Comunicação serial

Comunicação serial: I2C, RS232, HT1380,

ME1000RW

Prof.MSc.Rodrigo Maximiano Antunes de Almeida

Universidade Federal de Itajubá

rodrigomax@unifei.edu.br

ELT024 Comunicação serial: I2C, RS232, HT1380, ME1000RW

LCD

Revisão


Display de LCD

ˆ Rotina para envio de dados/comando para o LCD
ˆ Para comando RS = 0; Para dados RS = 1;
ˆ Habilitar a escrita (RW=1) ou leitura (RW=0)
ˆ Acionar terminal EN (enable)
ˆ Delay para o LCD entender o comando
ˆ Desabilita o terminal EN
ˆ Retorna os terminais para nível baixo 1

1
Para melhor uso é interessante retornar os terminais para o valor que
tinham antes de chamar a rotina, já que eles estão multiplexados com outros
dispositivos

Display de LCD

Dados (bit) Tempo
Instrução RS RW
7 6 5 4 3 2 1 0 (máx.)
Limpa 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 37 us
Reset 0 0 0 0 0 0 0 0 1 - 1.5ms
Cong. 0 0 0 0 0 0 0 1 ID S 37 us
Cong. 0 0 0 0 0 0 1 D C B 37 us
Movim. 0 0 0 0 0 1 SC RL - - 37 us
Cong. 0 0 0 0 1 DL N F - - 37 us
Move(l,c) 0 0 1 X 0 0 Coluna 37 us
Ocup. 0 1 BF - - - - - - - 10 us
http://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/HD44780.pdf - Datasheet Hitachi


Display de LCD

ˆ Denições
ˆ ID: 1 Incrementa, 0 Decrementa
ˆ S: 1 O display acompanha o deslocamento
ˆ SC: 1 Desloca o display, 0 Desloca o cursor
ˆ RL: 1 Move para direita, 0 Move para esquerda
ˆ DL: 1 8 bits, 0 4 bits
ˆ N: 1 2 linhas, 0 1 linha
ˆ F: 1 5x10 pontos, 0 5x8 pontos
ˆ BF: 1 Ocupado, 0 Disponível
ˆ X: 1 2a linha, 0 1a linha
ˆ Coluna: nible que indica a coluna


Display de LCD

ˆ Desenvolvimento da biblioteca
ˆ Criação de rotinas de delay (2ms e 40us)
ˆ Função para enviar comandos
ˆ Função para enviar dados
ˆ Função de inicialização


Display de LCD

1 #include basico.h
2 #include config.h
3 #include lcd.h
4
5 //inicio do programa
6 void main(void)
7 {
8 unsigned int i,j;
9 char msg[] = Hello World!;
10 InicializaLCD();
11 for(i=0;i11;i++)
12 {
13 EnviaDados(msg[i]);
14 for(j = 0; j 65000; j++);
15 }
16 for(;;);
17 }


Serial

Comunicação Serial



ˆ Vantagens
ˆ Simplicação do hardware
ˆ Aumento da taxa de transmissão devido a redução de
problemas de sincronia
ˆ Economia de cabos



Protocolo Taxa (bits/s) Taxa (bytes/s)
Serial MIDI 31.25 kbit/s 3.9 kB/s
Serial EIA-232 max. 230.4 kbit/s 28.8 kB/s
Serial UART max 2.7648 Mbit/s 345.6 kB/s
I2c 3.4 Mbit/s 425 kB/s
Serial EIA-422 max. 10 Mbit/s 1.25 MB/s
SPI Bus (Up to 100MHz) 100 Mbit/s 12.5 MB/s
USB super speed (USB 3.0) 5 Gbit/s 625 MB/s
HDMI v. 1.3 10.2 Gbit/s 1.275 GB/s
Ultra DMA ATA 133 (16 bits) 1,064 Mbit/s 133 MB/s
Serial ATA 3 (SATA-600) 6,000 Mbit/s 600 MB/s
Ultra-640 SCSI (16 bits) 5,120 Mbit/s 640 MB/s
Serial Attached SCSI (SAS) 3 9,600 Mbit/s 1,200 MB/s


