Laboratorio SPI

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In questa pagina ESP8266 è utilizzato come master SPI; verrà utilizzata la versione "hardware" di SPI .

L'obbiettivo è analizzare i segnali trasmessi e ricevuto utilizzando un oscilloscopio dotato di almeno 4 canali e strumenti di decodifica dei segnali seriali, per esempio Picoscope 3405A o 2205A MSO, entrambi prodotti da Pico Technology. Per chi non dispone di tale strumento, in questa pagina sono presenti alcuni esempi.

Se volete utilizzare Arduino: Laboratorio SPI

Attività 1

Per questa prima attività ci servirà solo ESP8266 che useremo come master, senza collegare alcuna periferica: ci limiteremo ad osservare e decodificare con l'oscilloscopio i segnali MOSI, CLK e SS durante la trasmissione di un byte.

Il software farà uso delle librerie SPI:

Configurare SPI (SPISettings()), possibilmente all'interno di beginTransaction().
Dentro il superloop
- attivare CS (un pin qualunque, in genere attivo basso)
- trasmettere uno o più byte (SPI.transfer())
- disattivare CS
Dopo aver atteso qualche millisecondo, ricominciare

Il byte letto da SPI.transfer() è casuale, non essendoci nessun segnale collegato a MISO.

L'immagine seguente è stata ottenuta usando tre ingressi digitali (D1, D2, D3) del Picoscope 2205A MSO; dal basso:

Il CS (giallo)
Il clock, con frequenza 1 MHz (blu)
Il dato trasmesso (MOSI), qui campionato sul fronte di salita del clock (verde)
La decodifica, qui mostrata in binario

Trasmissione SPI di un byte

Quesiti

Cosa succede se si collega direttamente MISO a MOSI (loopback)?
Come cambiare la frequenza del clock?
Come cambiano i segnali se si utilizzano SPI_MODE diversi da quello predefinito?

Attività 2

In questa attività verrà usato un sensore di temperatura e pressione piuttosto diffuso: BMP280. Questo sensore è dotato sia di interfaccia SPI che I2C; qui utilizzeremo la prima modalità di interfacciamento. Per usare invece I2C: Laboratorio I2C.

A causa delle dimensioni molto piccole è necessario utilizzare una breakout board, cioè un piccolo circuito stampato adatto al collegamento alla breadboard, spesso contenente anche componenti di supporto. La fotografia di apertura mostra una possibile realizzazione e qui sotto è mostrato lo schema della breakout board utilizzata (nota 1):

Schema della scheda di breaout con BMP280

L'hardware da realizzare è piuttosto semplice. I collegamenti necessari sono:

Massa ed alimentazione degli Slave direttamente collegate a quelle del Master (rispettivamente filo nero e filo rosso nella fotografia di apertura). BMP280 e molti altri sensori richiedono esclusivamente una tensione di alimentazione di 3.3 V, tensioni maggiori sono distruttive
SCL/SCK al clock SPI (filo blu nella fotografia di apertura). Se usate una scheda D1 Mini venduta da AZDelivery potrebbe essere utile questa tabella
SDA/SDI al pin MOSI (filo verde)
CSB ad un generico pin, per esempio GPIO4 (filo giallo)
SDO al pin MISO (filo arancione)

Il primo codice da scrivere deve verificare che il chip sia funzionante e che sia davvero un BMP280; quest'ultima informazione è contenuta nel registro "id", come descritta alla pagina 24 dei fogli tecnici.

Il seguente diagramma temporale mostra i segnali generati per leggere il registro "id"; i colori mostrati sono gli stessi dei fili: dall'altro CSB, SCK, MISO e MOSI. Si noti la necessità di leggere/scrivere due byte: il primo con cui ESP8266 chiede di lettura del registro "id", il secondo con cui BMP2866 trasmette il contenuto del registro:

Lettura del registro ID

Attività 3

La lettura dei valori di temperatura e pressione è piuttosto complessa a causa della presenza all'interno del sensore di numerosi parametri di calibrazione, diversi per ciascun componenti.

La procedura dettagliata, tutt'altro che semplice, è descritta nei fogli tecnici di BMP280 (paragrafi 3.11), insieme a numerosi esempi di codice adatti per processori a 8, 32 e 64 bit (paragrafo 3.12 e appendici).

La libreria qui usata è, tra le tante, quella di Adafruit Industries. In particolare potrebbe essere un buon punto di partenza bmp280test.ino. Occorre impostare l'interfaccia SPI hardware e definire i pin effettivamente utilizzati:

Di seguito il diagramma temporale durante l'esecuzione del codice:

Note

I nomi dei pin fanno riferimento a quanto indicato sui fogli tecnici. Esistono varianti dello schema che possono includere anche i circuiti per permettere il funzionamento con alimentazione a 5 V

Pagina creata nell'aprile 2023
Ultima modifica: 29 aprile 2023