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ESP32

e Protocolo I2C

Informações do Instrutor:


** Edimar Calebe Castanho **
** Aluno de Engenharia da Computação do 4º ano ** ###### Redes Sociais
Calebe94 /u/Calebe94 calebe94

Oque é o ESP32?

* System on a Chip (SoC) - Microcontrolador; * Baixo Custo; * "Baixo Consumo"; * com Wi-Fi embutido; * Bluetooth 4.2 e BLE embutido; * Dual-core;

Quem o Projetou?

  • Espressif Systems (Shanghai - China);
  • Empresa apenas projeta os CI's(Não os fabrica);
  • Mesma empresa do ESP8266;
  • Desenvolve soluções para IOT;

Características de Hardware:

  • Microprocessador dual-core Tensilica Xtensa LX6(32 bit);
  • Frequência de Clock de 80Mhz até 240MHz;
  • Co-processador de baixíssimo consumo
    • Permite fazer conversões ADC em deep sleep
  • Comunicações sem fio:
    • Wi-Fi: 802.11b/g/n/e/i (2.4GHz)
    • Bluetooth: v4.2 e BLE

Características de Hardware:

Memória Interna:

  • ROM: 448 kB (Usada para Boot e funções do core);
  • SRAM: 520 kB (Para dados e instruções);
  • RTC fast SRAM: 8 kB (para armazenamento e CPU durante o boot do RTC);
  • RTC slow SRAM: 8 kB (Utilizado pelo co-processador durante o deep-sleep);
  • Flash: entre 0 e 4 MB (Suporta até 16MB);

Características de Hardware:

Periféricos IO:

  • 36 GPIOs
    • 10 pinos com Touch capacitivo;
    • Conversores 18 pinos ADCs e 2 pinos DACs;
    • 2 I2C e 2 I2S;
    • 3 UART;
    • CAN 2.0;
    • 3 SPI;
    • 16 PWM;

Características de Hardware:

Segurança:

  • Padrão de segurança IEEE 802.11, incluindo WFA, WPA/WPA2;
  • Secure Boot;
  • Flash Encryption;
  • Criptografia em hardware: AES, SHA-2, RSA, ECC e RNG;

Diagrama de Blocos de Funções

Comparação com outros uC's:

| | ESP32 | ESP8266 | Arduino UNO | |:--:|:--:|:----:| | Cores | 2 | 1 | 1 | | Arquitetura(bits) | 32 | 32 | 8 | | Clock(MHz) | 160 | 80 | 16 | | Wifi | Sim | Sim | Não | | Bluetooth | Sim | Não | Não | | RAM (KB) | 512 | 160 | 2 |

Comparação com outros uC's:

| | ESP32 | ESP8266 | Arduino UNO | |:--:|:--:|:----:| | Flash | 16Mb | 16 Mb | 32KB | | GPIO | 36 | 17 | 14 | | Interfaces | SPI/I2C/
UART/I2S/CAN | SPI/I2C/
UART/I2S | SPI/I2C/UART | | ADC | 18 | 1 | 6 | | DAC | 2 | 0 | 0 |

Comparação de preço:

ESP32 ESP8266 Arduino UNO
esp32 esp8266 arduino uno

Como programar?:

Arduino Framework ESP-IDF (C/C++) MicroPython
esp32 and arduino esp-idf micropython+esp32

Hello World com Arduino

@title[Hello World com Arduino]

Pisca LED

void setup() {
  pinMode (2, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite (2, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite (2, LOW);
  delay(500);
}

@[1,2,3](função setup() seta o GPIO 2 como saída digital) @[4](Cria loop infinito) @[5,6](Seta GPIO 2 para estado lógico ALTO e espera 500ms) @[7,8](Seta GPIO 2 para estado lógico BAIXO e espera 500ms)

Hello World com ESP-IDF

@title[Hello World com ESP-IDF]