Serial

Protocolo I2C

.
Inter-Integrated Circuit



ˆ Comunicação serial I2C
ˆ 1982 - Protocolo I2C criado pela Phillips (100 kHz)
ˆ 1992 - Versão 1.0: Adicionada a frequencia de 400 kHz (Fast
mode) e endereçamento de 10 bit addresses
ˆ 1998 - 2.0: Frequência de 3.4 MHz (High-speed mode)
ˆ 2007 - 3.0: Frequencia de 1.0 MHz (Fast mode plus)
ˆ 2012 - 4.0: Frequencia de 5.0 MHz (Ultra fast mode plus) e
criada tabela com identicadores de fabricantes
ˆ É um protocolo serial, sincrono e multi-mestre

Figura: Barramento I2C com vários dispositivos


ˆ A comunicação I2C é feita de modo síncrono: os bits são
enviados de acordo com um sinal de clock.
ˆ Para isso são necessários pelo menos 2 os:
ˆ Transmissão dos dados, SDA ou serial data
ˆ Transmissão do clock, SCL ou serial clock
ˆ Os terminais são implementados como coletor aberto, exigindo
um pull-up para funcionamento.



ˆ A comunicação é feita como nos LCD's, mas nesse caso
apenas um bit é enviado por vez:
1 SDA e SCL começam em nível alto
2 SDA é levado para nível baixo como sinal de início
3 SCL é levado para nível baixo
4 o primeiro bit (menos signicativo) é colocado em SDA
5 SCL é levado para nível alto, aguarda-se o tempo do sistema e
abaixa-se novamente SCL
6 repete-se o processo do item 3 até o m da transmissão
7 SDA é levado para nível alto indicando m de transmissão

SDA e SCL no envio de um dado
http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=File:I2C_data_transfer.svg


Serial

Criação da biblioteca para

comunicação I2C



ˆ Para a biblioteca são necessárias 3 funções básicas
ˆ writeByte() : Realiza a escrita de 1 byte no barramento I2C
ˆ readByte() : Realiza a leitura de 1 byte no barramento I2C
ˆ i2cStart() : Realiza o setup do hardware do RTC


Serial

1 #include i2c.h
2 #include basico.h
3
4 char de;
5 #define DELAY() for(de=0;de100;de++)
6
7 #define RESET_ON() (BitSet(PORTC,7))
8 #define RESET_OFF() (BitClr(PORTC,7))
9 #define RESET_IN() (BitSet(TRISC,7))
10 #define RESET_OUT() (BitClr(TRISC,7))
11
12 #define SDA_ON() (BitSet(PORTB,0))
13 #define SDA_OFF() (BitClr(PORTB,0))
14 #define SDA() (BitTst(PORTB,0))
15 #define SDA_IN() (BitSet(TRISB,0))
16 #define SDA_OUT() (BitClr(TRISB,0))
17
18 #define SCL_ON() (BitSet(PORTB,1))
19 #define SCL_OFF() (BitClr(PORTB,1))
20 #define SCL_IN() (BitSet(TRISB,1))
21 #define SCL_OUT() (BitClr(TRISB,1))


Serial

1 void i2cStart() {
2 RESET_OUT();
3 SDA_OUT();
4 SCL_OUT();
5 BitClr(INTCON2, 7); //liga pull up
6 }


Serial

1 void writeByte(unsigned char dados) {
2 unsigned char i;
3 for (i = 0; i 8; i++) {
4 //Analisa o bit a ser transmitido
5 if (dados 0x01) {
6 SDA_ON();
7 } else {
8 SDA_OFF();
9 }
10 //geração do pulso de clock
11 SCL_ON();
12 DELAY();//informação válida
13 SCL_OFF();
14 DELAY();
15 //pega o próximo bit
16 dados = 1;
17 }
18 }


