LAB: I2C Protocol

จุดประสงค์

1. เพื่อศึกษาการอ่านค่าข้อมูล sensor ที่ส่งข้อมูลผ่านสาย I2C

2. เพื่อศึกษาการส่งข้อมูลระหว่าง Microcontroller ไปยัง Microcontroller โดยทั้งสองใช้การสื่อสารกันผ่าน I2C interface

LAB1: Basic I2C Communication

การทดลองนี้เป็นการเขียนโปรแกรมลงบอร์ด M5Stack ให้ค้นหา Address I2C ของ sensor ที่เชื่อมต่อกับบอร์ด M5Stack

อุปกรณ์ทดลอง

Components	Quantity
M5Stack Demo Board	1
Logic Analyzer (รุ่น LA1016 or LA2016)	1

อุปกรณ์การทดลอง

โปรแกรม

1. Arduino IDE

2. โปรแกรม KingstVIS

ตั้งค่าโปรแกรม KingstVIS

• เชื่อมต่อ logic Analyzer กับ คอมพิวเตอร์

• เปิดโปรแกรม Kingst VIS

• ไปที่ Analyzers >> คลิ๊ก icon add(+) >> เลือก I2C

เลือกประเภท protocol ที่ต้องการวิเคราะห์

• ไปที่ Analyzers >> คลิ๊ก icon setting >> Edit ตั้งค่าตามรูปด้านล่าง >> OK

ตั้งค่า channel สำหรับวิเคราะห์ การส่งข้อมูลของ I2C โปรโตคอล

• ไปที่ Analyzers อีกครั้ง >> คลิ๊ก icon setting >> Display Format >> Dec เพื่อให้ decoder เป็นข้อมูลชุดตัว แบบเลขฐาน 10 (DEC)

ตั้งค่า Display Format

• ไปที่ Channel 0 เลือกกด Indicates "rising edge trigger"

ตั้งค่า Trigger Indicates "rising edge trigger"

PIN Connect

การต่อวงจร: บอร์ด M5Stack ต่อกับ เซนเซอร์ DHT12 และ BMP280

M5Stack	Sensor BMP280	Sensor DHT12
I2C (21D)	SDA	SDA
I2C (22C)	SCL	SCL
GND	GND	GND

ตัวอย่างวงจร

การเชื่อมต่อวงจรเซนเซอร์ DHT12 และ BH280 กับบอร์ด M5Stack

Code

M5Stack scan I2C address

// Code I2C scanner
#include <Wire.h>

void setup() {
  Wire.begin();

  Serial.begin(115200);
  while (!Serial); // Leonardo: wait for serial monitor
  Serial.println("\nI2C Scanner");
}

void loop() {
  int nDevices = 0;

  Serial.println("Scanning...");

  for (byte address = 1; address < 127; ++address) {
    // The i2c_scanner uses the return value of
    // the Write.endTransmisstion to see if
    // a device did acknowledge to the address.
    Wire.beginTransmission(address);
    byte error = Wire.endTransmission();

    if (error == 0) {
      Serial.print("I2C device found at address 0x");
      if (address < 16) {
        Serial.print("0");
      }
      Serial.print(address, HEX);
      Serial.println("  !");

      ++nDevices;
    } else if (error == 4) {
      Serial.print("Unknown error at address 0x");
      if (address < 16) {
        Serial.print("0");
      }
      Serial.println(address, HEX);
    }
  }
  if (nDevices == 0) {
    Serial.println("No I2C devices found\n");
  } else {
    Serial.println("done\n");
  }
  delay(5000); // Wait 5 seconds for next scan
}

• การเขียนโปรแกรม scan หา Address ของเซนเซอร์นั้นใช้เพื่อทดสอบว่าเซนเซอร์ที่เชื่อมต่อนั้นอยู่ในเครือข่าย I2C ของบอร์ด Microcontroller แล้ว

• เราสามารถหาค่า address ของเซนเซอร์ได้จาก datasheet ของเซนเซอร์ หรือ จาก code การทดลองนี้ ถ้าต้องการหาค่า I2C address ของ เซนเซอร์ตัวใดให้เชื่อมต่อเพียงเซนเซอร์ที่ต้องการหาและถอดวงจรเซนเซอร์ที่ไม่ต้องการออก

บันทึกผลการทดลอง

1. หา I2C Address ของทั้งสอง sensor และ I2C Address ของ M5Stack แล้วเติมลงในตารางด้านล่าง

Devices	I2C Address
AIR PRESSURE Sensor (BMP280)	.....
Temp, Humidity Sensor (DHT12)	.....
M5Stack	.....

2. บันทึกภาพวงจรการทดลองและภาพผลที่แสดงบน Serial monitor ผลการ Scan หาค่า I2C Address ของเซนเซอร์

3. อธิบายว่าเพราะอะไรเราต้องรู้ค่า I2C Address ของอุปกรณ์ เมื่อเราต้องการใช้งานโปรโตคอล I2C

LAB2: M5Stack อ่านค่า DHT12 Sensor

ทดลองให้ M5Stack อ่านค่า DHT12 Sensor การทดลองนี้เป็นการเขียนโปรแกรมลงบอร์ด M5Stack ให้อ่านค่า DHT12 sensor และใช้ logic analyzer แสดงค่า sensor เมื่อ M5Stack ส่งคำสั่งอ่านค่า DHT12 sensor

อุปกรณ์ทดลอง

Components	Quantity
M5Stack Demo Board	1
Logic Analyzer (รุ่น LA1016 or LA2016)	1

อุปกรณ์การทดลอง

โปรแกรม

1. Arduino IDE

2. โปรแกรม KingstVIS

ตั้งค่าโปรแกรม KingstVIS

"ใช้แบบเดิม"

PIN Connect

การต่อวงจร: บอร์ด M5Stack ต่อกับเซนเซอร์ DHT12 และ Logic analyzer

M5Stack	Sensor DHT12	Logic Analyzer
I2C (21D)	SDA	Channel 0
I2C (22C)	SCL	Channel 1
GND	GND	GND

การเชื่อมต่อ DHT12 Sensor และ Logic analyzer กับบอร์ด M5Stack

ติดตั้งไลบรารี่ DHT12 สำหรับเขียนโปรแกรม Arduino IDE อ่านค่า DHT12 sensor

• เปิดโปรแกรม Arduino IDE

• ไปที่ Sketch >> Include Library >>Manage Libraries...

