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El bus I2C

Arduino y el bus I2C
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Objetivos

 

 

    • Comprender el bus I2C.
    • Conectar un display I2C.
    • Enviando mensajes a la pantalla

 

Material requerido.

Imagen de Arduino UNO

Arduino Uno o similar. Esta sesión acepta cualquier otro modelo de Arduino.

Protoboard

Una Protoboard.

conexiones

Cables  de protoboard

componente

 Una resistencia de 330Ω.

Display LCD

Un display LCD, de 16×2 o LCD 20×4, I2C.

El bus I2C

 

A medida que la capacidad integración en un único chip aumentaba, el número de componentes comerciales disponibles, aumentaba exponencialmente. Cada vez era, y es, más sencillo fabricar bloques de construcción electrónicos integrados en un único chip, y pronto el grosor de los catálogos de los fabricantes, engordó peligrosamente.

Era relativamente fácil encontrar esos bloques de construcción pero cuando tu diseño requería usar una docena de esos bloques, ponerlos de acuerdo y conseguir que se comunicaran eficazmente, se convirtió en un problema.

Por eso, en los primeros 80, uno de los grandes fabricantes de electrónica (Phillips), propuso una norma de comunicación digital, entre los diferentes componentes de una sistema electrónico.

Una norma que especificaba la velocidad, niveles de tensión,  y el protocolo a seguir para conseguir esa comunicación y la hizo abierta.

Esa norma se llamó Inter Integrated Circuits bus, o IIC, y pronto se convirtió en un estándar de facto en la industria. Las especificaciones han ido mejorando con los años, pero la idea básica sigue siendo la misma:

 
  • Protocolo de dos hilos de control, uno para transmitir los datos, SDA y otro, el reloj asíncrono que indica cuando leer los datos SCL. Mas GND y 5V (cuando se requiera).
  • Cada dispositivo conectado al bus I2C y cada uno tiene su dirección exclusiva, de 7 bits, (Asi que, en teoría, podemos conectar 27 = 128, dispositivos).
  • Uno de estos componentes, debe actuar como master, es decir controla el reloj.
  • No se requiere una velocidad de reloj estricta, ya que es el master quien controla el Clock.
  • Es multi master, el master puede cambiar, pero solo uno puede estar activo a la vez, y proporciona un protocolo de arbitraje y detección de colisiones. (Si no has entendido esto, no te preocupes, todavía es pronto).
 

Puedes encontrar que a este bus se le llama I2C, IIC o I2C, y también, como TWI (Two Wire Interface, o interface de 2 hilos), pero siempre es lo mismo.

Arduino y el I2C

La idea es que todos los componentes se conecten en paralelo a las dos líneas del Bus, SDA y SCL. En cada momento solo puede haber un master, en este caso, nuestro Duino y los demás se configuran como esclavos.

 
  • Puede haber más de un master. La norma propone un sistema de arbitraje, para transferir el control de uno a otro, pero en un instante dado, solo uno puede ser el master.
  • Fijaros también que hay unas resistencias de Pullup conectadas a SDA y SCL. Son imperativas, ya que el bus es activo bajo (Esto es, la señal activa es un 0, no un 1. Pero tranquilo, que esto no te afecta)
  • Cuando vayas a conectar algo al busI2C, es imprescindible que leas el manual para saber si los pullups los tienes que poner tú, o vienen puestos en el componente.
  • En el caso del display I2C que vamos a usar, normalmente incluyen los pullups.
 

Y la buena noticia es que nuestro Arduino lo soporta de fábrica con una librería estándar, que utiliza dos de los pines analógicos para las funciones SDA (Datos) y SCL (Clock).

 
  • En el Arduino UNO, los pines I2C están en los pines analógicos A4 (SDA) y A5 (SCL).
  • En el Arduino Mega y DUE, son el 20 (SDA) y en el 21(SCL).
 

La librería I2C, en Arduino se llama Wire (para que no os confiéis), y gestiona el protocolo de comunicaciones completo, lo que es un detalle, pues nos ahorra la parte aburrida de estudiar el protocolo y escribir programas para ello.

 
  • Esto no es vagancia, sino construir sobre el trabajo de terceros. Es una de las muy grandes virtudes de la comunidad Arduino. Muchas librerías para incorporar a nuestros proyectos, sin necesidad de mancharte las manos de grasa.
 

En esta sesión vamos a conectar un display LCD de 16×2 con interface I2C, y así podréis comprobar porque en la última sesión os recomendé usarlo, en lugar del que se conecta directamente con 16 pines.

Pero antes, tenemos que asegúranos de otro asunto.

 

Scanner de I2C

 

Cada componente que conectamos al bus I2C tiene una dirección única, y cada mensaje y orden que transmitimos al bus, lleva anexa esta dirección, indicando cuál de los muchos posibles, es el receptor del mensaje.

Pero, claro, esto implica que sabemos la dirección del componente. Lo normal es comprobar la información técnica del fabricante del componente, y ahí suele decirnos cuál es la dirección por defecto.

