Interfejsy komputerowe – zajęcia zdalne

Wytyczne, instrukcje do zajęć prowadzonych w formie zdalnej

zajęcia są wykonywane przy użyciu minikomputera Raspberry PI z podłączonymi modułami.Szczegółowe informacje o RP i sposobie wykorzystania interfejsów można znaleźć w internecie.

Adres IP do połączenia: 156.17.40.216 port:2020

Kod programu tworzymy w języku C.

Raspberry Pi to minikomputer z zainstalowanym system linux. Adres komputera podany przy laboratorium.

Logowanie: login:student hasło:PWR2020 – dostęp po ssh (np. program putty). Do łatwego kopiowania plików pomiędzy raspberry a własnym komputerem/tworzenia katalogów/ kasowania plików można skorzystać z oprogramowania WinSCP.
Po zalogowaniu przechodzimy do /home/student i tworzymy nowy katalog o nazwie LAB1.1-14587 (gdzie LAB1.1 to numer laboratorium, 14587 – numer indeksu jednej osoby z grupy)
w założonym folderze tworzymy plik “main.c” i umieszczamy w nim kod programu
kompilacja: gcc -Wall -o program main.c -lwiringPi
uruchomienie programu: ./program
po zakończonych ćwiczeniach należy skopiować kod na swój komputer i skasować utworzony wcześniej folder
zalecane jest aby jednocześnie pracowała jedna grupa, w przeciwnym razie mogą powstać konflikty dostępu do podłączonych modułów i błędy – można to sprawdzić po istnieniu folderu LABxxx – dlatego rozpoczynając pracę sprawdzamy czy jest taki folder, jeśli ie ma to tworzymy nowy, wykonujemy prace, kasujemy.
Biblioteka: WiringPi

Podstawowe polecenia systemu linux:

mkdir LAB1.1-14587 – tworzy folder LAB1.1-14587
ls – wyświetla listę plików/folderów w danej lokalizacji
pwd- wyświetla ścieżkę danej lokalizacji
cd LAB1.1-14587 – wchodzi do katalogu LAB1.1-14587
cd .. – wychodzi do katalogu nadrzędnego
gcc -Wall -o program main.c -lwiringPi – kompiluje plik main.c zawierający program do programu o nazwie: program
rm -r LAB1.1-14587 – kasuje katalog LAB1.1-14587
ctl+c lub ctrl+x – zakończenie uruchomionego programu

Wytyczne do przygotowania sprawozdania/zaliczenia przedmiotu:

pracujemy w grupach 1-2 osobowych – jedna grupa, jedno sprawozdanie,
wyniki z wykonane laboratorium należy umieścić w sprawozdaniu (jedno sprawozdanie-jedno laboratorium),
sprawozdanie tworzymy w formacie A4, strona pierwsza musi zawierać: tytuł kursu, temat laboratorium, autorów sprawozdania, datę wykonania, imię i nazwisko prowadzącego (przykładowa strona), wysyłamy w formacie PDF,
jedno ćwiczenie/zadanie w ramach laboratorium to jeden rozdział w sprawozdaniu, zadania do wykonania ramach laboratorium są opisane poniżej,
w rozdziale umieszczamy opis wykonanych prac, schemat podłączenia modułu, kod oprogramowania realizujący założenia ćwiczenia (kompletny kod z pliku main.c), jeśli są jakieś inne pliki to należy również umieścić ten kod w sprawozdaniu,
do każdego zadania należy umieścić zdjęcie z terminala, gdzie program wyświetli w jednej linii “Praca studentów: 1458,1478 -6.05.2020”, czyli numery indeksów i date wykonania a pod spodem wyniki z zadania
każda linia tworzonego oprogramowania (kodu, który jest autorski) musi być zaopatrzona w komentarz opisujący funkcję tego kawałka kodu,
sprawozdanie należy opracować i wysłać przez eportal w wyznaczonym terminie,
dostarczenie materiałów po terminie skutkuje obniżeniem oceny o 10 punktów za każde 2 tygodnie spóźnienia,
w celu otrzymania oceny, prezentujemy przygotowane zadania ze sprawozdania w możliwym terminie na zajęciach zdalnych,
sprawozdanie oceniane jest w skali 0-100 punktów,
przed wystawieniem oceny końcowej wszystkie laboratoria powinny być zaliczone, brak zaliczonego laboratorium oznacza otrzymanie za nie 0 punktów.

Progi ocen:

5,0 – 91 – 100
4,5 – 81 – 90
4,0 – 71 – 80
3,5 – 61 – 70
3,0 – 51 – 60
2,0 – poniżej 50

Laboratorium 1 (wprowadzenie do obsługi Raspberry)

prezentacja Raspberry Pi i modułów
zapoznanie się z systemem linux
zdalne połączenie z raspberry
kompilacja przykładowego programu “Hello world: imię autora”
sterowanie portami – sterowanie diodami LED:
- dioda żółta – pin 27
- dioda zielona – pin 28
- dioda czerwona – pin 29
napisać program mrugający diodą czerwoną z częstotliwością 1Hz,
napisać program, z biegającym punktem z wykorzystaniem 3 diod (tylko jedna dioda świeci jednocześnie),

przygotować sprawozdanie:

program “Hello world”,
program – sterowanie diodami LED:
1. mruganie diodą,
2. biegający punkt.

