raspberrypi spi인터페이스mcp3208 adc 및 아날로그 센서 (가변저항, 화염센서,...

RaspberryPi SPI인터페이스 1

제11강

SPI Interface

SPI interface

MCP3208 ADC 및 아날로그 센서

(가변저항, 화염센서, 조도센서, 수분센서, 온도센서, 습도 센서, 적외선거리센서)

DotMatrix 모듈(MAX7219)

SSD1331 OLED(8p, SPI)


SPI 인터페이스

* SPI(serial peripheral interface) 인터페이스

: 한 두 개의 주변장치 간에 직렬통신으로 데이터를

교환할 수 있게 하는 모토롤라사가 개발한 인터페이스

: Full Duplex 방식으로 동작(양방향 동시전송 가)

: 일반적으로 CPU와 주변 디바이스간 통신에 사용

: 프로세서간 통신에도 활용


SPI 인터페이스(계속)

* 디바이스간 연결

: CE0, CE1활용하여 2개까지 연결 가능

신호 wPiBCM_

GPIO기능

SCLK #14 #11 Serial Clock(output from master)

MOSI #12 #10Master Out Slave In(data output from master)

MISO #13 #09Master In Slave Out(data output from slave)

CE0 #10 #08Slave Select(often active low output from master)

CE1 #11 #07 Slave Select(often active low output from master)



* SPI 전송모드(4가지 지원)

: CPOL, CPHA의 설정에 따라...



* SPI 활성화

$ sudo raspi-config

: 5 Interfacing Options, P4 SPI

$ sudo reboot



* SPI 활성화 확인

$ cat /boot/config.txt

dtparam=spi=on kfXjgw

* 두 채널을 위한 디바이스파일

$ $ ls /dev/spi*

/dev/spidev0.0 /dev/spidev0.1



* wringPiSPI.h 라이브러리

: SPI 통신을 위한 함수 제공

: 초기화 함수로 채널과 통신속도 설정int wiringPiSPISetupMode(int channel, int speed, int mode);

int wiringPiSPISetup(int channel, int speed); // mode 0로

: 슬레이브와 데이터 기록과 판독을 동시에 하는 함수int wiringPiSPIDataRW(int channel, unsigned char *data, int len);

: 파일기술자 확보 함수int wiringPiSPIGetFd(int channel);


MCP3208 ADC

* MCP3208 ADC .. 8ch, 12bit

: MCP3208 ADC의 핀구조 및 그 기능


MCP3208 ADC(계속)

* 채널 선택 제어 비트

: Single/Diff, 채널주소(D2, D1, D0)


MCP3208 ADC(계속)

* MCP3208 전송 데이터 포맷

:　 3바이트로 구성

uint8_t buf[3];

buf[0] = 0x06 | ((aChAddr & 0x07) >> 2); // 0000_0 st sgl/di D2

buf[1] = ((aChAddr & 0x07) << 6); // D1 D0 00_0000

buf[2] = 0x00; // 0000_0000


MCP3208 ADC(계속)

* 전체적인 통신 절차

:　 데이터의 기록 및 판독이 동시에 이루어짐(쉬프트방식)


MCP3208 ADC(계속)

* MCP3208 송수신후

:　 2번째바이트 하위니블과 3번째바이트에 수신 데이터

: AD변환결과 조합

buf[1] = 0x0F & buf[1]; // masking lower nibble

val = (buf[1] << 8) | buf[2]; // 12 bits by concatenation


ADC 변환

[실습1] 가변저항 출력을 ADC I

：회로도 (CH0에 가변저항의 출력단 연결)