Pisca LED

#include <freertos/FreeRTOS.h>
#include <freertos/task.h>
#include <driver/gpio.h>
void app_main(){
  gpio_pad_select_gpio(GPIO_NUM_2);
  gpio_set_direction(GPIO_NUM_2, GPIO_MODE_OUTPUT);
  while(1){
    gpio_set_level(GPIO_NUM_2, 1);
    vTaskDelay(500/portTICK_RATE_MS);
    gpio_set_level(GPIO_NUM_2, 0);
    vTaskDelay(500/portTICK_RATE_MS);        
  }
}

@[1,2](Importa as bibliotecas de FreeRTOS necessárias para a utilização do vTaskDelay - delay) @[3](Importa a bilblioteca de acesso à GPIO) @[4](Igual a função main do C Padrão) @[5,6](Exporta a GPIO 2 e seta como saída) @[7](Cria o loop infinito) @[8,9](Seta GPIO 2 para estado lógico ALTO e espera 500ms) @[10,11](Seta GPIO 2 para estado lógico BAIXO e espera 500ms)

Hello World com MicroPython

@title[Hello World com MicroPython]

Pisca LED

import utime
import machine
pin2 = machine.Pin(2, machine.Pin.OUT)
while True:
        pin2.value(1)
        utime.sleep_ms(500)
        pin2.value(0)
        utime.sleep_ms(500)

@[1](Importa módulo de tempo p/ o "delay") @[2](Import módulo de acesso ao hardware) @[3](Instancia a classe de Pin setando o GPIO 2 para saída) @[4](Cria loop infinito) @[5,6](Seta GPIO 2 para estado lógico ALTO e espera 500ms) @[7,8](Seta GPIO 2 para estado lógico BAIXO e espera 500ms)

Projetos

PocketSprite

Projetos

PocketSprite

Projetos

Vídeo Composto no ESP32

I2C

I2C

Descrição

  • Inter-Integrated Circuit(Circuito Inter-Integrado);
  • Comunicação Serial Síncrona;
  • Multi-Mestre;
  • Multi-Escravo;
  • Desenvolvido pela Philips em 1982(Atual NXP Semiconductors)

I2C

Descrição

  • Muito utilizada para conectar perifericos:
    • de baixa velocidade;
    • em curtas distâncias(Máx. 1m, além disso podemos ter problemas de impedância);

aos microcontroladores e processadores;

I2C

i2c_bus

I2C

  • Desde 2006 nenhuma taxa é cobrada para implementar o protocolo I2C.
  • Porém, taxas são cobradas para obter endereços I2C para dispositivos escravos.
  • Vários concorrentes, como Texas Instruments, STMicroelectronics e Motorola possuem produtos que implementam o protocolo desde a década de 90.

Especificação:

  • I2C utiliza apenas 2 linhas bidirecionais de dreno aberto;
    • SDA (Serial Data) - Dados Seriais;
    • SCL (Serial Clock) - Clock Serial (Gerado pelo Mestre);
  • As duas linhas precisam utilizar resistores de pull-up;
  • Tensões tipicamente utilizadas são 5V ou 3,3V.

Especificação:

  • Possui endereçamento de 7 bits ( e 10 bits em casos raros )
  • velocidade do barramento:
    • Low-speed mode: 10 kbit/s;
    • Standard mode: 100 kbit/s;
    • Fast Mode: 400 kbit/s;
    • Fast Mode Plus: 1 Mbit/s;
    • High Speed Mode: 3.4 Mbit/s.

Condição de START e STOP:

start_stop

  • Todas as transações:
    • Iniciam com um START(S);
    • E terminam com um STOP(P);
  • Sempre geradas pelo MESTRE

Condição de START e STOP:

i2c-start_stop

  • START: ALTO p/ BAIXO em SDA enquanto SCL está em ALTO;
  • STOP: BAIXO p/ ALTO em SDA enquanto SCL está em ALTO.