Pero como ya sabemos, que en la vida las cosas rara vez son como en los cuentos, algún alma caritativa (y con mucho mundo a sus espaldas), hizo un programita para Arduino, que nos informa, de lo que hay en nuestro bus y con qué dirección. I2C scanner

Naturalmente, este programa, no tiene ni idea de quien responde y lo que hace, pero bastante es que nos informe de que hay alguien en la dirección xx.

Si no sabemos en qué dirección está un componente dado, basta con colocarlo solo en el bus, y ver qué dirección nos reporta el I2C scanner. EL resultado para el LCD que tengo es 0x27 Hexadecimal.

Informe I2C scan

 

Así que ya podemos pasar a hablar de como programar  el uso del display.

 

Diagrama de conexión

 

La conexión es, nuevamente, trivial:

Img_34_2

Simplemente Arduino A4 a SDA (Datos) y A5 a SCL (Clock), más GND y alimentación. Vamos con el programa.

 

Programa de control

 

Lo primero, es que descarguéis una nueva librería para maneja el display con I2C, Se llama LiquidCrystal_I2C y es un añadido para la librería estándar que viene con tu Duino (tranquilo no duele y debería ser automático).

No he encontrado información del autor o autores, y solo he visto que hacen referencia a que el nombre de la librería es Malpartida (A mí no me miréis).

Descarga la librería LiquidCrystal_I2C , y vamos a instalarla lo primero

\\Programa\ImportarLibreria\Añadir \Librería

Busca en tu directorio de descargas, la librería LiquidCrystal_I2C .zip y haz doble click, para que se instale en nuestro IDE.

Ahora vamos a incluir la librería I2c que en Arduino se llama Wire, y como es estándar la incluyes con:

\\Programa\ImportarLibreria\Wire

Ahora hay que incluir la librería LiquidCrystal normal y después la de LiquidCrystal_I2C.Deberiamos tener 3lineas como estas:

#include <Wire.h>
#include <LCD.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

Vamos ahora a definir una variable con la dirección de nuestro display. En mi caso la 0x27

byte dir = 0x27   // Ese 0x significa que es hexadecimal, no decimal

Y por último creamos una instancia del objeto LiquidCrystal_I2C:

LiquidCrystal_I2C             lcd( dir, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7);

Al que le pasamos la dirección dir del display y varios números que indican que pines debe usar la librería para el display, no de Arduino. Ignóralo y lo copias así para los displays. El resto queda así:

#include <Wire.h>
#include <LCD.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#define I2C_ADDR    0x27

LiquidCrystal_I2C             lcd(I2C_ADDR,2, 1, 0, 4, 5, 6, 7);
void setup()
   {
       lcd.begin (16,2);    // Inicializar el display con 16 caraceres 2 lineas
       lcd.setBacklightPin(3,POSITIVE);
       lcd.setBacklight(HIGH);

       lcd.home ();                   // go home
       lcd.print("Prometec.net");
       lcd.setCursor ( 0, 1 );        // go to the 2nd line
       lcd.print("Malpartida lib");
   }
void loop() 
   {}

Aquí tenéis el resultado:

Display 16x2 I2C

 

Resumen de la sesión

 

 

    • Hemos presentado los displays LCD de 16×2 I2C
    • Funciona igual que los normales, pere requieren muchos menos cables para instalarlos y se evitan montones de problemas.
    • Muy practicos y cuestan poco mas que uno normal.
 

 

 

 

 

 

(198) Comments

    • Kike

    Hola, Estoy intentando hacerlo con Arduino uno R3 y solo se enciende la pantalla, puede ser que la direccion no sea 0x27? como se si es este el problema y como se cual es la direccion??, gracias de antemano

    • Hola Kike, es bastante probable que ese sea el problema. En esta misma sesión tienes el programa I2C scanner que busca los dispositivos I2C que tengas conectados y te da su dirección. De todas formas suelen ser 0x27 o 0x3F. Un saludo.

    • Juani Severo

    hola que tal? me salta error compilando para arduino uno

    • Hola JUani, ¿has descargado e instalado la librería?

  • Puse el sketch en el arduino mega 2560 y sólo se enciende la pantalla, no consigo que muestre el texto, he comprobado las conexiones y todo está bien ¿Alguna idea?

    • Hola Lorenzo, recuerda que en el Arduino Mega los pines para I2C son 20 y 21. También asegúrate de que tienes bien la dirección del dispositivo. Puedes usar el programa scanner que hay en la sesión. Un saludo.

  • Hola, excelente el tutorial. Copie todo el sketch y lo use en el simulador Proteus, pero no funciona, se ilumina el display pero nada más.

    ¿Hay algo adicional que se debe realizar con el Proteus?

    • Hola Mario, pues por lo que veo debe tener problemas a la hora de simular este tipo de displays. Yo no lo he usado así que no puedo ayudarte. A ver si alguien puede aportar algo. Un saludo.

  • me aparecie este mensaje de error..
    C:\Users\anton\OneDrive\Datos adjuntos de correo electrónico\Documentos\Arduino\sketch_aug19a\sketch_aug19a.ino:2:17: fatal error: LCD.h: No such file or directory

    • Recuerda que tienes que instalar la librería LiquidCrystal_I2C que puedes encontrar en esta misma página. Un saludo.

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