно через адаптер последовательного порта. Адаптер последовательного порта часто называют последовательным портом ТТЛ или просто последовательным портом. Аббревиатура ТТЛ означает «транзистор-транзисторная логика» — это редко используемая в настоящее время технология, основанная на 5-вольтовой логике.
Последовательный интерфейс этого вида не является шиной. Он поддерживает взаимодействия вида «точка–точка», в которые вовлечены только два устройства — обычно сама плата Arduino и периферийное устройство.
Последовательный интерфейс ТТЛ вместо I2C или SPI обычно поддерживают большие периферийные устройства или устройства, разработанные довольно давно и традиционно использующие последовательный интерфейс ТТЛ. К их числу относятся также устройства, изначально предназначенные для подключения к последовательному порту персонального компьютера. Примерами могут служить модули GPS, мультиметры с возможностью передачи данных, а также устройства чтения штрихкодов и радиометок.
Аппаратная часть последовательного интерфейса
На рис. 10.1 изображена схема последовательного интерфейса на плате Arduino Uno.
Рис. 10.1. Последовательный интерфейс на плате Arduino Uno
Микроконтроллер ATmega328 на плате Arduino Uno имеет два контакта: Rx и Tx (прием и передача соответственно). Они дополнительно выводятся на контакты D0 и D1, но, если вы решите использовать их как обычные входы/выходы, имейте в виду, что не сможете запрограммировать Arduino, пока к ним подключены внешние устройства.
Контакты Rx и Tx составляют последовательный интерфейс аппаратного универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) (Universal Asynchronous Receiver Transmitter, UART) в ATmega328. Этот компонент микроконтроллера отвечает за передачу байтов данных в микроконтроллер и их прием из него.
Модель Uno имеет отдельный процессор, действующий как адаптер между портом USB и последовательным портом. Помимо различий в уровнях сигналов, шина USB имеет также более сложный протокол, чем последовательный порт, поэтому за кулисами выполняется масса преобразований разного рода, чтобы создавалось ощущение, что последовательный порт микроконтроллера ATmega328 взаимодействует с компьютером напрямую.