Sistema de Adquisición de Datos

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAUA

Sistema de Adquisición de Datos

〖Protocolos de Comunicación I〗^2 C y SPI

Profesor: Doc. José Rivera Mejía

Ricardo Hernández Zubia 10060204

Marzo de 2013

Contenido

Objetivo 2

Introducción 2

I. Protocolo I2C(Inter-Integrated Circuit). 2

a) Investigue el funcionamiento del protocolo de comunicación I2C. 2

b) Investigue los periféricos disponibles con comunicación I2C. 5

 El reloj en tiempo real DS1307 de DALLAS 6

 El Termómetro y termostato DS1621 de DALLAS. 7

c) Proponga una arquitectura de un sistema de adquisición de datos con este protocolo de investigación. 8

II. Protocolo SPI (Serial Peripheral Interface Bus). 9

a) Investigue el funcionamiento del protocolo de comunicación SPI. 9

Especificaciones del Bus 9

Modos del Reloj 10

Ventajas 12

Desventajas 12

b) Investigue los periféricos disponibles con comunicación SPI 13

c) Proponga una arquitectura de un sistema de adquisición de datos con este protocolo de investigación. 14

Conclusiones 15

Referencias 15

Objetivo

Comprender los protocolos de comunicación I^2 C y SPI, y los periféricos disponibles como memorias y convertidores analógicos a digitales.

Introducción

Se pretende comprender los protocolos especificados, sus principios de comunicación así como los diferentes aparatos que cuentas con estos protocolos, además de adentrarse en las diferentes comunicaciones más utilizadas.

Protocolo I^2 C(Inter-Integrated Circuit).

Investigue el funcionamiento del protocolo de comunicación I^2 C.

El bus I2C, es un protocolo de comunicación serie. Su estructura de conexión es muy simple ya que con tan solo dos cables podemos conectar multitud de sensores, controladores o actuadores (en función de la red que queramos construir) hasta llegar al límite de 400pF.

El bus tiene las siguientes características:

Requiere dos líneas de comunicación, por un lado SDA (Signal Data) y por otro lado SCL (Signal Clock). Las dos líneas son bidireccionales.

Ambas líneas de comunicación deben tener conectadas una resistencia pull-up de 10KΩ. Éstas se conectan para provocar que en el momento que no exista comunicación alguna entre los dispositivos que conformen la red, las líneas se encuentren a nivel alto (5V).

Ambas líneas de comunicación son las que transportan la información a los dispositivos que conforman la red, estos datos están formados por palabras de 8 bits.

El protocolo de comunicación es Master‐Slave.

Está permitida la conexión de varios masters.

Todos los dispositivos conectados pueden ser Master o Slave.

Cada uno de los dispositivos conectados disponen de un código propio para ser reconocido por el resto de dispositivos, por lo que en el momento de iniciar la comunicación, el dispositivo que quiera comunicarse con otro, deberá hacerlo mediante la dirección del dispositivo destinatario.

Los dispositivos de un bus I2C tienen una dirección única para cada uno, y pueden clasificarse como maestros o como esclavos.

El maestro es el que inicia la trasferencia de datos y genera la señal de reloj.

El esclavo espera a que un maestro e comunique con él para generar la trasferencia.

El bus I2C es multimaestro, lo que quiere decir que puede haber más de un maestro conectado y controlando el bus.

Existen mecanismos para evitar que dos maestros comiencen una trasferencia de información al mismo tiempo.

La transmisión bidireccional serie se puede realizar a dos velocidades, el modo más común de funcionamiento es el estándar de 100kbit/s. Esta velocidad también puede llegar a 400Kbit/s en modo rápido o 3.4Mbit/s para aplicaciones industriales.

Una vez montada la red tendrá una apariencia como la de la figura 1. En esta imagen podemos observar ambas resistencias de pull‐up en las dos líneas de comunicación y la conexión de los diversos dispositivos.

Figura 1

Esquema de comunicación I^2 C.

Dicha figura, muestra un momento dónde el µC de la derecha está funcionando como Master, es decir, estaría enviando un mensaje a uno de los otros dispositivos. El Master, tal y como se ha comentado anteriormente, es el dispositivo emisor, es decir, es el que decide a “quien” y el “que” enviará. Cuando el Master inicia la transferencia de información hacia el Slave, genera la señal de Clock, es decir, enviaremos la información y unos µs después generamos la señal de Clock (SCL).

