将PIC微控制器作为自定义传感器和I / O接口的I2C从设备进行编程

没有I2C接口与该传感器？没问题。将PIC芯片作为自定义传感器和I / O接口的I2C从设备进行编程。在这里，我们在单个I2C接口上使用三个DHT22传感器。

内部集成电路(I2C)总线是一种常用的、方便的嵌入式控制器接口技术。这种流行的串行接口协议允许微控制器板(如Arduino UNO)使用两条通信线、时钟和数据(SCL和SDA)和两条电源线(Vcc和GND)与外部设备(如传感器)通信。每个I2C外围设备都是可寻址的，允许多个设备连接到同一个I2C连接，这是它流行的主要原因。

但是，当您要使用的外围设备不使用I2C通信协议时，您会做什么？一个解决方案是滚动自己的I2C接口。该项目呈现了相对容易且廉价的方式来做。

具体来说，我们将使用经济的PIC12F1840 IC作为从I2C设备，将接口到Arduino UNO以及大多数微控制器板使用一个单一的主/多个从，I2C方案。

面包板上的项目电路。

为了说明该技术具有一定的实用价值，PIC芯片将与三个DHT22(又名AM2302)湿度和温度传感器接口。最后的结果是一个简单的方法，使用一个I2C总线部署所有三个传感器。该技术可以扩展为包括其他自定义传感器应用程序以及自定义I/O扩展和这两者的组合。

硬件

该电路由PIC I2C接口和三个DHT传感器组成。PIC I2C接口包含12F1840 IC，一些支持组件，一个头/跳线(JP1)连接主板和三个额外的头/跳线连接三个传感器板。J1上Arduino UNO的四个连接是+5v、GND、SDA和SCL，这些都可以在Arduino板标头上找到。12F1840包括6个I/O引脚。其中两个引脚RA1和RA2组成了用于I2C通信的SDA和SCL线。我已经包括10K, I2C上拉电阻(R1和R2)在这些线路上，他们工作得很好，但你可能想要调整你的应用程序的值。

此外，如果系统上的I2C线路上已经有上拉电阻，则可能需要完全消除这些电阻。三个I/O引脚，RA0, RA4和RA5，分别连接到DHT22传感器#1，#2和#3上的数据线。剩余引脚(RA3)未使用，未连接。有了额外的扩展电路，这个引脚可以作为通用输入或使硬件复位(MCLR)。

图1. PIC I2C板的原理图。

每个传感器安装在单独的板上，其意图将它们彼此一定距离放置并通过4针电缆连接到I2C板。由于DHT22上的4个引脚中只有3个可用，因此如果需要，您可以替换3个引脚电缆和连接器（制作适当的连接）。

DHT22或AM2302湿度和温度传感器：引脚：1-VDD，2数据，3 N / C，4-GND。

传感器板也相对简单，仅包含DHT22传感器、数据线上的上拉电阻和横跨电力线的旁路电容。

图2。单个DHT22传感器原理图。3个传感器各需要一块单板。

该项目，如所述，是为5v使用而设计的，但我也测试了3.3v，它工作良好，因为该电压在PIC IC和DHT22的工作范围内。

实现自定义I2C传感器

PIC 12F1840是Microchip增强的8位中档架构的示例。它是一个8针微控制器，包括大量外围设备功能。这些外围设备函数中的主要项目是主同步串口或MSSP。此功能允许我们实现I2C接口，使得芯片将用作从设备I2C设备。也许最好的是，在应用笔记（AN734C）中已经为我们完成了“重升降”的软件。该应用笔记中的代码构成了I2C引擎的基础。它是中断驱动的，允许芯片基本上起作用32字节存储器阵列，允许在主设备和从设备之间进行双向读取和写入。附加的程序包括来自应用程序笔记的代码，仅稍微修改为12F1840。

主I2C设备（在此示例中，Arduino UNO）将通过写入存储器阵列中的选择位置向从I2C设备发出命令。PIC作为从属I2C设备，将通过存储器阵列执行命令（即，读取DHT22传感器）并报告背部状态和传感器信息。然后，主设备读取存储器阵列以检索传感器读数。