$ sudo nano spiMCP3208_01.c

//=======================================

// spiMCP3208_01.c

// MCP3208 + sensors

// CH0 : VR

// CH1 : Flame sensor

// CH2 : CDS sensor


// CH3 : moisture sensor

// CH4 : temperature sensor

// CH5 : humidity sensor

// CH6 : Infrared distance sensor

//=======================================

#include <stdio.h>

#include <stdint.h>

#include <wiringPi.h>

#include <wiringPiSPI.h> // SPI interface

#define P_MCP_CLK 14 // BCM_GPIO #11, SCLK, 연결

#define P_MCP_DIN 12 // BCM_GPIO #10, MOSI, 연결

#define P_MCP_DOUT 13 // BCM_GPIO #09, MISO, 연결

#define P_MCP_CS0 10 // BCM_GPIO #08, CE0, 연결

#define SPI_CHAN_0 0 // slave channel select 0

#define P_MCP_CS1 11 // BCM_GPIO #07, CE1

#define SPI_CHAN_1 1 // slave channel select 1

#define SPI_SPEED 1000000 // 1MHz int

// analog sensor list


enum analogSensor {VR=0, FLAME, CDS, MOIST, TEMP, HUMI, IRD};

// function prototype

int readMCP3208(int fd, uint8_t analogCh);

int main(void) {

enum analogSensor analogCh;

int fd;

int val;

printf("[SPI MCP3208 + sensors testing...]\n");

if(wiringPiSetup() == -1) {

return 1;

}

if((fd = wiringPiSPISetup(SPI_CHAN_0, SPI_SPEED)) == -1) {

return 1;

}

analogCh = VR; // VR

//analogCh = FLAME; // flame sensor


//analogCh = CDS; // CDS sensor

//analogCh = MOIST; // moisture sensor

//analogCh = TEMP; // temperature sensor

//analogCh = HUMI; // humidity sensor

//analogCh = IRD; // infrared distance sensor

while(1) {

val = readMCP3208(fd, analogCh);

printf("analogCh_%d Val = %d\n", analogCh, val);

delay(1000);

}

return 0;

}

int readMCP3208(int fd, uint8_t analogCh) {

uint8_t buf[3];

int val;

buf[0] = 0x06 | ((analogCh & 0x07) >> 2);

// 0000 0 start single D2


buf[1] = ((analogCh & 0x07) << 6); // D1 D0 00 0000

buf[2] = 0x00; // 0000 0000

wiringPiSPIDataRW(fd, buf, 3);

//wiringPiSPIDataRW(P_MCP_DIN, buf, 3);

buf[1] = 0x0F & buf[1]; // masking lower nibble

val = (buf[1] << 8) | buf[2]; // make 12 bits by concatnation

return val;

}

$ make spiMCP3208_01

$ ./spiMCP3208_01


ADC 변환(계속)

[실습2] 화염센서 출력을 ADC

: YG1006 화염센서 및 회로(CH1에 화염센서 출력단 연결)

: [실습1] 소스 활용 ... 채널선택부분 수정

$ sudo nano spiMCP3208_01.c

.....

//aChAddr = VR; // VR

aChAddr = FLAME; // flame sensor

//aChAddr = CDS; // CDS sensor

......


ADC 변환(계속)

[실습3] 조도센서 출력을 ADC

: 조도센서 및 회로(CH2에 조도센서 출력단 연결)

: [실습1] 소스 활용


ADC 변환(계속)

[실습4] 수분센서 출력을 ADC

: 수분센서 및 회로(CH3에 수분센서 출력단 연결)

：[실습1] 소스 활용


ADC 변환(계속)

[실습5] 온도 및 습도센서 출력을 ADC

：온/습도센서(CHIPCAP-L) 및 회로

(CH4에 온도센서, CH5에 습도센서 출력단 연결)

(pin#1: VCC, pin#2: GND, pin#3:습도센서, pin#4: 온도센서)

：[실습1] 소스 활용


ADC 변환(계속)

[실습6] 적외선거리센서 출력을 ADC

　：SHARP 2Y0A21 적외선거리센서(10~30cm의 거리 측정)

　：회로 연결 (CH6 채널과 연결)

　：[실습1] 소스 활용

　：유의) 거리변환식에서 수학함수(math.h) 사용시

–lm 옵션붙여 컴파일

$ gcc –o spiMCP3208_01 spiMCP3208_01.c –lwringPi –lm


도트매트릭스 모듈

* MAX7219 장착된 모듈

: SPI 통신 방식으로 제어 가능

: 회로도

: SPI 인터페이스 단자와의 연결

SCLK(CLK), MOSI(DIN), CE0(CS)


