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：

c 复制代码

#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

ATtiny88 Datasheet