记忆映射

我们将32字节的内存数组称为array[0]到array[31]。阵列[0]是主节点(Arduino)发出命令的位置，从节点(PIC)将报告主节点读取的状态。在这方面，PIC将返回表中描述的三个值中的一个。这些值将指示通电状态、有效命令的成功执行以及接收错误或未知命令。

arduino将使用如下所述的四个可能的命令值中的一个写入阵列[0]。这些将指示PIC读取DHT传感器中的一个或重置。

当发出传感器读命令时，通过向Array[0]写入0x02、0x03或0x04, PIC返回成功执行状态，通过向Array[0]写入0x01，通过读取内存阵列Arduino可以获得传感器数据。

DHT22返回5个字节以指示湿度（相对湿度或RH）和温度（摄氏度），如下所示：RH积分，RH小数，温度积分，温度小数和校验和，这是所有四个字节的总和的值和255.这5个字节将在读取传感器命令之后用PIC写入不同的存储位置。阵列[16] - arraRay [31]位置是未使用的免费内存可用于自定义使用。

最后可用的命令是0x10，它将导致PIC 12F1840的软件复位。通常不需要使用此命令，但在意外情况下可能有用。

读取DHT22温湿度传感器

读取DHT22传感器并将其存储在存储器阵列中的工作也落到PIC芯片。DHT22的低价，可用性和相对可靠性使其成为无处不在的。然而，芯片使用的串行协议需要非常精确的定时。这些时序要求对于使用相对慢的I / O或系统（例如，芯片[SOC] IC）的系统可能是有问题的，其多个高优先级功能可以使所需的专用定时要求麻烦。在这方面，它对专用IC的作业“关闭了”作业来说是良好的感觉。

与传感器的通信是通过一个特定的“单线”串行协议，不应该与Dallas/Maxim半导体单线协议混淆——两者是完全不同的。涉及三个连接(Vcc、GND和Data)。数据引脚是所有操作发生的地方，仔细阅读数据表将提供详细信息。

简而言之，以下步骤描述了从PIC侧描述的相互作用，所需读取传感器，并且已经对所包括的MPASM程序进行了自由评论，以便在程序流程之后促进。

1.将数据线设置为输出，将其设置为低并等待18微秒。

2.将数据线高为30微秒。

3.设置数据线输入并监控其状态。DHT22应该将其设置为低80微秒，高80微秒。

4.步骤1-3是数据流的前导。接下来，DHT22将将数据线设置为低50微秒，这表示数据位的开始。

5.这就有点棘手了。在开始位时间之后，DHT22将使数据线升高约27微秒或70微秒。前者表示数据位为' 0 '，后者表示数据位为' 1 '。

6.后数据位(步骤5),DHT22将进入另一个50微秒起始位时期之后,另一个数据位(一个“0”或“1”中描述5以上)这对40位,重复序列构成的5字节的传感器数据(RH积分,RH小数,温度积分,小数,温度和校验和)。

您可以看到协议需要精确的定时，读取传感器的时间是可变的，因为它取决于读取中的' 0 '和' 1 '位的数量。一种策略是测量每个间隔，然后决定数据位是否适合' 0 '或' 1 '间隔。我选择了一种不同的策略，如下所述，它要求较低，但非常可靠。

图3。在串行流中区分' 0 '和' 1 '位的策略。

在序言之后，我们等待开始位时间的结束，然后延迟约43微秒，然后读取数据线。如果数据线是低的，那么位是一个“0”，我们将在下一个开始位时间。在本例中，我们将该位记录为' 0 '，并等待起始位时间结束，然后读取下一位。如果数据线是高的，位是' 1 '，我们仍然在位时间。在本例中，我们将该位记录为' 1 '，然后等待下一个开始位时间开始，然后等待开始位时间结束，然后读取下一个位。