도트매트릭스 모듈(계속)

* SPI 데이터 전송포맷

: 2바이트로 구성

: 첫 번째 바이트(레지스터주소)

: 두 번째 바이트(패턴데이터)

void MAX7219_WRITE(uint8_t address, uint8_t data) {

uint8_t buf[2];

buf[0] = address;

buf[1] = data;

digitalWrite(P_MAX_CE0, LOW);

wiringPiSPIDataRW(P_MAX_MOSI, buf, 2);

digitalWrite(P_MAX_CE0, HIGH);

}


도트매트릭스(계속)

[실습7] 도트매트릭스 제어 I

: SPI를 이용하여 제어

: 최소한의 회로 연결은 SCLK, MOSI, CE0만 연결하여 구성

$ nano spiDotMtx_01.c

//=======================================// spiDotMtx_01.c// using SPI interface//=======================================#include <stdio.h>#include <stdint.h>#include <wiringPi.h>#include <wiringPiSPI.h> // SPI interface

#define P_MAX_SCLK 14 // BCM_GPIO #11, 연결#define P_MAX_MOSI 12 // BCM_GPIO #10, 연결#define P_MAX_MISO 13 // BCM_GPIO #9


#define P_MAX_CE0 10 // BCM_GPIO #8, 연결#define SPI_CHAN_0 0 // slave channel select 0

#define P_MAX_CE1 11 // BCM_GPIO #7


const uint8_t image[] = { // 5x8 font0x1E, 0x12, 0x1E, 0x00, 0x04, 0x07, 0x04, 0x04, //마0x09, 0x15, 0x09, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, //이0x1F, 0x01, 0x07, 0x01, 0x00, 0x1F, 0x00, 0x00, //크0x1F, 0x01, 0x1F, 0x10, 0x1F, 0x00, 0x04, 0x1F, //로0x1F, 0x0A, 0x0A, 0x1F, 0x00, 0x1F, 0x00, 0x00, //프0x1F, 0x01, 0x1F, 0x10, 0x1F, 0x00, 0x04, 0x1F, //로0x04, 0x0A, 0x11, 0x00, 0x05, 0x1D, 0x05, 0x05, //세0x04, 0x0A, 0x11, 0x00, 0x01, 0x1F, 0x01, 0x01 //서

};

const uint8_t allOff[] = {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00

};

// function prototypevoid setup(void);void MAX7219_INIT(void);void MAX7219_WRITE(uint8_t address, uint8_t data);

int main(void) {


int i, j;

printf("[Dot Matrix testing....]\n");

if(wiringPiSetup() == -1)return 1;

if(wiringPiSPISetup(SPI_CHAN_0, SPI_SPEED) == -1) {return 1;

}

setup();

for(j=0; j<8; j++) { for(i=0; i<8; i++) {

MAX7219_WRITE(i+1, *(image+j*8+i));}delay(1000);

}

for(i=0; i<8; i++) {MAX7219_WRITE(i+1, *(allOff + i));

}delay(1000);

return 0;}


void setup(void) { pinMode(P_MAX_CS0, OUTPUT);

MAX7219_INIT();}

void MAX7219_INIT(void) { MAX7219_WRITE(0x09, 0x00);

// Decode Mode : no decode mode all digits(0x00) MAX7219_WRITE(0x0A, 0x0F);

// Intensity(0x00~0x0F) : max(0x0F) MAX7219_WRITE(0x0B, 0x07);

// Scan Limit : Digit 0 ~ Digit 7,(0x07) MAX7219_WRITE(0x0C, 0x01); // Shutdown : Normal(0x01)}

void MAX7219_WRITE(uint8_t address, uint8_t data) { uint8_t buf[2];

buf[0] = address; // MAX7219 register address buf[1] = data; // pattern data

digitalWrite(P_MAX_CS0, LOW); wiringPiSPIDataRW(P_MAX_DIN, buf, 2); digitalWrite(P_MAX_CS0, HIGH);}


$ make spiDotMtx_01

$ ./spiDotMtx_02


도트매트릭스(계속)