Serial

1 unsigned char readByte() {
2 unsigned char i;
3 unsigned char dados;
4 dados = 0;
5 for (i = 0; i 8; i++) {
6 SCL_ON();
7 DELAY();// informação válida
8 if (SDA()) {
9 dados |= 0x80;
10 }
11 SCL_OFF();
12 DELAY();
13 dados = 1;
14 }
15 return dados;
16 }


Serial

1 #ifndef I2C_H
2 #define I2C_H
3 unsigned char readByte();
4 void writeByte(unsigned char dados);
5 void i2cStart();
6 #endif


Serial

Exemplo de interface com dispositivo

usando I2C



ˆ Relógio de tempo real ou RTC (real time clock)
ˆ É um componente que tem como função especíca efetuar a
contagem de tempo de maneira precisa
ˆ Geralmente requer seu próprio cristal para car independente
do sistema principal
ˆ Possue baixo coeciente de atraso/adiantamento
ˆ Pode conter, além do relógio, um calendário
ˆ HT1380
ˆ O HT1380 é um relógio de tempo real com interface de
comunicação serial tipoI2C
ˆ No datasheet do dispositivo não é citada a nomenclatura I2C,
mas o dispositivo é compatível
ˆ Além das linhas de SCL e SDA existe uma linha de habilitação
do chip (Enable)



ˆ A leitura/escrita de informações no HT1380 é feita em dois
momentos
ˆ Primeiro envia-se um comando de 8 bits indicando o endereço
e o sentido (leitura/escrita)
ˆ Depois envia-se o valor em caso de escrita ou aguarda o
recebimento do valor em caso de leitura

Figura: Envio de dados para o HT1380



ˆ 1 bit indica leitura/escrita
ˆ 3 bits indicam o campo de interesse
ˆ 1 bit controla o clock do chip

Figura: Byte de comando do HT1380



ˆ Existem ao todo 8 endereços no HT1380
ˆ segundo, minuto, hora, dia (do mês), mês, dia (da semana),
ano e proteção contra escrita
ˆ Estes valores estão codicados em BCD compactado

Figura: Registros internos do HT1380


ˆ Para o uso do RTC foram criadas algumas rotinas:
ˆ HT1380write() : Realiza a escrita em um registro do HT1380
via barramento I2C
ˆ HT1380read() : Realiza a leitura de um registro do HT1380
via barramento I2C
ˆ rtcGetSeconds() : Le o valor de segundos do RTC
ˆ rtcPutSeconds() : Grava o valor de segundos no RTC
ˆ rtcGet...
ˆ rtcPut...
ˆ Por efeito de simplicidade no uso, foram criadas funções para
cada campo do RTC


Serial

1 void ht1380write(unsigned char addr, unsigned char dados) {
2 RESET_OFF();
3 SCL_OFF();
4 SDA_OFF();
5
6 //liga o RTC
7 RESET_ON();
8
9 addr = 1; //corrige endereço
10 addr |= 0x80; //habilita clock
11 writeByte(addr);
12 writeByte(dados);
13
14 RESET_OFF();
15 SCL_OFF();
16 SDA_OFF();
17 }


Serial

1 unsigned char ht1380read(unsigned char addr) {
2 unsigned char dados;
3 RESET_OFF();
4 SCL_OFF();
5 SDA_OFF();
6
7 RESET_ON();
8
9 addr = 1; //corrige endereço
10 addr |= 0x81; //liga bit de leitura e hab. clk
11 writeByte(addr);
12 SDA_IN(); //muda para entrada
13 DELAY();DELAY();DELAY();DELAY(); //aguarda mudança
14 dados = readByte();
15
16 RESET_OFF();
17 SCL_OFF();
18 SDA_OFF();
19 SDA_OUT();
20 return dados;
21 }


