湿度・温度センサ(DHT22 (AM2302))をI2Cで読む
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湿度・温度センサ(DHT22 (AM2302))は湿度・温度センサより
湿度・温度データ(5バイト)を取り、表示データに加工してRS-232Cで出力してます。
この湿度・温度データ(5バイト)を「I2Cのスレーブ」で出力してみました。。 CPU(ATmega328P)のシステムクロックは内臓の8MHzを使用しました。(工場校正：8MHz±10%) 「I2Cのスレーブ」はCPU(ATmega328P)の内臓のTWIを使用しました。(従って、SCL、SDAのポートは固定) CPUが「I2Cのスレーブ」を行う場合、CPUの応答が(EEPROM、RTCなどに比べて)遅いのでクロックストレッチ動作が 採用されてます。(証拠はSCLのプルアップ） クロックストレッチとは、スレーブ側が送信の時、処理する間、強制的にSCLをLowとすることでマスターの クロックを待たせることです。(従って、SCLも入出力となる) マスターを汎用ポートで行う場合、クロックストレッチの処理を乗っけて下さい。 ディバイスアドレスは0x57です。(左に1ビットシフトしていません) シーケンシャル読み出し(読み出しデータ:00000010 10001100 00000001 01011111 11101110) +-+-------+-+=+--------+=+-+-------+-+=+========+-+========+-+ +========+-+-+ |S|1010111|0|0|00000000|0|S|1010111|1|0|00000010|0|10001100|0|...|11101110|1|P| +-+-------+-+=+--------+=+-+-------+-+=+========+-+========+-+ +========+-+-+ DA W A ADDRESS A DA R A DATA1 A DATA2 A DATA5 N S:START CONDITION P:STOP CONDITION R:READ W:WRITE A:ACK N:NAK DA:DEVICE ADDRESS ADDRESS:DATA ADDRESS BYTE DATA1〜5:DATA BYTE -:WRITE =:READ |
回路図(スレーブ)
回路図(マスター)
結果の図
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How to Compile (コンパイルのしかた) スレーブプログラム
/*
* DHT22_I2C.c
* システムクロック:8MHz
* 湿度センサ「DHT22」から湿度、温度を得て、
* 得られた湿度、温度をI2C(スレーブアドレス0x57、
* データ5バイト)で出力する。
* ATmega328P
*
*
* Fuses(システムクロック:8MHz)
*
* Int. RC Osc
* EXTENDED 0xFD
* HIGH 0xD9
* LOW 0xE2
*/
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#define F_CPU 8.0E6 /* 8 MHz */
#include <util/delay.h>
#define SLAVE_CPU_ADDRESS 0xae
#define I2C_BufferSize 5
///void delay_us(unsigned short t){while(t--) _delay_us(1);}
void delay_ms(unsigned short t){while(t--) _delay_ms(1);}
static void initI2C_SLAVE_CPU(void);
unsigned char I2C_Buffer[I2C_BufferSize];
int main(void)
{
int i;
static unsigned char pri_data, current_data;
unsigned char change_data;
unsigned short last_tcnt1;
static unsigned char data[5];
/* ATmega328系 */
DDRB = 0b00000000; /* XTAL2 XTAL1 SCK MISO MOSI ----- ----- ----- */
DDRC = 0b00000000; /* xxxxx RESET ----- ----- ----- ----- ----- DATA */
DDRD = 0b00000000; /* ----- ----- ----- ----- ----- ----- TXD RXD */
PORTB = 0b00111111;
PORTC = 0b00111110;
PORTD = 0b11111111;
initI2C_SLAVE_CPU();
TCCR1A = 0b00000000; /* ノーマル */
TCCR1B = 0b00000001; /* 8MHz / 1 = 8MHz (125n) */
sei();
/* DHT22が準備するのを待つ */
delay_ms(2000);
while(1){
/* 立下りエッジの検出回数リセット */
i = 0;
/* スタート信号を送信 */
PORTC &= ~_BV(0);
DDRC |= _BV(0);
delay_ms(2);
PORTC |= _BV(0);
DDRC &= ~_BV(0);
/* DHT22の出力波形より温湿度データを得る */
while(1){
/* 立下りエッジの検出 (42回) */
pri_data = current_data;
current_data = PINC & _BV(0);
change_data = pri_data ^ current_data;
if(change_data != 0 && current_data == 0){
/* 立下りエッジ間の時間を得る */
last_tcnt1 = TCNT1;
TCNT1 = 0;
/* 立下りエッジ間の時間の長短によりビット値を得る */
/* 100us / 0.125us = 800 */
switch(i){
case 0:
case 1:
i++;
break;
case 2:case 3:case 4:case 5:case 6:case 7:case 8:case 9:
data[0] <<= 1;
if(last_tcnt1 > 800)
data[0] += 1;
i++;
break;
case 10:case 11:case 12:case 13:case 14:case 15:case 16:case 17:
data[1] <<= 1;
if(last_tcnt1 > 800)