[실습8] 도트매트릭스 제어 II

: SPI를 이용하여 제어

: 상하좌우 스크롤링 효과를 수행하는 프로그램

$ nano spiDotMtx_02.c

//=======================================// spiDotMtx_02.c// using SPI interface// MAX7219 driver, scrolling//=======================================#include <stdio.h>#include <stdint.h>#include <wiringPi.h>#include <wiringPiSPI.h> // SPI interface

#define P_MAX_CLK 14 // BCM_GPIO #11, SCLK, 연결#define P_MAX_DIN 12 // BCM_GPIO #10, MOSI, 연결#define P_MAX_DOUT 13 // BCM_GPIO #9, MISO#define P_MAX_CS0 10 // BCM_GPIO #8, CE0, 연결


#define SPI_CHAN_0 0

#define P_MAX_CS1 11 // BCM_GPIO #7, CE1


const uint8_t image[] = { // 5x8 font 0x1E, 0x12, 0x1E, 0x00, 0x04, 0x07, 0x04, 0x04, //마 0x09, 0x15, 0x09, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, 0x01, //이 0x1F, 0x01, 0x07, 0x01, 0x00, 0x1F, 0x00, 0x00, //크 0x1F, 0x01, 0x1F, 0x10, 0x1F, 0x00, 0x04, 0x1F, //로/* 0x1F, 0x0A, 0x0A, 0x1F, 0x00, 0x1F, 0x00, 0x00, //프 0x1F, 0x01, 0x1F, 0x10, 0x1F, 0x00, 0x04, 0x1F, //로 0x04, 0x0A, 0x11, 0x00, 0x05, 0x1D, 0x05, 0x05, //세 0x04, 0x0A, 0x11, 0x00, 0x01, 0x1F, 0x01, 0x01 //서*/ 0x00,0x18,0x3C,0x7E,0x3C,0x3C,0x3C,0x00, // left 0x00,0x3C,0x3C,0x3C,0x7E,0x3C,0x18,0x00, // right 0x00,0x10,0x3E,0x7E,0x7E,0x3E,0x10,0x00, // up 0x00,0x08,0x7C,0x7E,0x7E,0x7C,0x08,0x00 // down};

const uint8_t allOff[] = { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};

uint8_t buf[8];


// function prototypevoid setup(void);void MAX7219_INIT(void);void MAX7219_WRITE(uint8_t address, uint8_t data);void shift_left(uint8_t *array);void shift_right(uint8_t *array);void shift_up(uint8_t *array);void shift_down(uint8_t *array);

int main(void) { int i, j; int k = 17;

printf("[Dot Matrix testing....]\n");

if(wiringPiSetup() == -1) return 1;

if(wiringPiSPISetup(SPI_CHAN_0, SPI_SPEED) == -1) { return 1; }

setup();

for(j=0; j<8; j++) { for(i=0; i<8; i++) { MAX7219_WRITE(i+1, *(image+j*8+i));


} delay(1000); }

for(i=0; i<8; i++) { MAX7219_WRITE(i+1, *(allOff + i)); } delay(1000);

// scrolling for(i=0; i<8; i++) // memcopy() buf[i] = image[i];

while(k--) { for(i=0; i<8; i++) { MAX7219_WRITE(i+1, *(buf+i)); } delay(100); shift_left(buf); // } delay(1000);

return 0;}

void setup(void) { pinMode(P_MAX_CS0, OUTPUT);


MAX7219_INIT();}

void MAX7219_INIT(void) { MAX7219_WRITE(0x09, 0x00);

// Decode Mode : no decode mode all digits(0x00) MAX7219_WRITE(0x0A, 0x0F);

// Intensity(0x00~0x0F) : max(0x0F) MAX7219_WRITE(0x0B, 0x07);