Serial

1 unsigned char rtcGetSeconds(void) {
2 unsigned char value;
3 value = ht1380read(0); // read seconds
4 //converte de BCD para decimal
5 return (((value 4)0x07)*10 + (value 0x0f));
6 }
7
8 void rtcPutSeconds(char seconds) {
9 //converte de decimal para BCD
10 ht1380write(0, (seconds % 10) | ((seconds / 10) 4));
11 }


Serial

1 #ifndef RTC_H
2 #define RTC_H
3 void ht1381write(unsigned char addr, unsigned char data);
4 unsigned char ht1381read(unsigned char addr);
5
6 unsigned char rtcGetSeconds(void);
7 void rtcPutSeconds(unsigned char seconds);
8 unsigned char rtcGetMinutes(void);
9 void rtcPutMinutes(unsigned char minutes);
10 //o mesmo para horas, dia (mês), mês, ano, dia (semana)
11
12 #endif


Serial

Protocolo TIA RS232

.
Interface Between Data Terminal Equipment and Data

Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange



ˆ RS232 versus UART
ˆ Similaridades e diferenças e observações:
ˆ UART é uma versão generalizada dos protocolos 232, 485,
422, EIA.
ˆ Visa fornecer uma base padrão para todos estes protocolos
ˆ As tensões são em geral no mesmo nível do processador
ˆ As conversões para os protocolos cam a cargo de chips
externos
ˆ MAX232 (ICL232, ST232, ADM232, HIN232)
ˆ FT232
ˆ SP3485



ˆ Exemplo de circuitos para interface com UART

Comunicação UART
Comunicação RS232

Comunicação USB
Comunicação RS485



ˆ Comunicação serial 232
ˆ 1962 - Recommended Standard 232
ˆ 1969 - Recommended Standard 232 rev. C
ˆ 1986 - EIA 232 rev C
ˆ 1997 - TIA 232 rev F
ˆ Procedimento de envio
ˆ Um bit de marcação de inicio de mensagem
ˆ Os 8 bits de dados2
ˆ Um bit de paridade (opcional)
ˆ Um bit de marcação de m de mensagem

2
Primeiro o menos signicativo. Alguns sistemas mais antigos operam com 5
ou 7 bits por vez


Sinal serializado para transmissão em RS232



ˆ Para dois dispositivos se comunicarem é necessário
compatibilizar o sistema físico e o sistema lógico.
ˆ Físico (Hardware)
ˆ Tipo de conector
ˆ Pinagem do conector
ˆ Níveis de tensão
ˆ Lógico (Software)
ˆ Codicação utilizada
ˆ Tamanho da palavra
ˆ Tamanho do stop/start bits
ˆ Bit de paridade
ˆ Taxa de transmissão



ˆ A conguração da comunicação serial é feita 3
através de 5
registros.
ˆ TXSTA e RCSTA : congura o meio de transmissão
ˆ BAUDCON : controle de velocidade
ˆ SPBRGH e SPBRG : conguração da velocidade

3
Para o microcontrolador PIC18F4550. Outros microcontroladores possuem
formato de conguração parecido.


Bits de Conguração Precisão Taxa de transmissão
Txsta:4 Baudcon:3 Txsta:2
FOSC
0 0 0 8bits F232 =
[64 ∗ (n + 1)]
0 0 1 8bits FOSC
F232 =
0 1 0 16bits [16 ∗ (n + 1)]
0 1 1 16bits
FOSC
1 0 x 8bits F232 =
[4 ∗ (n + 1)]
1 1 x 16bits
x não importa, n valor do par SPBRGH:SPBRG



Exemplo: Congurar para uma taxa de transmissão de 57,6 kbps.
A frequência de oscilação é um cristal de 8MHz. Usando as três
formulas:
ˆ n1 = 1; F232 = 62.500, err = -7,64%
ˆ n2 = 8, F232 = 55.555, err = 3,63%
ˆ n3 = 32, F232 = 57.142, err = 0,79%

A fórmula que gera menos erro é a de número 3, por isso ela será a
escolhida.


