Kuinka käyttää SPI -viestintää Arduinon ja Raspberry Pi: n kanssa

Sarjaperifeerinen rajapinta (SPI) on synkroninen sarjaviestintäprotokolla, jota käytetään laajasti lyhyen matkan viestinnässä, pääasiassa sulautetuissa järjestelmissä. Yhdistämällä Arduinon monipuolisuus Raspberry Pi: n laskennalliseen voimaan SPI: n kautta voi avata joukon projektimahdollisuuksia. Tässä blogiviestissä tutkimme, kuinka SPI -viestintä Arduinon ja Raspberry Pi: n välillä voidaan asentaa ja käyttää.

SPI: n ymmärtäminen

SPI on koko duplex-viestintäprotokolla, joka toimii master-orjatilassa. Se käyttää neljä päälinjaa:

• Mosi (Master Out Slave in): Siirtää tietoja päälliköstä orjalle.
• MISO (Mestari Slave Out): Siirtää tietoja orjasta mestariin.
• SCLK (sarjakello): Synkronoi päällikön luoman tiedonsiirron.
• SS/CS (Slave Select/Chip Select): Valitsee orjalaitteen.

SPI on suosittu sen yksinkertaisuudesta ja nopeudesta, joten se on ihanteellinen sovelluksille, jotka vaativat nopean tiedonvaihtoa laitteiden välillä.

Miksi käyttää SPI: tä Arduinon ja Raspberry Pi: n kanssa?

Arduinon yhdistäminen Raspberry PI: n kanssa hyödyntää molempien alustojen vahvuuksia. Arduino on erinomainen reaaliaikaisessa, matalan tason laitteistohallinnassa, kun taas Raspberry PI tarjoaa korkean tason käsittelyominaisuuksia, verkkoyhteyksiä ja rikkaan käyttöjärjestelmäympäristön. SPI: n käyttö antaa näiden kahden laitteen kommunikoida tehokkaasti, mahdollistaen monimutkaiset projektit, kuten kodin automaatiojärjestelmät, robotiikka ja tiedon kirjaussovellukset.

Laitteiden asettaminen

SPI -viestinnän luomiseksi Arduinon ja Raspberry PI: n välillä tarvitset seuraavat komponentit:

• Arduino UNO (tai mikä tahansa yhteensopiva Arduino Board)
• Raspberry Pi (mikä tahansa malli, jolla on GPIO -nastat)
• Hyppyjohdot
• Leipälevy (valinnainen)

Arduino ja Raspberry Pi SPI: lle

Huolellinen johdotus on ratkaisevan tärkeää asianmukaisen viestinnän varmistamiseksi. Näin yhdistää Arduino ja Raspberry Pi SPI: n avulla:

Huomaa: Raspberry PI toimii 3,3 V: n logiikkatasoilla, kun taas Arduino UNO käyttää 5 V. On suositeltavaa käyttää logiikkatason muunninta, jotta vadelma PI: n mahdolliset vauriot estävät.

Arduinon määrittäminen

Arduino toimii SPI -orjana. Alla on näyte Arduino -luonnos sen asettamiseksi:

// Arduino as SPI Slave

#include 

volatile byte receivedData = 0;

void setup() {
  // Initialize serial communication for debugging
  Serial.begin(9600);

  // Set MISO as output
  pinMode(MISO, OUTPUT);

  // Enable SPI in Slave Mode
  SPCR |= _BV(SPE);
  SPI.attachInterrupt();
}

ISR(SPI_STC_vect) {
  receivedData = SPDR;
}

void loop() {
  if (receivedData) {
    Serial.print("Received: ");
    Serial.println(receivedData);
    receivedData = 0;
  }
}

Selitys:

• Spi.attachInterrupt (); Mahdollistaa SPI -keskeytyksen, jolloin Arduino pystyy käsittelemään saapuvia tietoja.
• Keskeytyspalvelun rutiinissa ISR(SPI_STC_vect), Vastaanotetut tiedot tallennetaan käsittelyyn.
• Se loop() Toiminto tarkistaa vastaanotetut tiedot ja tulostaa sen sarjamonitorille.

Raspberry Pi -sovelluksen määrittäminen

Raspberry Pi toimii SPI -päälaitteena. Käytämme pythonia spidev Kirjasto käsittelee SPI -viestintää. Varmista ensin, että SPI on käytössä:

• Avaa Raspberry Pi -määritystyökalu:

  sudo raspi-config

  Bash

  Copy
• Siirtyä jhk Käyttöliittymävaihtoehdot > SPI > Ottaa käyttöön
• Käynnistä Raspberry Pi uudelleen, jos sitä pyydetään.

Asenna spidev Kirjasto, jos sitä ei ole vielä asennettu:

sudo apt-get install python3-spidev

Tässä on näyte Python -käsikirjoitus Raspberry Pi:

# Raspberry Pi as SPI Master

import spidev
import time

# Open SPI bus 0, device (CS) 0
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0, 0)

# Set SPI speed and mode
spi.max_speed_hz = 50000
spi.mode = 0

def send_data(data):
    """Send a single byte to the SPI slave"""
    response = spi.xfer2([data])
    return response

try:
    while True:
        data = 42  # Example data byte
        print(f"Sending: {data}")
        resp = send_data(data)
        print(f"Received: {resp[0]}")
        time.sleep(1)

except KeyboardInterrupt:
    spi.close()

Selitys:

• Spi.Open (0, 0) Avaa SPI -väylä 0, laite 0 (CE0).
• Spi.xfer2 ([data]) lähettää datatavut ja vastaanottaa samanaikaisesti tietoja orjalta.
• Käsikirjoitus lähettää tavun (esim. 42) joka sekunti ja tulostaa vastauksen Arduinosta.

Viestintä

Kun olet asettanut sekä Arduino että Raspberry Pi:

1. Lataa Arduino -luonnos Arduino -levylle.
2. Kytke Arduino Raspberry Pi: hen SPI -johdotuksen kautta.
3. Suorita python -käsikirjoitus Raspberry Pi:

   python3 spi_master.py

   Bash

   Copy
4. Avaa Arduino -sarjamonitori katsomaan vastaanotettuja tietoja:

   Tools > Serial Monitor

   Arduino

   Copy

Sinun pitäisi nähdä Arduinon vastaanottava Raspberry PI: n lähettämät tiedot ja näyttää sen sarjamonitorissa. Samoin Raspberry Pi näyttää lähettämänsä tiedot ja sen vastaanottaman vastauksen.

Vianetsintävinkit

• Tarkista johdotus: Varmista, että kaikki Arduinon ja Raspberry Pi: n väliset yhteydet ovat turvallisia ja kartoitettuja oikein.
• Jännitetasot: Käytä logiikkatason muunninta vastaamaan Raspberry Pi: n 3,3 V: n Arduinon 5 V: n kanssa.
• Ota SPI käyttöön: Varmista, että SPI on käytössä Raspberry Pi: ssä raspi-config.
• Käyttöoikeudet: Varmista, että käyttäjälläsi on tarvittavat käyttöoikeudet käyttää SPI -laitteita. Saatat joutua suorittamaan python -komentosarjan kanssa sudo.
• Baud -arvo: Varmista, että sarjamonitori ja Arduino -luonnos käyttävät samaa baudia.
• SPI -asetukset: Varmista, että sekä isäntä että orja on määritetty samalla SPI -tilalla ja nopeudella.

Johtopäätös

Hyvää tinking!