Condição de START e STOP:

  • O barramento é considerado ocupado depois de uma condição de START;
  • O barramento é considerado livre novamente após a condição de STOP;
  • O barramento permanece ocupado se um START repetido (Sr) for gerado ao invés de um STOP;
    • START e Repeated START (Sr) são funcionalmente identicas;

Mensagem

i2c-message

  • Cada BYTE colocado no SDA deve ter 8 bits;
  • Cada byte deve ser seguido de um bit de Reconhecimento(*Acknowledge bit);
  • O bit mais significativo (MSB)são transferidos primeiro;

ACK e NACK

  • Terminologia:
    • ACK - Acknowledge: Bit de Reconhecimento;
    • NACK - Not Acknowledge: Bit de Não Reconhecimento;

ACK e NACK

  • ACK:
    • Ocorre após cada byte.
    • Permite ao RECEIVER informar o TRASMITTER que o byte foi recebido com sucesso.
    • O mestre gera todos os pulsos de clock.

ACK e NACK

  • O Bit de Reconhecimento é definido da seguinte forma:
    • O TRANSMISSOR libera a linha SDA durante o clock de reconhecimento(nono pulso de clock);
    • Então o RECEPTOR pode colocar a linha SDA para estado BAIXO e gerar o bit de RECONHECIMENTO;

ACK e NACK

  • O Bit de Reconhecimento é definido da seguinte forma:
    • Ou o RECEPTOR pode manter a linha SDA em estado ALTO e gerar um bit de NÃO RECONHECIMENTO;
      • O MESTRE então pode gerar uma condição de STOP para abortar a transferência;
      • Ou pode gerar uma condição de ** Repeated START**-(START REPETIDO), para inicializar uma nova transferência.

ACK e NACK

  • Existem 5 condições que podem gerar um Bit de Não Reconhecimento:
      1. Não existe nenhum receptor no barramento que reconhece o endereço transmitido;
      1. O Receptor está imcapacitado de receber ou trasmitir pois está executando alguma função interna;

ACK e NACK:

  • Existem 5 condições que podem gerar um Bit de Não Reconhecimento:
      1. Durante a transferência, o receptor recebeu dados ou comandos que ele não reconhece;
      1. Durante a transferência, o receptor não pode receber mais dados;
      1. Um MESTRE-RECEPTOR deve sinalizar o final da tranferência para um ESCRAVO-TRANSMISSOR.

Endereçamento e o bit R/W

i2c-complete_data_transfer

  • A transferência de dados segue o formato da figura acima;

Endereçamento e o bit R/W

  • Após a condição de START(S) gerada pelo MESTRE, um endereço de escravo é enviado;
  • Este endereço possui 7 bits, seguido por um 8º bit, que é a direção dos dados (Leitura ou Escria);
    • WRITE: 0
    • READ: 1

Endereçamento e o bit R/W

  • A transferência de dados é sempre terminada pela condição de STOP(P) gerada pelo MESTRE
  • Entretanto, se o MESTRE ainda querer se comunicar com o barramento, ele pode gerar uma condição Repeated START(Sr) sem ter que gerar um STOP;

Transferências Possíveis

MESTRE-Transmissor trasmitindo para um ESCRAVO-Receptor:

master-trasmitter

Transferências Possíveis

MESTRE-Receptor recebendo de um ESCRAVO-Trasnmissor:

master-receiver

Transferências Possíveis

Formato Combinado:

combined-format

Projeto de Exemplo

projeto_esp+i2c

---

Projeto de Exemplo

  • Utiliza o barramento I2C0 do ESP32;
    • configura o CI DS1307 (que é um relógio de tempo real com calendário)
    • configura a CI AT24C32 (EEPROM que fornece 4096 palavras de 8 bits cada)
      • os CI's estão montados em um módulo chamado de TinyRTC que pode ser visto na figura abaixo.

Projeto de Exemplo

TinyRTC

Projeto de Exemplo

  • Funcionamento
    • Dois botões
      • um botão armazena os valores de tempo do RTC na EEPROM(SAVE);
      • o outro botão imprimir no terminal serial os valores adquiridos na EEPROM(GET).