Serial

1 BitClr(BAUDCON,0); //Desabilita auto detecção de velocidade
2 BitSet(BAUDCON,3); //Registro de geração de sinal com 16 bits
3 BitClr(BAUDCON,6); //Operação de recepção esta ativa
4 BitClr(RCSTA,1); //Desabilita bit de erro de overrun
5 BitClr(RCSTA,2); //Desabilita bit erro na comunicação
6 BitClr(RCSTA,4); //Habilita bit de recepção
7 BitClr(RCSTA,6); //Seleciona 8 bits
8 BitSet(RCSTA,7); //Configura RX/TX como pinos de comunicação
9 BitSet(TXSTA,2); //Modo de alta velocidade habilitado
10 BitSet(TXSTA,3); //Envia bit de parada (break character bit)
11 BitClr(TXSTA,4); //Modo assíncrono
12 BitSet(TXSTA,5); //Habilita transmissão
13 BitClr(TXSTA,6); //Seleciona 8 bits
14 SPBRGH = 0x00; //Configura para 56k (SPBRGH|SPBRG = 32)
15 SPBRG = 0x22; //Configura para 56k (SPBRGH|SPBRG = 32)
16 BitSet(TRISC,6); //Configura pino de recepção como entrada
17 BitClr(TRISC,7); //Configura pino de envio como saída


Serial

Criação da biblioteca para

comunicação serial


Serial

1 #include serial.h
2 #include basico.h
3 void EnviaSerial(unsigned char c) {
4 while(!BitTst(PIR1,4)); //aguarda o registro ficar disponível
5 TXREG=c; //coloca o valor para ser enviado
6 }
7 unsigned char RecebeSerial(void) {
8 if (BitTst(PIR1,5)) //Verifica se existe algum valor disponivel
9 {
10 return RCREG; //retorna o valor
11 }
12 return 0; //condição de erro
13 }
14 void InicializaSerial(void){
15 TXSTA = 0b00101100; //configura a transmissão de dados da serial
16 RCSTA = 0b10010000; //configura a recepção de dados da serial
17 BAUDCON = 0b00001000; //configura sistema de velocidade da serial
18 SPBRGH = 0b00000000; //configura para 56k
19 SPBRG = 0b00100010; //configura para 56k
20 BitSet(TRISC,6); //pino de recepção de dados
21 BitClr(TRISC,7); //pino de envio de dados
22 }


Serial

1 #ifndef SERIAL_H
2 #define SERIAL_H
3 void EnviaSerial(unsigned char c);
4 unsigned char RecebeSerial(void);
5 void InicializaSerial(void);
6 #endif //SERIAL_H


Serial

1 #include basico.h
2 #include config.h
3 #include serial.h
4 void main(void) {
5 unsigned int i,j=0;
6 char msg[] = Hello World!;
7 unsigned char resp;
8 TRISD = 0x00; //acesso aos leds
9 InicializaSerial();
10 for(;;){
11 for(i = 0; i 65000; i++); //delay
12 EnviaSerial(msg[j]); //envia dados
13 j++;
14 if (j 11){
15 j=0;
16 EnviaSerial(13); //envia quebra de linha
17 }
18 resp = RecebeSerial(); //recebe dados
19 if (resp!=0){
20 PORTD = resp;
21 }
22 }
23 }

Serial

Exemplo de interface com dispositivos

usando UART/RS232



ˆ GPS integrado com antena ME-1000RW
ˆ Comunica-se usando padrão UART 9600 bps
ˆ Os dados são passados através de uma string
ˆ Implementa vários padrões NEMA
ˆ GPGSA - Precisão e qnt de satelites ativos
ˆ GPGCA - Dados xados (lat/long/alt/diferencial)
ˆ GPRMC - Dados minimos (lat/long/alt)
ˆ GPVTG - Velocidade e deslocamento
ˆ GPGSV - Dados dos satélites visíveis