data[1] += 1;
i++;
break;
case 18:case 19:case 20:case 21:case 22:case 23:case 24:case 25:
data[2] <<= 1;
if(last_tcnt1 > 800)
data[2] += 1;
i++;
break;
case 26:case 27:case 28:case 29:case 30:case 31:case 32:case 33:
data[3] <<= 1;
if(last_tcnt1 > 800)
data[3] += 1;
i++;
break;
case 34:case 35:case 36:case 37:case 38:case 39:case 40:case 41:
data[4] <<= 1;
if(last_tcnt1 > 800)
data[4] += 1;
i++;
break;
}
}
if(i == 42)
break;
}
cli();
for(i=0; i<5; i++)
I2C_Buffer[i] = data[i];
sei();
/* サンプリング周期 */
delay_ms(2000);
}
}
/*
* スレーブCPUの初期化
*/
void initI2C_SLAVE_CPU(void)
{
unsigned char device_address;
device_address = SLAVE_CPU_ADDRESS;
device_address &= 0xfe;
/// device_address |= 1; /* ジェネラル・コール・アドレス許可 */
TWAR = device_address;
TWCR = (_BV(TWEA) | _BV(TWEN) | _BV(TWIE)); /* スレーブACK応答許可、割り込み許可 */
}
ISR(TWI_vect)
{
static int I2C_DataIndex;
static int i;
if((TWCR & _BV(TWINT)) == 0)
goto FIN;
switch(TWSR & 0xf8){
case 0x60: /* 自宛SLA+W受信, ACK応答 */
i = 0;
break;
case 0x80: /* 自宛データバイト受信, ACk応答 */
if(i == 0)
I2C_DataIndex = TWDR; /* 自宛データバイト受信の1バイト目は書き込み開始アドレス */
else{
I2C_Buffer[I2C_DataIndex++] = TWDR;
if(I2C_DataIndex >= I2C_BufferSize)
I2C_DataIndex = 0;
}
i++;
break;
case 0xa8: /* 自宛SLA+R受信, ACK応答 */
case 0xb8: /* データバイト送信, ACK受信 */
TWDR = I2C_Buffer[I2C_DataIndex++];
if(I2C_DataIndex >= I2C_BufferSize)
I2C_DataIndex = 0;
break;
case 0xa0: /* 自指定中の停止条件または再送開始条件検出 */
case 0xc0: /* データバイト送信, NACK受信 */
break;
}
TWCR = (_BV(TWINT) | _BV(TWEA) | _BV(TWEN) | _BV(TWIE));
FIN:;
}
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How to Compile (コンパイルのしかた) マスタープログラム
/*
* DHT22_I2C_master.c
* DHT22_I2CのレジスタをI2Cで読み、
* 得られた湿度、温度をRS-232C(115200 8-N-1)で出力する。
* ATmega328P
*
*
* Fuses(システムクロック:20MHz)
*
* 水晶
* EXTENDED 0xFD
* HIGH 0xD9
* LOW 0xF7
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> /* abs() */
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#define F_CPU 20.0E6 /* 20 MHz */
#include <util/delay.h>
#define SCL_OUT DDRC |= _BV(5)
#define SDA_OUT DDRC |= _BV(4)
#define SCL_IN DDRC &= ~_BV(5)
#define SDA_IN DDRC &= ~_BV(4)
#define SCL_H wait_scl_h()
#define SCL_H2 PORTC |= _BV(5)
#define SDA_H PORTC |= _BV(4)
#define SCL_L PORTC &= ~_BV(5)
#define SDA_L PORTC &= ~_BV(4)
#define SCL (PINC & _BV(5))
#define SDA (PINC & _BV(4))
/* 変更無し */
#define ACK 0
/* ハードに合わせて変更する (SDAのビット) */
#define NAK _BV(4)
#define RH_WRITE 0xae
#define RH_READ 0xaf
void delay_us(unsigned short t){while(t--) _delay_us(1);}
void delay_ms(unsigned short t){while(t--) _delay_ms(1);}
void initUSART0(void);
void Send0(char *str);
int RH_read_i2c(unsigned char addr, unsigned char *data, unsigned char size);
int main(void)
{
static unsigned char data[5];
static char buffer[32];
unsigned char sum;
short RH, T_;
/* ATmega328P */
DDRB = 0b00000000; /* XTAL2 XTAL1 SCK MISO MOSI ----- ----- ----- */
DDRC = 0b00000000; /* xxxxx RESET ----- ----- ----- ----- ----- ----- */
DDRD = 0b00000000; /* ----- ----- ----- ----- ----- ----- TXD RXD */
PORTB = 0b00111111;
PORTC = 0b00111111;
PORTD = 0b11111100;
initUSART0();