// Scan Limit : Digit 0 ~ Digit 7,(0x07) MAX7219_WRITE(0x0C, 0x01); // Shutdown : Normal(0x01)}

void MAX7219_WRITE(uint8_t address, uint8_t data) { uint8_t buf[2];

buf[0] = address; // MAX7219 register address buf[1] = data; // pattern data

digitalWrite(P_MAX_CS0, LOW); wiringPiSPIDataRW(P_MAX_DIN, buf, 2); digitalWrite(P_MAX_CS0, HIGH);}

void shift_left(uint8_t *array) { uint8_t temp; int i;


temp = array[0]; for(i=0; i<7; i++) { array[i] = array[i+1]; } array[7] = temp;}

void shift_right(uint8_t *array) { uint8_t temp; int i;

temp = array[7]; for(i=7; i>0; i--) { array[i] = array[i-1]; } array[0] = temp;}

void shift_up(uint8_t *array) { uint8_t temp; int i;

for(i=0; i<8; i++) { temp = array[i] & 0x80; array[i] <<= 1; array[i] |= (temp >> 7); }}


void shift_down(uint8_t *array) { uint8_t temp; int i;

for(i=0; i<8; i++) { temp = array[i] & 0x01; array[i] >>= 1; array[i] |= (temp << 7); }}

$ make spiDotMtx_02

$ ./spiDotMtx_02


응용과제

[응용1] AD 변환

: MCP3208 ADC

: 온습도센서, 적외선거리센서의 데이터를 실용성있게 재 표현

(변환식 활용)


OLED 모듈

* SSD1331 OLED 모듈 (SPI 방식)

참조)

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=chandong83&logNo=2209

17471910

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=chandong83&logNo=220917471910


GND - GND #6

VCC - 3.3V #1

SCL - BCM11 #23

SDA - BCM10 #19

RES - BCM25 #22

DC - BCM24 #18

CS - BCM23 #16

python 소스

import datetimeimport timeimport math


#pin 설정SSD1331_PIN_CS = 23SSD1331_PIN_DC = 24SSD1331_PIN_RST = 25

if __name__ == '__main__': # 라이브러리 로드 device = SSD1331.SSD1331(SSD1331_PIN_DC, SSD1331_PIN_RST, SSD1331_PIN_CS) try: # OLED 활성화 device.EnableDisplay(True) # 화면 지우기 device.Clear() today_last_time = "Unknown"

# 무한 반복 while True: # 현재 날짜/시간 얻어오기 my_now = datetime.datetime.now()

# 현재 날짜를 알아보기 좋게 문자열로 변환 today_date = my_now.strftime("%Y-%B-%d %A")

# 현재 시간을 알아보기 좋게 문자열로 변환 today_time = my_now.strftime("%H:%M")


# 현재 시간과 최종 시간이 같지 않다면? if today_time != today_last_time: # 화면 지우기 device.Clear() # 0.01초 대기 10ms time.sleep(0.01) # 시 각도 계산 hours_angle = 270 + (30 * (my_now.hour + (my_now.minute / 60.0))) hours_dx = int(math.cos(math.radians(hours_angle)) * 12) hours_dy = int(math.sin(math.radians(hours_angle)) * 12)

# 분 각도 계산 minutes_angle = 270 + (6 * my_now.minute) minutes_dx = int(math.cos(math.radians(minutes_angle)) * 18) minutes_dy = int(math.sin(math.radians(minutes_angle)) * 18)

# 원 그리기 중심점 x, y, 지름, 색상 device.DrawCircle(30, 32, 20, SSD1331.COLOR_WHITE)

# 선그리기 시작점 x, y, 끝점 x, y, 색상 # 시선 그리기 device.DrawLine(30, 32, 30 + hours_dx, 32 + hours_dy,


SSD1331.COLOR_WHITE) # 분선 그리기 device.DrawLine(30, 32, 30 + minutes_dx, 32 + minutes_dy, SSD1331.COLOR_WHITE) # 문자열 쓰기 x, y, 문자열, 색상 device.DrawString(60, 28, today_time, SSD1331.COLOR_WHITE)

# 시간 갱신 today_last_time = today_time

# 0.5초 대기 500ms time.sleep(0.5)

finally: #종료시 ctrl+c # OLED 비활성화 device.EnableDisplay(False)

# 라이브러리 제거 device.Remove()

raspberrypi spi인터페이스mcp3208 adc 및 아날로그 센서 (가변저항, 화염센서,...

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