Laboratorium 2 (I2c-MPU6050)

zapoznajemy się z instrukcją do laboratorium (IK-LAB1.2),
zapoznać z funkcjami do obsługi I2C: link
adres modułu: 0x69
jak działa interfejs I2c, najważniejsze cechy, parametry pracy, przykładowe podłączenie – napisać jeden rozdział w sprawozdaniu,
ściągnąć plik: I2C_MPU6050

Zadanie 2.1 (3)

Uzupełnić kod programu tak aby dokonał odczytu wartości rejestru o nazwie “WHO_AM_I”. Wartość wyświetlić na ekranie i porównać z dokumentacją. Do czego służy taki rejestr?

Zadanie 2.2(3,5)

Napisać program, który odczyta temperaturę (rejestry “TEMP_OUT_H” i “TEMP_OUT_L”) i wyświetli ją w stopniach Celsjusza. Należy zwrócić uwagę na typy zmiennych TEMP_OUT – “16-bit signed value”.

Zadanie 2.3(4,5)

Jak działa żyroskop cyfrowy i akcelerometr. Opisać działanie.

Napisać program, który odczyta dane z żyroskopu i akcelerometru (rejestry “ACCEL_XOUT_H”, …. i “GYRO_XOUT_H”,…) dla każdej osi, przeliczyć i wyświetlić.

Zadanie 2.4 (5)

Wykorzystać dane z zadania 3 do zrobienia cyfrowej poziomnicy. Wyświetla stopnie w zależności od położenia czujnika.

Laboratorium 3 (I2C – RTC, EEPROM)

zapoznajemy się z instrukcją do laboratorium (IK-LAB1.3),
wykorzystać funkcję do obsługi I2C z poprzedniego laboratorium,

Zadanie 3.1 (3)

Co to jest układ RTC? Do czego się go wykorzystuje, gdzie można znaleźć? Do czego służy wyprowadzenie “SQW/OUT”?

Co to jest pamięć EEPROM? Czy różni się od pamięci Flash i RAM? Do czego służą wyprowadzenia A0,A1,A2? Jak działa i co możemy uzyskać za pomocą wyprowadzenia “WP”?

Zadanie 3.2 (3,5)

Przygotować program, który odczytana datę z układu RTC i wyświetli w formacie: 2020-05-14 12:30:20.

Zadanie 3.3 (4)

Przygotować program, który umożliwi ustawienie daty w układzie RTC.

Zadanie 3.4 (4,5)

Przygotować program, który umożliwi odczyt pojedynczej liczby 8-bitowej z podanego adresu pamięci EEPROM.

Zadanie 3.5 (5)

Przygotować program, który umożliwi zapis pojedynczej liczby 8-bitowej do podanego adresu w pamięci EEPROM.

Przykładowy program dla pamięci EEPROM:

#include <wiringPi.h>
#include <wiringPiI2C.h>
#include <softPwm.h>

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>

int fd;
int adressEeprom = 0x00; //adres pamieci EEPROM

/* Funkcja zapisuje pojedynczy bajt do komorki pamieci eeprom
 adress - adres komorki pod jaki zapisać
 value -  wartosc do zapisania
 */
int i2cWriteEEPROM(uint16_t adress, uint8_t value) {
	wiringPiI2CWriteReg16(fd, (adressEeprom >> 8), ((adress & 0xff)<<8) | value );
	delay(20);
        return 1;
}

/*Funkcja odczytuje jeden bajt z podanego adresu komorki pamieci
 */
uint8_t i2cReadEeeprom(uint16_t adress) {
	wiringPiI2CWriteReg8(fd, (adressEeprom >> 8), (adress & 0xff));
	delay(20);
	return wiringPiI2CRead(fd);
}

int main(void) {

	int dane;
	printf("EEPROM \r\n");

	if (wiringPiSetup() == -1)
		exit(1);

	if ((fd = wiringPiI2CSetup(adressEeprom)) == -1) {
		printf("error initialize I2C");
		exit(1);
	}
	printf("I2C start EEPROM\r\n");

//Zapisuje do komorki 10 wartosc 44
	i2cWriteEEPROM(10, 44);

//Odczytanie z komorki 10 wartosc
	dane = i2cReadEeeprom(10);
	printf("%d ", dane);
	return 0;
}

#include <wiringPi.h>

#include <wiringPiI2C.h>

#include <softPwm.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdint.h>

int fd;

int adressEeprom = 0x00; //adres pamieci EEPROM

/* Funkcja zapisuje pojedynczy bajt do komorki pamieci eeprom

adress - adres komorki pod jaki zapisać

value - wartosc do zapisania

int i2cWriteEEPROM(uint16_t adress, uint8_t value) {

wiringPiI2CWriteReg16(fd, (adressEeprom >> 8), ((adress & 0xff)<<8) | value );

delay(20);

return 1;