Projeto de Exemplo

projeto_esp+i2c

---

Projeto de Exemplo - Datasheets

  • Verificar os datasheets para obter os endereços;
AT24C32 DS1307
AT24C32 DATA ADDRESS DS1307 DATA ADDRESS
0x50 0x68

Projeto de Exemplo - Caso Específico

  • Como o AT24C32 tem 4096 palavras, 1 byte(8 bits) não é capaz de endereçar os offsets;
    • pois o valor máximo que cabe em 8 bits é 255;
    • para endereçar 4096 palavras é necessário 12 bits; Então ...

Projeto de Exemplo - AT24C32

AT24C32 - DATA WRITE

Projeto de Exemplo - DS1307

  • O DS1307 auto-incrementa o endereço do registrador durante a leitura e escrita DS1307 - OFFSETS

Projeto de Exemplo - Código

EEPROM - AT24C32

---?code=project/main/at24c32.c&lang=c&title=AT24C32

@[1](Inclui variáveis de 8 bits-uint8_t- e 16 bits-uint16_t- ...) @[2](Inclui as funções para Habilitar a I2C) @[3](Inclui defines do kernel FreeRTOS) @[4](Inclui apenas os protótipos das funções) @[6](Endereço da EEPROM) @[7](Número máximo de offsets da EEPROM)

@[9](Função para gravar dados na EEPROM) @[11](Gera a condição de START) @[12](Envia o Endereço da EEPROM, informa que é escrita e informa que espera o bit ACK) @[13](Envia os bits mais significativos do offset) @[14](Envia os bits menos significativos do offset) @[15](Envia o valor para ser gravado na EEPROM) @[16](Gera a condição de STOP) @[17](Informa ao periférico I2C0 para iniciar a transação)

@[22](Função para ler dados da EEPROM) @[24-27](Informa o Offset para a EEPROM) @[29](Gera a condição de START Repetido) @[31](Informa que quer ler) @[32](Lê o valor do offset e grava na variável data) @[33-34](Gera a condição de STOP e inicia a transação)

---?code=project/main/ds1307.c&lang=c&title=DS1307

@[1-5](Mesma coisa da EEPROM) @[7](Endereço I2C do DS1307) @[9](Função para obter o tempo do DS1307, retorna o tempo em time_t - C Padrão -) @[11](Gera condição de Start) @[12](Envia o Endereço do Relógio e informa que a operação é de escrita) @[13](Informa o registrador primeiro registrador) @[14](Gera condição de Start Repetido) @[15](Dessa vez é leitura) @[18](Lê os 7 registradores- Segundos, Minutos, Horas, ... e Força o NACK) @[19](Gera a Condição de STOP) @[22](Transforma o vetor de 7 posições lido do Relógio em uma variável time_t)

---?code=project/main/main.c&lang=c&title=MAIN

@[1-7](Inclui todas as Bibliotecas necessárias) @[9-12](Defines das GPIOs utilizadas)

@[14-25](Habilita o periférico I2C0 do ESP32)

@[66](app_main = main) @[67-71](Habilita as GPIO 32 e 33 como entrada e habilido o I2C0) @73 @[75-79](Verifica se o botão SAVE foi apertado e chama a função save_to_eeprom)

@[27](Função para gravar a Data e Hora na EEPROM) @[29-32](Transforma o time_t -32 bits- para 4 variáveis de 4 bits) @[36-45](Procura um espaço vazio na EEPROM para armazenar o tempo e hora)

@[80-83](Verifica se o botão GET foi apertado e chama a função get_from_eeprom) @[49](Função para pegar a data e hora da EEPROM) @[53-63](Lê todos os offsets, imprimo a data e hora na terminal serial)

Funcionamento

esp32_i2c

Perguntas?


Calebe94 /u/Calebe94 calebe94

Referências

ESP32

Referências

I2C:

Referências

Projetos