SI2C

From Chaosdorf Wiki
Jump to: navigation, search
Vereinfachtes I²C
SI2C-Timing.png
Einwege-Kommunikation
Ort Hauptraum
Besitzstatus Club-Eigentum
Kontakt derfx
Benutzung vorsichtig


I²C-ähnliche Twowire-Verbindung, allerdings writeonly und ohne ACKs um die Verwendung von Repeatern zu vereinfachen.

Hardware[edit]

Ein SI2C-Bus hat vier Leitungen: GND, VCC, SDA und SCL. SDA und SCL müssen sowohl 3.3V als auch 5V als High-Pegel akzeptieren und high impedance sein, sinnvollerweise werden dazu Optokoppler verwendet (spart auch direkt jegliche Probleme mit ungleichen GND-Pegeln).

Für einen Client gibt es zwei Varianten, am Bus zu hängen:

  • Ohne eigenes Netzteil: VCC und GND kommen aus dem Bus. Es sollte damit gerechnet werden, dass VCC auf ~11V runtergehen kann, und am besten werden keine signifkanten Lasten betrieben. 7-Segment-Anzeigen und Relais sind aber kein Problem
  • Mit eigenem Netzteil: GND aus dem Bus geht nur zum Eingang der Optokoppler, die restliche Schaltung bekommt VCC und GND aus ihrem Netzteil. Der Bus-VCC wird nicht verwendet

Beispiel für die Variante mit eigenem Netzteil: avrshift Schaltplan. Bei Aufbau ohne Netzteil kommt VCC (SUPPLY-1) aus dem Bus und es ist GND == GPIOGND.

Ratings[edit]

Parameter Min Max
VCC 12 V
SDA/SCL low -0.1 V 0.1 V
SDA/SCL high 3 V 5 V
VCC current 250 mA
SDA/SCL current @ 3.3V 1 mA
SDA/SCL current @5V 5 mA

Protokoll[edit]

Bitbasiert. Im Ruhezustand sind SDA und SCL low, die erste steigende SCL-Flanke ist auch das erste most significant bit der Übertragung (es gibt keine start condition). Bei jeder weiteren steigenden SCL-Flanke werden weitere Bits eingelesen, beendet wird das ganze durch die stop condition: Fallende SCL-Flanke mit SDA high. D.h.: Falls weitere bits folgen, muss SDA vor der fallenden SCL-Flanke auf low gesetzt werden.

Auf höherer Ebene gilt: Es können beliebig viele Bits / Bytes übertragen werden, solange die least significant (d.h. die letzten) 16 Bit die Geräteadresse sind. Nach einer steigenden SCL-Flanke ist das SDA-Signal für 100µs gültig, d.h. es muss in dieser Zeit eingelesen und verarbeitet werden. Die Low- bzw. High-Phase von SCL dauert je 200µs, nach der stop condition darf beliebig lange nicht auf den Bus reagiert werden. For the record: Die Übertragungsrate ist damit ca. 2kbit/s.

TLDR[edit]

SCL SDA Aktion
X Bit X von rechts (als Least Significant Bit) ins Register schieben
1 stop condition: Eingabedaten übernehmen
0 Keine

SI2C-Timing.png

AVR-C-Beispiel: avrshift/main.c Z.68ff

Kabel[edit]

Kabelwege
Bus Kabel
feedback1 Schleuse an feedbackx --(( violettes RJ45 ))-- Kabelkanal oberhalb Printer/HP2100 --(( Flachbandkabel entlang Kabelkanal ))-- Treppe
feedback1 Repeater Nomspace --(( Flachbandkabel ))-- Maschinenraum
donationprint1 Schleuse an donationprintx --(( Flachbandkabel ))-- Laptop Lounge
donationprint2 Schleuse donationprintx --(( 2x rot/weiß Doppellitze ))-- Laptop Lounge an Blinkencontrol

Pinbelegung 4pol-Flachbandkabel[edit]

  • 1: SDA
  • 2: VCC (12V)
  • 3: GND
  • 4: SCL

Pinbelegung 8pol-Flachbandkabel[edit]

Geplant, für Kombikabel mit CAN und SI2C.

  • 1: CANH
  • 2: 12V
  • 3: CANL
  • 4: GND
  • 5: SDA
  • 6: GND
  • 7: SCL
  • 8: 5V

Devices[edit]

Soft- und Firmware liegen aktuell im dorfmap-Repo.