El protocolo se puede estudiar por medio de bloques funcionales:

Condición de arranque

Condición de arranque (Start Condition).

Condición de parada (Stop Condition).

Condición de re-arranque (Restart Condition).

Trasmisión de datos (Data Transfer).

Condición de Acknoledge (Ack/NackCondition).

Escritura de un dato.

Lectura de un dato.

Condición de arranque

La genera un maestro y con ella ocupa el bus e indica que va a comenzar una trasmisión de datos.

Los esclavos la detectan y se ponen a la escucha.

SDA se pone a nivel bajo cuando SCL está a nivel alto.

Condición de parada.

La genera el maestro y con ella libera el bus e indica que se ha finalizado la trasmisión de datos.

SDA se pone a nivel alto cuando SCL está a nivel alto.

Condición de re-arranque.

La genera un maestro y con ello reinicia el bus.

Se compone de una condición de parada seguida de una condición de arranque.

Transferencia de información

Todos los datos están formados por 8 bits y la trasmisión comienza con el bit de más peso.

Todo byte debe ir acompañado de un bit de reconocimiento ACK.

El dato es válido cuando la señal SCL está a nivel alto

Entre un byte y el siguiente puede haber un tiempo „t‟ de espera para que uno de los dispositivo realice las operaciones que corresponda.

Validación.

Es obligatorio, valida la trasferencia de un byte y se envía en el siguiente pulso, como “9º bit”.

El maestro genera un pulso se reloj, y el receptor pone a nivel bajo la línea SDA durante dicho pulso.

Si el receptor no pone la línea SDA a nivel bajo, el emisor detecta un nivel alto y aborta la transferencia de información.

Investigue los periféricos disponibles con comunicación I^2 C.

Los periféricos de comunicación facilitan la interacción entre dos o más computadoras, o entre una computadora y otro periférico externo a la computadora. Permitiendo interactuar con otras máquinas o computadoras, ya sea para trabajar en conjunto, o para enviar y recibir información.

Un periférico de comunicación permite la conexión de la computadora con otros sistemas informáticos a través de diversos medios. El medio más común es la línea telefónica. El periférico de comunicación más utilizado es el módem (modulador-demodulador).

Comenzamos a estudiar un periférico I2C.

El reloj en tiempo real DS1307 de DALLAS

Descripción:

La serie DS1307 Real-Time Clock, es un reloj/calendario en tiempo real que nos suministra segundos, minutos, horas, día, mes y año. Mediante una batería y un cristal externo, puede funcionar independientemente del sistema.

La fecha se ajusta automáticamente para los meses con menos de 31 días, además incluye las correcciones para los años bisiestos. El reloj funciona en formato de 24 horas o de 12 horas con indicador AM/PM.

La conexión típica a un procesador es:

Donde:

VCC, GND – Es la alimentación DC del dispositivo. VCC es de +5 V. Cuando se aplican 5V dentro de límites normales, el dispositivo es totalmente accesible y los datos pueden ser escritos y leídos.

Cuando se conecta una batería de 3V al dispositivo y VCC es inferior a 1,25 x VBAT, se inhiben la lectura y escritura.

VBAT - Entrada de Batería para cualquier célula de litio estándar 3V u otra fuente de energía. El voltaje de la batería debe ser mantenido entre 2,0 V y 3,5 V para su correcto funcionamiento.

Un batería de litio con 48mAhr o mayor mantendrá copia de seguridad del DS1307 durante más de 10 años en ausencia de energía a 25 º C.

SQW/OUT (generador de onda cuadrada/controlador de salida). Cuando se encuentra activado el bit SQWE (a 1) en el registro de control del dispositivo, en el pin SQW/Out dispondremos de un tren de pulsos de una de las cuatro frecuencias siguientes 1Hz, 4kHz, 8 kHz ó 32kHz),seleccionable mediante 2 bits del registro de control.

SCL (Serial Clock Input) - SCL se utiliza para sincronizar el movimiento de datos en la interfaz serie i2c.

SDA (Serial Data Input/Output) - SDA es el pin entrada/salida en el bus i2c.

X1, X2 - Conexiones para un cristal de cuarzo estándar de 32.768kHz.

El Termómetro

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