ATtiny88初体验（七）：TWI

ATtiny88初体验（七）：TWI

TWI模块介绍

ATtiny88的TWI模块兼容Phillips I2C以及SMBus，支持主从模式，支持7bit地址，最大允许128个不同的从机地址。在多主机模式下，支持总线仲裁。从机模式下的数据速率高达400kHz，且从机地址可编程。在睡眠模式下，支持地址识别唤醒。

注意：为了使用TWI模块， PRR 寄存器中的 PRTWI 位必须设为0。

数据位传输：

开始和停止条件：

地址帧格式：

数据帧格式：

完整的传输过程：

普通模式时钟频率：

\[f_{SCL} = \frac{clk_{I/O}}{16 + (2 \times TWBR \times TWPS)} \]

高速模式时钟频率：

\[f_{SCL} = \frac{clk_{TWIHS}}{16 + (2 \times TWBR \times TWPS)} \]

其中， \(clk_{I/O}\) 为分频后的系统时钟， \(clk_{TWIHS}\) 为系统时钟。

注意：主机模式下， TWBR 值不能低于10。

下图展现了一个典型传输过程中，应用程序如何与TWI模块交互的。

ATtiny88的TWI拥有四种模式：Master Transmitter、Master Receiver、Slave Transmitter、Slave Receiver。

Master Transmitter模式下的状态码：

Master Receiver模式下的状态码：

Slave Receiver模式下的状态码：

Slave Transmitter模式下的状态码：

其他状态码：

多主机仲裁过程及状态码：

寄存器

• TWBR[7:0] ：分频系数，在主机模式下不能低于10。

• TWINT ：TWI中断标志，必须写1清除（不会执行完中断自动清除），在清除前，必须完成对 TWAR 寄存器、 TWSR 寄存器、 TWDR 寄存器的操作。 TWINT 置位期间，SCL线始终保持低电平。
• TWEA ：写1使能应答。
• TWSTA ：写1产生START信号，在START信号传输完成后必须手动清除该位。
• TWSTO ：写1产生STOP信号，该位会自动清除。从机状态下，设置该位可以从错误状态中恢复。
• TWWC ：写冲突标志，在 TWINT 位为1时写 TWDR 寄存器清除。
• TWEN ：写1使能TWI模块。
• TWIE ：写1使能TWI中断。

• TWS ：TWI状态码。
• TWPS ：TWI分频。
  

• TWA[6:0] ：TWI从机地址。
• TWGCE ：写1使能General Call。

• TWAM[6:0] ：TWI地址掩码，设为1将忽略对应位的匹配。
  

• TWHS ：写1使能TWI高速模式。

代码

下面的代码展示了如何使用ATtiny88的TWI模块与SSD1306 OLED进行通信刷屏。

源文件的组织结构如下：

.
├── Makefile
├── inc
│   ├── serial.h
│   └── serial_stdio.h
└── src
    ├── main.c
    ├── serial.c
    └── serial_stdio.c

src/main.c 源文件的内容如下：

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <serial_stdio.h>

#define OLED_ADDR   0x3C
#define oled_write_command(cmd) oled_write_byte(0, cmd)
#define oled_write_data(data)   oled_write_byte(1, data)

static void oled_setup(void);
static void oled_write_byte(uint8_t dc, uint8_t data);
static void oled_fill(uint8_t color);

int main(void)
{
    cli();
    stdio_setup();          // initialize stdio and redirect it to serial
    oled_setup();           // initialize oled
    sei();

    static const uint8_t colors[] = {
        0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40,
        0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02
    };
    uint8_t i = 0;

    for (;;) {
        oled_fill(colors[i]);
        i = (i + 1) % sizeof(colors);
    }
}

static void oled_setup(void)
{
    static const uint8_t cmds[] = {
        0xAE, 0xD5, 0x80, 0xA8, 0x3F,
        0xD3, 0x00, 0x40, 0x8D, 0x14,
        0x20, 0x00, 0xA1, 0xC8, 0xDA,
        0x12, 0x81, 0xEF, 0xD9, 0xF1,
        0xDB, 0x30, 0xA4, 0xA6, 0xAF
    };

    TWSR = 0x00;            // TWPS = 1
    TWBR = 12;              // TWBR = 12, freq = 16MHz / (16 + 2 * 12 * 1) = 400KHz
    TWHSR = 0x00;           // disable high speed mode

    for (uint8_t i = 0; i < sizeof(cmds); i++) {
        oled_write_command(cmds[i]);
    }
    oled_fill(0x00);
}

static void oled_write_byte(uint8_t dc, uint8_t data)
{
    // transmit START condition
    TWCR = _BV(TWINT) | _BV(TWSTA) | _BV(TWEN);
    while (!(TWCR & _BV(TWINT)));

    // transmit SLA+W
    TWDR = OLED_ADDR << 1;
    TWCR = _BV(TWINT) | _BV(TWEN);
    while (!(TWCR & _BV(TWINT)));

    // transmit control byte
    TWDR = dc ? 0x40 : 0x00;
    TWCR = _BV(TWINT) | _BV(TWEN);
    while (!(TWCR & _BV(TWINT)));

    // transmit data byte
    TWDR = data;
    TWCR = _BV(TWINT) | _BV(TWEN);
    while (!(TWCR & _BV(TWINT)));

    // transmit STOP condition
    TWCR = _BV(TWINT) | _BV(TWSTO) | _BV(TWEN);
    // Note that TWINT is NOT set after a STOP condition has been transmitted
}

static void oled_fill(uint8_t color)
{
    oled_write_command(0x21);
    oled_write_command(0x00);
    oled_write_command(0x7F);
    oled_write_command(0x22);
    oled_write_command(0x00);
    oled_write_command(0x07);

    for (uint8_t i = 0; i < 128; i++) {
        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) {
            oled_write_data(color);
        }
    }
}

参考资料

1. ATtiny88 Datasheet