当PIC读取完所请求的DHT22传感器后，数据可以通过I2C接口读取。在这种情况下，Array[0]将被读取为0x01，表示最后一个命令成功完成。

获取传感器数据与Arduino UNO

通过I2C接口访问存储器位置以请求和读取传感器数据是通常的方式。为I2C功能编写Arduino程序的读者可以识别这些步骤，其中的草图已被注释，以方便程序流程。

首先，您需要声明，

# include < wire.h > < wire.h > < wire.h > < / wire.h > < / wire.h > < / wire.h >

          
           使用I2C库。
接下来，您需要PIC的I2C地址。这在PIC MPASM代码中由程序行设置：
#define i2c_address 0x32;从地址
这个地址应该右移一位来形成Arduino将要使用的地址。熟悉I2C 7位寻址方案的人会认识到这一通常不方便的步骤。右移0x32得到0x19这就是Arduino使用的I2C地址。当然，您可以在MPASM代码中将这个地址设置为任何可用的I2C地址。
要启动启动，使用语句Wire.begin();// join bus as master -通常在setup()中。
读取传感器＃2的命令的步骤如下所示（变量“地址”已设置为0x19）：
Wire.beginTransmission(地址);Wire.write (0);//缓冲区索引指针Wire.write（3）;//命令字节（3 =读取DHT22＃2）Wire.endTransmission ();延迟（50）;//等待它完成 -  50毫秒开始
最后一行的延迟等待传感器读数完成，可能比它需要的时间长，但最好是保守的。如果您的应用程序需要，您可以尝试减少延迟。
此时，来自DHT传感器#2的数据应该在阵列[6]-阵列[11]中。要检索数据，使用以下方法:
首先，读取数组[0]的状态字节
Wire.beginTransmission(地址);Wire.write (0);//缓冲区索引指针Wire.endTransmission ();电线。requestFrom(地址1);//更新状态字节dht [0] = wire.read（）;
检查状态字节(现在在DHT[0]中)是否等于0x01，表示命令成功完成。接下来，使用以下语句获取5字节的DHT数据(从Array[6]-Array[11]):
Wire.beginTransmission(地址);Wire.write (6);//缓存索引指针(指向DHT #2的数据)Wire.endTransmission ();wire.requestfrom（地址，5）;
在我们将这些数据放入程序阵列DHT [6] =  -  DHT [10]后，我们将数据转换为RH和温度，最后，我们检查CRC是否好：
/ /湿度RHz2 = DHT [6];RHz2 * = 256;RHz2 + = DHT [7];RHZ2 / = 10;/ /温度TempCz2 = DHT [8] &0x7f;TempCz2 * = 256;TempCz2 + = DHT [9];tempcz2 / = 10;如果(DHT [8] &0x80){TempCz2 * = 1;}TempFz2= TempFz2 * 9 / 5 +32;//校验和if（（DHT [6] + DHT [7] + DHT [8] + DHT [9]＆255）！= DHT [10]）{系列。print(" *** BAD CRC! ")* * *”);}其他{serial.print（“CRC很好”）;}
其他两个DHT22传感器以相同的方式读取，使用适当的命令代码。
附带的Arduino示例草图每5秒只读取所有三个传感器，并在串行监视器上显示数据。
Arduino测试草图的屏幕输出。
启动和运行
使用电路所需要的软件包括:12F1840 MPASM源代码，12F1840 HEX代码文件，Arduino测试草图。你将需要对PIC 12F1840芯片进行编程。如果你使用PIC芯片之前，这应该不代表一个困难的步骤。如果您不熟悉PIC芯片，那么这似乎是一个具有挑战性的任务。然而，有许多廉价的程序员，包括一些得到大量支持的DIY设计。MPASM汇编器可以从Microchip免费获得。
此外，通过使用一个更小的PIC芯片，如12F1840，任务不像看起来那么艰巨。您可以按原样组装包含的MPASM源代码进行编程，或者进行一些更改，比如I2C地址。或者，大多数程序员将允许您使用直接的HEX代码文件，以源代码所包括的芯片编程。
封闭的思想
该项目旨在为更大的嵌入式控制器项目提供有用的补充。具体而言，它非常适合于在多个区域监测湿度和温度的情况下。它还旨在作为利用自定义应用程序中的I2C总线的起点。虽然12F1840非常便宜且适用于该项目，但可以使用包含所需MSSP功能的较大的PIC芯片来实现扩展，但也包含更多GPIO。因此，在传感器接口和I / O扩展的基于基于I2C的组合中实现廉价的I2C组合是非常可行的。
自己试试这个项目吧!得到bom。
Rolyourowni2c.zip.