6.1. GIAO TIẾP UART
Chúng ta có thể sử dụng 2 Arduino để giao tiếp với nhau bằng 3 chân GND, TX và RX. Thế thì Arduino giao tiếp với máy tính thì sao? Ở mức sử dụng dây dẫn, các bạn sẽ chia làm 2 dạng:
- Nếu ban sử dụng các arduino đã có chip hoặc module đã tích hợp sẵn mạch chuyển đổi UART TO SERIAL như Arduino UNO R3, Mega… thì các bạn chỉ việc cắm dây vào cổng USB.
- Với những Arduino Promini không có tích hợp sẵn thì các bạn phải chuẩn bị một mạch chuyển đổi UART TO SERIAL riêng và dùng 3 sợi (có thể 4 sợi thêm VCC cấp nguồn cho Arduino) để giao tiếp với máy tính.
Các bạn đã từng sử dụng Serial để Debug rồi thì đó là do Arduino truyền tín hiệu qua máy tính. Trong trường hợp này, các nội dung truyền sẽ được lưu trong output buffer của Arduino truyền qua máy tính và lưu input buffer. Máy tính sẽ đọc các dữ liệu đó và quy ra Serial Command. Tương đương thì Arduino cũng có thể được truyền ngược lại theo phương thức ấy theo mô hình sau:
Với việc sử dụng giao tiếp này, các bạn có thể giao tiếp giữa các mạch như Arduino với Raspberry Pi, Arduino với máy tính, hoặc thậm chí là giữa 2 mạch Arduino với nhau.
6.2. GIAO TIẾP I2C
Đầu năm 1980 Phillips đã phát triển một chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây được gọi là I2C. I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit. Đây là đường Bus giao tiếp giữa các IC với nhau. I2C mặc dù được phát triển bới Philips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng. I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển, có thể kể ra đây một vài tên tuổi ngoài Philips như: Texas Intrument(TI), MaximDallas, analog Device, National Semiconductor ... Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM... chip nhớ như: RAM tĩnh (Static Ram), EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tự(DAC), IC điểu khiển LCD, LED...
I2C sử dụng hai đường truyền tín hiệu:
• Một đường xung nhịp đồng hồ(SCL) chỉ do Master phát đi (thông thường ở 100kHz và 400kHz. Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4MHz).
Có rất nhiều thiết bị có thể cùng được kết nối vào một bus I2C, tuy nhiên sẽ không xảy ra chuyện nhầm lẫn giữa các thiết bị, bởi mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởỉ một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối. Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận. Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hãy tớ (slave).
Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ hay tớ. Tại sao lại có sự phân biệt này? Đó là vì trên một bus I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ. Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ-tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp. Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ giữ vai trò bị động trong việc giao tiếp.
Về lý thuyết lẫn thực tế I2C sử dụng 7 bit để định địa chỉ, do đó trên một bus có thể có tới 27 địa chỉ tương ứng với 128 thiết bị có thể kết nối, nhưng chỉ có 112, 16 địa chỉ còn lại được sử dụng vào mục đích riêng. Bit còn lại quy định việc đọc hay ghi dữ liệu (1 là write, 0 là read)
Điểm mạnh của I2C chính là hiệu suất và sự đơn giản của nó: một khối điều khiển trung tâm có thể điều khiển cả một mạng thiết bị mà chỉ cần hai lối ra điều khiển.
6.3. GIAO TIẾP SPI
SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select). Hình dưới thể hiện một kết SPI giữa một chip Master và 3 chip Slave thông qua 4 đường.
SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1 đường giữ
nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi. Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART. Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao. Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master.
MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là
chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau... MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input. MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau.
SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở
mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó. Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.
Nói 1 cách vắn tắt và dễ hiểu:
• MISO - Mang các dữ liệu từ các thiết bị SPI về arduino.
• MOSI - Mang các dữ liệu từ Arduino đến các thiết bị SPI.
• SS - Chọn thiết bị SPI cần làm việc.
• SCK - dòng đồng bộ.
Đối với Arduino Uno các chân giao tiếp SPI Lần lượt là SS-10; MOSI-11; MISO-12; SCK-13. Đối với Arduino Mega MISO là 50, MOSI là 51, SCK là 52 và SS thường là 53.
Dữ liệu được truyền qua lại dữa 2 đường MISO và MOSI. Điều này chỉ thực hiện được khi Dòng SS được thiết lập ở mức thấp LOW. Nói cách khác, để giao tiếp với một thiết bị SPI chúng ta cần thiết lập các dòng SS với thiết bị ở mức thấp LOW, sau đó giao tiếp với nó, sau đó thiết lập các dòng SS trở lại mức cao HIGH. Nếu chúng ta có hai hoặc nhiều thiết bị SPI trên cùng 1 bus, chúng sẽ được kết nối như sau:
Chú ý, ở đây có hai dòng SS - với mỗi 1 thiết bị chỉ sử dụng 1 dòng SS. Bạn có thể sử dụng bất kỳ chân digital nào trên Arduino của bạn cho dòng SS. Chỉ cần nhớ là để tất cả các dòng SS ở mức cao HIGH, "ngoại trừ" dòng SS mà bạn muốn kết nối với các thiết bị SPI vào thời điểm đó.