ˆ Mensagem do GPRMC
ˆ Formada por 14 campos:
ˆ 0 - ID da mensagem
ˆ 1 - Tempo (UTC)
ˆ 2 - Rastreando (R) ou Aceitável (A)
ˆ 3 - Latitude
ˆ 4 - Norte/Sul
ˆ 5 - Longitude
ˆ 6 - Leste/Oeste (E/W)
ˆ 7 - Velocidade (magnitude)
ˆ 8 - Velocidade (ângulo)
ˆ 9 - Data (UTC)
ˆ 10 - Variacão Magnética (ângulo em graus)
ˆ 11 - Varia?ão Magnerica (direçào, E/W)
ˆ 12 - Modo de operação (N não válido, A autônomo, D
diferencial, E estimado, M manual, S simulação)
ˆ 13 - Checksum



ˆ Formato:

$ID,000000,X,0000.00,X,00000.00,X,000.0,000.0,000000,000.0,????

ˆ Exemplo:

$GPRMC,220516,A,5133.82,N,00042.24,W,173.8,231.8,130694,004.2,W*70



ˆ Rotina para recepção dos dados
ˆ Armazenar cada byte recebido num buer temporário.
ˆ Aguardar os dois bytes de m de linha: cr e lf, 'n' e
'r', 13 e 10.
ˆ Caso chegar m de linha, resetar o buer e processar a linha
ˆ No processamento do buer
ˆ Vericar o ID da mensagem($GPRMC)
ˆ Cada campo é separado por virgulas
ˆ Percorrer o campo atual e realizar conversão dos dados ou
enviar p/ o LCD
ˆ Não esquecer de vericar o checksum para segurança


Serial

1 #include basico.h
2 #include config.h
3 #include serial.h
4 #include lcd.h
5 void main(void) {
6 unsigned char pos=0; //posição atual do buffer
7 char buffer[100]; //buffer temporário
8 InicializaSerial();
9 InicializaLCD();
10 for(;;) {
11 while(BitTst(PIR1,5) != 0){
12 buffer[pos] = RCREG;
13 pos++; //cuidado com buffer overflow
14 //teste de fim de mensagem
15 // ...
16 }
17 }
18 }


Serial

1 //teste de fim de mensagem
2 if((pos 2)
3 (buffer[pos-2] == 13) //CR
4 (buffer[pos-1] == 10)) { //LF
5 pos = 0;
6 //se o ID estiver correto processa o buffer
7 if( (buffer[0] == '$') (buffer[1] == 'G')
8 (buffer[2] == 'P')
9 (buffer[3] == 'R')
10 (buffer[4] == 'M')
11 (buffer[5] == 'C'))
12 {
13 //parser da mensagem
14 // ...
15 }
16 }


Serial

1 //Parser
2
3 //começa depois do ID
4 pos = 7;
5
6 //1 - Hora UTC
7 while(buffer[pos] != ','){
8 //EnviaDados(buffer[pos]);
9 pos++;
10 }
11 pos++;//pula a virgula
12
13 //2 A(OK)
15 //EnviaDados(buffer[pos]);
16 pos++;
17 }


Serial

1 //5-Longitude
2 EnviaComando(0xC0); EnviaDados('L'); EnviaDados('O'); EnviaDados('N');
4 EnviaDados(buffer[pos]);
5 pos++;
6 }
8 //6-Leste(E)/Oeste(W)
11 pos++;
12 }
14 //..continua para os demais campos


Serial

1 //3 lat
2 EnviaComando(0x80); EnviaDados('L'); EnviaDados('A'); EnviaDados('T');
5 pos++;
6 }
8 //4 N/S
11 pos++;
12 }


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