Archiv:SI2C

Vereinfachtes I²C
Einwege-Kommunikation
Ort	Hauptraum
Besitzstatus	Club-Eigentum
Kontakt	derf
Benutzung	vorsichtig

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

Hardware

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

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

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

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

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

Kabel

Kabelwege

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

Pinbelegung 4pol-Flachbandkabel

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

Pinbelegung 8pol-Flachbandkabel

Geplant, für Kombikabel mit CAN und SI2C.

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

Devices

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

Raspberry Pi

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

avrshift ATTiny2313A

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

avrpwm ATTiny2313A

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

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

blinkencontrol ATTiny2313A

Wird direkt mit Animationssequenzen gefüttert, Details siehe Blinkencontrol.

7segment ATTiny2313A

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

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

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

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

avrmf

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