Bus ID Firmware rev Ort Funktion
feedback1 0002 avrshift 0.04-42-g1a373d3 Hackcenter Kabelkanal 12V sink
feedback1 0004 charwrite-legacy 0.04-106-g544d694 Hackcenter 4x7segment (links)
feedback1 0005 charwrite-legacy 0.04-106-g544d694 Hackcenter 4x7segment (rechts)
feedback1 0006 avrmf 0.05-28-g5f8445e Schaufenster 5V source (5 digital, 3 pwm) + Repeater
feedback1 0007 avrshift 0.05-38-g7b9a4e3 Lounge Kabelkanal 12V sink
feedback1 0008 blinkencontrol 0.05-47-g7ce9480 SDASCL_MIXUP Hackcenter Regal RGB-LED-Streifen
feedback1 0009 avrshift 0.05-69-gcc36007 Hackcenter Regal 5V source -> 12V sink -> LED-Streifen im Regal
feedback1 000a avrmf 0.06-44-g7757c9b Nomspace 12V out (6 digital, 3 pwm) + Repeater
feedback1 000c avrpwm 0.07-2-g3fff051 Treppe 12V out (9 digital, 4 pwm)
feedback1 000d avrpwm 0.08-2-g3a8deec Maschinenraum 12V out (9 digital, 4 pwm)
feedback1 000e avrpwm 1.0.2-4-ga5c3047 Hackcenter 12V out (9 digital, 4 pwm)
feedback1 000f avrmf 1.0.2-12-gc323689 Schaufenster 12V out (7 digital, 4 pwm) + Repeater
feedback1 0010 charwrite 1.0.2-17-g188905a Maschinenraum 6x7segment
feedback1 0011 charwrite 1.0.2-17-g188905a Küche 6x7segment
feedback1 0012 avrpwm 1.0.2-37-gef59205 Hackcenter Regal 12V out (9 digital, 4 pwm)
feedback1 0013 charwrite 1.0.2-38-gabb5185 Hackcenter 6x7segment
donationprint1 0000 avrshift 0.04-42-g1a373d3 Lounge 12V out
donationprint2 0001 blinkencontrol 0.04-110-gfa20b4e Lounge RGB-LED-Streifen
donationprint2 0003 charwrite-legacy 0.04-50-gf6641aa Lounge 4x7segment

Aktuell gibt es die folgenden Arten von Geräten

Master[edit]

Raspberry Pi[edit]

Ein RasPi kann direkt über zwei GPIO-Pins (+ Ground) als Bus Master angeschlossen werden. Der Bus kann dann mittels si2c-bitwrite, si2c-bytewrite oder si2c-charwrite (abhängig von der Art des Zielgeräts) bespielt werden.

Die Programme erwarten jeweils die Pin-Nummer des SDA-Pins als erstes und die des SCL-Pins als zweites, also z.B. "si2c-bitwrite 8 11" für gpio8 und gpio11. Die Nummern beziehen sich auf das sysfs (/sys/class/gpio), die Pins müssen dort schon als Outputs exportiert sein. si2c-charwrite nimmt zusätzlich die Zieladresse (hi und lo) als drittes und viertes Argument.

Die eigentlichen Daten (inklusive Adresse für bitwrite/bytewrite) werden auf STDIN entgegengenommen. Ein Bit/Byte/String (alles in ASCII) pro Zeile, bei "push" oder EOF wird übertragen. Eine Payload von FE ED CA FE an einen Byte-orientierten Client mit Adresse 000a an GPIO-Pins 8 und 11 wäre dann z.B. echo "254\n237\n202\n254\n0\n10\n" | si2c-bytewrite 8 11

Client[edit]

avrshift ATTiny2313A[edit]

Addressierbares Schieberegister. Nimmt Bits entgegen und ordnet sie den digitalen Ausgängen (i.A. 5V oder 12V) zu.

avrpwm ATTiny2313A[edit]

Addressierbares Schieberegister++. Ordnet einen Teil der Eingabe binär (bitweise) den digitalen Ausgängen zu und hat dann noch drei bis vier Bytes für Analog-Ausgänge (8bit-PWM.)

avrmf ATTiny2313A[edit]

avrshift/avrpwm mit Repeater. Hat allerdings zwei Ausgänge weniger, die stattdessen SDA und SCL galvanisch getrennt weiterreichen.

blinkencontrol ATTiny2313A[edit]

Wird direkt mit Animationssequenzen gefüttert, Details siehe Blinkencontrol.

7segment ATTiny2313A[edit]

Steuert vier 7-Segment-Displays. Empfängt 32 Byte an Daten und legt diese direkt auf die Segmente, Zeichen müssen also schon vorher auf Bytes umgerechnet werden. Es werden immer nacheinander Bytes 1-4, 5-8, 9-12, … angezeigt (d.h. die Position auf dem Display ist byteposition % 4).

avr-rs232 ATTiny2313A[edit]

Bus-Test / Debugger. Gibt empfangene Pakete (Bytefolge inkl. Stop Condition) hexadezimal auf der seriellen Schnittstelle aus, kann mit nem USB-TTL-Adapter ausgelesen werden.

avr-rs232 Arduino[edit]

Bus-Test / Debugger. Gibt empfangene Pakete (Bytefolge inkl. Stop Condition) hexadezimal auf der seriellen Schnittstelle aus, kann mit nem USB-TTL-Adapter ausgelesen werden.

Hat keine galvanische Trennung zum Bus, sollte also nur von einem Laptop ohne angeschlossenes Netzteil benutzt werden.

Platinen[edit]

Der Großteil der im Dorf verbauten Platinen ist handgeklöppelt auf Lochraster, inzwischen gibt es aber auch fertige PCBs zum Bestücken.

avrmf[edit]

avrmf (obere Seite)
avrmf (untere Seite)

Kann für avrshift/avrpwm/avrmf genutzt werden, bei Verwendung als Repeater werden die beiden ULN2803-Beinchen oben Links (bei den als avrmf SDA/SCL gelabelten Kontakten) abgeknipst und durch SI2C-Kabel ersetzt.

Serviervorschlag:

  • 100nF 0805 auf C2
  • 10k 0805 auf R3
  • 1k 0805 auf R1, R2, R4, R5
  • 0805 LEDs: grün auf PWR, gelb oder rot auf ACT (Pluspol zeigt zum Label, Minuspol zum ULN2803)
  • ICs und Wannenstecker wie angegeben
    • Die beiden KB817 können auch durch einen KB827, TLV827 o.ä. ersetzt werden
  • 330nF oder 1µF auf C1