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。

集成电区电路（I2C）总线是对嵌入式控制器的接口设备的常用和方便的技术。这种流行的串行接口协议允许使用两个通信电线，时钟和数据（SCL和SDA）和两个电源线（VCC和SDA）和两个电源线（VCC和GND）。每个I2C外围设备是可寻址的，允许多个设备附加到相同的I2C连接，这是其受欢迎程度的主要原因。

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。

为了以具有一些实用程序的方式说明该技术，PIC芯片将与三个DHT22（AKA AM2302）湿度和温度传感器界面。最终结果是使用单个I2C总线部署所有三个传感器的简单方法。可以扩展该技术以包括其他自定义传感器应用以及自定义I / O扩展和两者的组合。

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。

另外，如果您在系统上的I2C线路上有上拉电阻，可能需要完全消除这些电阻器。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。剩余的PIN（RA3）未使用并保持未连接。通过额外的扩展电路，该引脚可以用作通用输入或启用硬件复位（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以及跨越电源线的旁路电容。

图2。单个DHT22传感器原理图。3个传感器各需要一块单板。

如上所述，该项目专为5V而设计，但我也用3.3V测试它，它可以正常工作，因为该电压在PIC IC和DHT22的操作范围内。

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

我们将通过阵列将32字节内存阵列称为阵列[0] [31]。array [0]用作主设备（Arduino）将发出命令的位置，以及从设备（PIC）将报告将由主设备读取的状态。在这方面，PIC将返回如表中所述的三个值中的一个。这些值将指示上电状态，成功执行有效命令以及接收不良或未知命令。

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。

当发出传感器读取命令时，通过将0x02,0x03或0x04写入阵列[0]并且PIC返回成功的执行状态，通过将0x01写入阵列[0]，传感器数据将可用于Arduino通过读取内存阵列。

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。

可用的最终命令是0x10，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很有用。

读取DHT22温度和湿度传感器

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特定的“单线”串行协议，不应与达拉斯/ Maxim半导体单线协议混淆 - 两种完全不同。涉及三个连接（VCC，GND和数据）。数据引脚是所有操纵发生的，并且仔细阅读数据表将提供细节。

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.将数据线设置为输入并监控其状态。DHT22应将其设置为80微秒，然后将其高，然后高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。

这是它有点棘手的地方。在起始位时间之后，DHT22将为〜27微秒或70微秒带来数据线。前者信号数据位为“0”，数据位为“1”的后者信号。

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定时，并且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，然后确定数据位是否适合“0”或“1”间隔。我选择了不同的策略，如下所述，这令人要求苛刻，非常可靠。

图3.从串行流中的“1”位区别于“0”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已完成读取所请求的DHT22传感器时，数据可用于通过I2C接口读取。在这种情况下，阵列[0]将读取为0x01，表示成功完成最后一个命令。

使用Arduino Uno获取传感器数据

通过I2C接口访问存储器位置以请求并读取传感器数据是通常的时尚。已经为I2C函数进行编程的读者将识别步骤，并且已评论包含的草图以促进程序流程。

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Ball滚动，请使用语句Wire.Begin（）;//加入总线作为主机 - 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.Begintroansmission（地址）;Wire.write（0）;//缓冲索引指针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，读取阵列的状态字节[0]
Wire.Begintroansmission（地址）;Wire.write（0）;//缓冲索引指针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）等于0x01，表示命令的成功完成。接下来，使用以下语句获取5个字节的DHT数据（来自阵列[6]  -  arraR [11]）：
Wire.Begintroansmission（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;if（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]）{serial.print（“***坏CRC！***”）;}其他{serial.print（“CRC很好”）;}
使用适当的命令代码以相同的方式读取另外两个DHT22传感器。
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。
屏幕输出来自Arduino测试草图。
起飞和跑步
使用电路所需的软件包括在这里，包括：12F1840 MPASM源代码，12F1840十六进制代码文件和Arduino测试草图。您需要编程PIC 12F1840芯片。如果您之前使用过PIC片，则不应该代表艰难的一步。如果您不熟悉PIC芯片，那么这似乎可能是一个具有挑战性的任务。然而，许多廉价的程序员可用包括几个DIY设计，这些设计已经获得了很多支持。MPASM汇编器可用于免费微芯片。
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。
为自己提供这个项目！得到bom。
Rolyourowni2c.zip.