sei();
Send0("START\r");
/* DHT22が準備するのを待つ */
delay_ms(2000);
/* DHT22がデータを取り終えるのを待つ */
delay_ms(2000);
while(1){
RH_read_i2c(0, data, 5);
/* チェックサムの確認 */
sum = (unsigned char)(data[0] + data[1] + data[2] + data[3]);
if(sum == data[4]){
/* 計算 */
RH = data[0] * 256 + data[1];
T_ = (data[2] & 0x7f) * 256 + data[3];
if((data[2] & 0x80) != 0)
T_ = -T_;
/* 表示 */
sprintf(buffer, "%d.%d %% %d.%d ℃\r", RH / 10, RH % 10, T_ / 10, abs(T_ % 10));
Send0(buffer);
}
/* サンプリング周期 */
delay_ms(2000);
}
}
void initUSART0(void)
{
UBRR0 = 21; /* U2X0 = 1, 115200ボー/20MHzクロック */
UCSR0A = 0b00000010; /* U2X0 = 1 */
UCSR0B = 0b00001000; /* 送信イネーブル */
UCSR0C = 0b00000110; /* 8ビット, パリティなし, ストップ・ビット1 */
}
/*
* 1データ送信
*/
void Tx0(char data)
{
while((UCSR0A & _BV(5)) == 0)
;
UDR0 = (unsigned char)data;
}
/*
* 文字列を送信
*/
void Send0(char *str)
{
while(*str != '\0'){
Tx0(*str);
str++;
}
}
/*
* クロックストレッチ以上の待ち時間を作る(100μS)
*
* ATmega328P内臓のTWIを使用したI2Cスレーブ(DHT22_I2C.c)の場合
* クロックストレッチの待ち時間は6μSでした
*/
void wait_scl_h(void)
{
unsigned char i;
SCL_IN;
for(i=0; i<10; i++){
if(SCL != 0)
break;
delay_us(10);
}
SCL_H2;
SCL_OUT;
}
void start_i2c(void)
{
SCL_OUT; SDA_OUT;
SCL_L;
SDA_H;
SCL_H;
delay_us(1); /* TSU:STA = 600ns */
SDA_L;
delay_us(1); /* THD:STA = 600ns */
SCL_L;
SCL_OUT; SDA_IN;
}
void stop_i2c(void)
{
SCL_OUT; SDA_OUT;
SCL_L;
SDA_L;
SCL_H;
delay_us(1); /* TSU:STO = 600ns */
SDA_H;
delay_us(1); /* TBUF = 1300ns */
delay_us(1);
SCL_L;
SCL_OUT; SDA_IN;
}
/*
* 戻り値 ACK:0, NAK:SDA
*/
unsigned char writebyte(unsigned char data)
{
unsigned char i;
SCL_OUT; SDA_OUT;
for(i=0; i<8; i++){
if(data & 0x80)
SDA_H;
else
SDA_L;
SCL_H;
delay_us(1); /* THIGH = 600ns */
SCL_L;
delay_us(1); /* TLOW = 1300ns */
delay_us(1);
data <<= 1;
}
SCL_OUT; SDA_IN;
SCL_H;
delay_us(1); /* THIGH = 600ns */
i = SDA;
SCL_L;
delay_us(1); /* TLOW = 1300ns */
delay_us(1);
return i;
}
/*
* 戻り値 読み込みﾃﾞｰﾀ(8ﾋﾞｯﾄ)
*/
unsigned char readbyte(void)
{
unsigned char i, data;
data = 0;
for(i=0; i<8; i++){
data <<= 1;
SCL_H;
delay_us(1); /* THIGH = 600ns */
if(SDA)
data++;
SCL_L;
delay_us(1); /* TLOW = 1300ns */
delay_us(1);
}
return data;
}
void ack(void)
{
SCL_OUT; SDA_OUT;
SDA_L;
SCL_H;
delay_us(1); /* THIGH = 600ns */
SCL_L;
delay_us(1); /* TLOW = 1300ns */
delay_us(1);
SCL_OUT; SDA_IN;
}
void nak(void)
{
SCL_OUT; SDA_OUT;
SDA_H;
SCL_H;
delay_us(1); /* THIGH = 600ns */
SCL_L;
delay_us(1); /* TLOW = 1300ns */
delay_us(1);
SCL_OUT; SDA_IN;
}
/*
* 戻り値 0:成功, -1:失敗
*
* コントロール・バイトの書き込み
*/
int send_ctrl(unsigned char ctrl)
{
unsigned char ret;
start_i2c();
ret = writebyte(ctrl);
if(ret == NAK)
return -1;
return 0;
}
/*
* 戻り値 0:成功, -1:失敗
*
* コントロール・バイトの書き込み以外はACKをチェックしてません
*/
int RH_read_i2c(unsigned char addr, unsigned char *data, unsigned char size)
{
int ret;
unsigned char i;
ret = send_ctrl(RH_WRITE);
if(ret == -1) return -1;
writebyte(addr);
ret = send_ctrl(RH_READ);
if(ret == -1) return -1;
for(i=0; i<size-1; i++){
*data++ = readbyte();
ack();
}
*data = readbyte();
nak();
stop_i2c();
return 0;
}
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