Barramento I²C

Neste post falaremos um pouco sobre o barramento I²C, mostraremos um exemplo de como utilizá-lo e como fazer um scan no barramento, para descobrir o endereço de outros dispositivos I²C.

I²C

Esse barramento foi desenvolvido para fazer a comunicação entre um dispositivo principal e seus periféricos. E por isso, que ele utiliza o conceito de Master/Slave onde, poderemos ter em um mesmo barramento um Master e "N" Slavers.

O barramento define duas linhas de comunicação. Uma bidirecional para dados (SDA) e outra para o clock (SCL). O clock, irá controlará a velocidade e sincronismo de todos os dispositivos do barramento e será controlado pelo dispositivo Master.

Como poderemos ter até 128 dispositivos Slavers no mesmo barramento, cada um deles precisa ter um endereço único para que possam se comunicar com o Master.

Para mais informações sobre o barramento, clique aqui. De acordo com a especificação física do barramento, também deveremos ter resistores "pull-up" ligados aos pinos SDA e SCL. Mas, os pinos do Arduíno já têm esses resistores e para o nosso exemplo, não serão necessários. Para mais detalhes sobre resistores pull-up no barramento I²C, clique aqui.

Exemplo

Neste exemplo, iremos fazer uma comunicação entre 3 Arduínos onde, um deles será o Master e os outros dois os Slavers. Utilizaremos a biblioteca Wire (clique aqui para mais informações). Essa biblioteca implementa o protocolo I²C e está disponível na IDE do Arduíno. Já havia comentado sobre a biblioteca Wire no post sobre o uso do Tiny RTC I2C Real Time Clock.

Segue a lista de materiais:

• 1 Arduíno Uno
• 1 Arduíno Duemilanove
• 1 Arduíno Nano
• 1 Protoboard

Montagem

Como já falamos, o barramento utiliza 2 linhas de comunicação. Uma de dados e uma para o clock. No Arduíno, esses pinos são definidos respectivamente pelo pinos:

• A4 - SDA - Pino de dados
• A5 - SCL - Pino para o clock

A ligação é muito simples. Basta ligar todos os pinos A4 juntos e todos os pinos A5 juntos. Segue abaixo o esquemático.

Esquemático feito no Fritzing

Nesse exemplo o UNO será o Master e Duemilanove e Nano serão os Slavers. Pode-se utilizar qualquer outro dispositivo, ou Arduíno.

Código do Master

Esse código foi feito com base no exemplo "master_reader" da biblioteca Wire. Ele foi adaptado para se comunicar com 2 dispositivos Slaver.

       
#include ‹Wire.h›

void setup()
{
  Wire.begin();        // join i2c bus (address optional for master)
  Serial.begin(9600);  // start serial for output
}

int device = 3;
void loop()
{
  
  Wire.requestFrom(device, 14);    // request 14 bytes from slave device

  while (Wire.available())   // slave may send less than requested
  {
    char c = Wire.read(); // receive a byte as character
    Serial.print(c);         // print the character
  }

  Serial.print("\n");
  delay(1000);
  
  device++;
  
  if(device >3)
    device = 2;
}
       

Este programa irá requisitar 14 bytes dos dispositivos 2 e 3 e irá imprimir na serial string recebida.

Código do Slaver 01 (Duemilanove)

Esse código foi feito com base no exemplo "slaver_sender" da biblioteca Wire. Ele foi adaptado para enviar uma mensagem para o master e piscar o Led do pino 13.

       
#include ‹Wire.h›

void setup()
{
  Wire.begin(2);                // join i2c bus with address #2
  Wire.onRequest(requestEvent); // register event
  
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop()
{
  digitalWrite(13, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);              // wait for a second
  digitalWrite(13, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);
}

// function that executes whenever data is requested by master
// this function is registered as an event, see setup()
void requestEvent()
{
  Wire.write("hello I'm Duem"); // respond with message of 14 bytes
  // as expected by master
}
      
 

Este programa irá enviar uma string para o master, quando requisitado.

Código do Slaver 02 (Nano)

A diferença entre o código abaixo e o anterior é somente o endereço (de 2 para 3) e a mensagem (de Duem para Nano).

       
#include ‹Wire.h›

void setup()
{
  Wire.begin(3);                // join i2c bus with address #3
  Wire.onRequest(requestEvent); // register event
  
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop()
{
  digitalWrite(13, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);              // wait for a second
  digitalWrite(13, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);
}

// function that executes whenever data is requested by master
// this function is registered as an event, see setup()
void requestEvent()
{
  Wire.write("hello I'm Nano"); // respond with message of 14 bytes
  // as expected by master
}
   

Quando o console serial for aberto, conectado ao master, teremos a saída abaixo:

Saída Serial - Master

Fazendo um Scan no Barramento

No exemplo acima nós definimos os endereços dos dispositivos escravos. Mas, muitas vezes, quando utilizarmos dispositivos de terceiros (que já vem programados), precisaremos descobrir o endereço do dispositivo. Por exemplo, existe o sensor de temperatura da Dallas (Ds18b20), que utiliza o barramento I²C, ou uma memória EEPROM, ou para o Tiny RTC I2C Real Time Clock, já citado em outro post. Se não tivermos o datasheet do componente poderemos utilizar o código abaixo para descobrir o endereço.

       
#include ‹Wire.h›
 
 
void setup()
{
  Wire.begin();
 
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("\nI2C Scanner");
}
 
 
void loop()
{
  byte error, address;
  int nDevices;
 
  Serial.println("Scanning...");
 
  nDevices = 0;
  for(address = 1; address < 127; address++ )
  {
    // The i2c_scanner uses the return value of
    // the Write.endTransmisstion to see if
    // a device did acknowledge to the address.
    Wire.beginTransmission(address);
    error = Wire.endTransmission();

    if (error == 0)
    {
      Serial.print("I2C device found at address 0x");
      if (address < 16)
        Serial.print("0");
      Serial.print(address,HEX);
      Serial.println("  !");
 
      nDevices++;
    }
    else if (error==4)
    {
      Serial.print("Unknow error at address 0x");
      if (address < 16)
        Serial.print("0");
      Serial.println(address,HEX);
    }    
  }
  if (nDevices == 0)
    Serial.println("No I2C devices found\n");
  else
    Serial.println("done\n");
 
  delay(5000);           // wait 5 seconds for next scan
}

O programa acima irá testar os endereços de 1 até 127 a cada 5 segundo e se houver uma resposta, irá imprimir na serial os endereços encontrados.

Se carregarmos esse programa no UNO do exemplo anterior (Master), teremos a seguinte saída na serial:

 

Saída serial do Scan.

Como pode-se ver, poderemos ligar vários dispositivos no barramento e só utilizaremos apenas dois pinos do Arduíno. Existe uma série de dispositivos e periféricos que utilizam esse barramento.