• พิมพ์ ค้นหา DHT12 >> เลือก DHT12 sensor library >> Install

• หลังจากติดตั้งเรียบร้อยให้ปิดโปรแกรมแล้วเปิดใหม่

สร้างไฟล์แล้วเขียนโปรแกรมตาม code ด้านล่าง แล้ว upload code ลง M5Stack

Code

M5Stack read data DHT12 Sensor

//#include <M5Stack.h>
#include "DHT12.h"
#include <Wire.h> //The DHT12 uses I2C comunication.

DHT12 dht12; //Preset scale CELSIUS and ID 0x5c.

void setup() {
//    M5.begin();
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
//    M5.Lcd.setCursor(80, 0, 4);
//    M5.Lcd.print("TEMPERATURE");
 
}

void loop() {
 
    float tmp = dht12.readTemperature();
    float hum = dht12.readHumidity();
//    M5.Lcd.setCursor(30, 100, 4); //display via moniter
//    M5.Lcd.printf("Temp: %2.1f  Humi: %2.0f%%", tmp, hum); //display via moniter
    Serial.printf("Temp: %2.1f  Humi: %2.0f%% \n", tmp, hum); //display via serial monitor
    delay(100);
}

บันทึกผลการทดลอง

1. บันทึกผลการทดลองที่ Logic analyzer แสดง เทียบกับ Serial monitor และอธิบายว่าข้อมูลที่ได้เป็นอย่างไร

LAB3: MCU to MCU communication

การทดลองนี้เป็นการเขียนโปรแกรมลงบอร์ด M5Stack ให้ทำหน้าที่เป็น Master อ่านข้อความจาก Arduino UNO ที่ทำหน้าที่เป็น Slave ผ่าน I2C bus

อุปกรณ์ทดลอง

Components	Quantity
M5Stack Demo Board	1
Logic Analyzer (รุ่น LA1016 or LA2016)	1
Arduino UNO	1

อุปกรณ์การทดลอง

ตั้งค่าโปรแกรม KingstVIS

• เชื่อมต่อ logic Analyzer กับ คอมพิวเตอร์

• เปิดโปรแกรม Kingst VIS

• ไปที่ Analyzers >> คลิ๊ก icon add(+) >> เลือก I2C

เลือกประเภท protocol ที่ต้องการวิเคราะห์

• ไปที่ Analyzers >> คลิ๊ก icon setting >> Edit ตั้งค่าตามรูปด้านล่าง >> OK

ตั้งค่า channel สำหรับวิเคราะห์ การส่งข้อมูลของ I2C โปรโตคอล

• ไปที่ Analyzers อีกครั้ง >> คลิ๊ก icon setting >> Display Format >> ASCII เพื่อให้ decoded เป็นข้อมูลชุด แบบตัวอักษร (ASCII)

ตั้งค่า Display Format

• ไปที่ Channel 0 เลือกกด Indicates "rising edge trigger"

ตั้งค่า Trigger Indicates "rising edge trigger"

PIN Connect

การต่อวงจร: บอร์ด M5Stack ต่อกับบอร์ด Arduino UNO และ Logic Analyzer

M5Stack	Arduino UNO	Logic Analyzer
SDA (pin 21D)	SDA (pin A4)	Channel 0
SCL (pin 22C)	SCL ( pin A5)	Channel 1
GND	GND	GND

ตัวอย่างวงจร

การต่อวงจร I2C Pin ของบอร์ด Arduino UNO และ Logic Analyzer กับบอร์ด M5Stack

Code: M5Stack is a master reader

// Wire Master Reader

#include <Wire.h>
int i =0;
void setup() {
  Wire.begin();        // join i2c bus (address optional for master)
  Serial.begin(115200);  // start serial for output
}

void loop() {
  if(i==0){
  Wire.requestFrom(8, 6);    // request 6 bytes from slave device #8

  while (Wire.available()) { // slave may send less than requested
    char c = Wire.read(); // receive a byte as character
    Serial.print(c);   
  
    // print the character
 }
 i++;
  }

  delay(500);
}

Code: Arduino UNO is a slave

// Wire Slave Sender

#include <Wire.h>

void setup() {
  Wire.begin(8);        // join i2c bus with address #8
  Wire.onRequest(requestEvent); // register event
}

void loop() {
  delay(100);
}

// function that executes whenever data is requested by master
// this function is registered as an event, see setup()
void requestEvent() {
  Wire.write("hello "); // respond with message of 6 bytes
  // as expected by master
   
}

บันทึกผลการทดลอง

1. บันทึกผล Serial monitor แสดงข้อความที่บอร์ด M5Stack (Master) ได้รับ และข้อความบนโปรแกรม KingstVIS ของ logic analyzer

2. อธิบายผลการทดลองที่ logic analyzer แสดงเทียบกับ serial monitor ของ M5Stack ที่ทำหน้าที่เป็น master