}

/*Funkcja odczytuje jeden bajt z podanego adresu komorki pamieci

uint8_t i2cReadEeeprom(uint16_t adress) {

wiringPiI2CWriteReg8(fd, (adressEeprom >> 8), (adress & 0xff));

delay(20);

return wiringPiI2CRead(fd);

}

int main(void) {

int dane;

printf("EEPROM \r\n");

if (wiringPiSetup() == -1)

exit(1);

if ((fd = wiringPiI2CSetup(adressEeprom)) == -1) {

printf("error initialize I2C");

exit(1);

}

printf("I2C start EEPROM\r\n");

//Zapisuje do komorki 10 wartosc 44

i2cWriteEEPROM(10, 44);

//Odczytanie z komorki 10 wartosc

dane = i2cReadEeeprom(10);

printf("%d ", dane);

return 0;

}

Laboratorium 4 (SPI – BMP280)

Zadanie 4.1 (3)

jak działa interfejs SPI, najważniejsze cechy, parametry pracy, przykładowe podłączenie – napisać jeden rozdział w sprawozdaniu
zapoznanie się z dokumentacją czujnika ciśnienia BMP280: link
ściągnąć pliki: link

Zadanie 4.2 (4)

Uruchomić program z paczki, co robi program. Czy odczytywana wartość jest zgodna z dokumentacją? Odczytać temperaturę mierzoną przez układ, przeliczyć na stopnie Celsjusza i wyświetlić.

Zadanie 4.3 (5)

Odczytać ciśnienie atmosferyczne mierzone przez układ, przeliczyć na hPa i wyświetlić.

Uwagi: odczyt danych po SPI jest zamieszczony w przykładowym pliku, więc analogicznie należy odczytać kolejne rejestry. Aby przeliczyć temperaturę i ciśnienie należy zastosować formułę podaną na stronie 22 dokumentacji.

Konfiguracja:

rejestr “ctrl_meas” – ustawić tryb “Normal” – diagram na stronie 17, oversampling – dla pomiaru ciśnienia i temperatury,
rejestr “config” – ustawić bity “t_sb”.

Laboratorium 5 (Komunikacja UART – protokół Modbus)

Zalecana biblioteka: Wiring PI Serial Library (link, przykład1, przykład2)

Zapoznać się z protokołem transmisji Modbus w trybie ASCII (link1, link2, link3, link4)

Zapoznać się z narzędziem do obsługi Modbus master modpoll (link) – narzędzie posłuży do komunikacji z Modbus slave

Napisać w języku C program do obsługi Modbus slave:

komunikacja odbywa się przy wykorzystaniu interfejsu UART, port dla urządzenia slave “/dev/ttyUSB1”, prędkość transmisji 19200
przy implementacji nie należy korzystać z gotowych bibliotek
zaimplementować obsługę Modbus ASCII dla modułu slave
program powinien obsługiwać prawidłową komunikację (sprawdzenie sumy kontrolnej otrzymanego zapytania, przesyłanie ramek zwrotnych)
należy zaimplementować następujące funkcje:
- obsługa adresowania urządzenia – możliwość ustawienia adresu modułu slave
- obsługa odczytu “Read Holding Registers” (funkcja 0x03), odczyt pojedynczego rejestru jak i wielu, zgodnie ze specyfikacją funkcji
- obsługa zapisu “Write Single Register” (funkcja 0x06), zapis pojedynczej wartości
- zakres adresów dla odczytu to 1-200, gdzie adresy 1-100 pochodzą z pliku “read.csv” a 101-200 z pliku “write.csv”
- zakres adresów do zapisu to 1-100
- dane pobierane dla rejestrów odczytu (rejestry 1-100) powinny znajdować się w pliku “read.csv” rozdzielonym przecinkami
- dane zapisywane powinny być umieszczane w pliku “write.csv”, startowo plik posiada same “0” rozdzielone przecinkami
- pliki CSV posiadają liczby rozdzielone przecinkami, ich pozycja odpowiada numerowi rejestru
program obsługuje operacje na dwóch funkcjach zgodnie ze specyfikacją protokołu.

W celu przetestowania prawidłowej implementacji programu należy wykorzystać program “modpool”

//Funkcja wysłania po Modbus ASCII komendy zapisu
//do urządzenia slave o adresie 5 wartości 1024 w rejestrze 12
/home/student/modbusMaster/modpoll -m ascii -a 5 -b 19200 -p none -r 12 /dev/ttyUSB0  1024 

//Funkcja wysłania po Modbus ASCII komendy odczytu 
//z urządzenia slave o adresie 5, 10 wartości z rejestrów od adresu 12
/home/student/modbusMaster/modpoll -m ascii -a 5 -b 19200 -p none -t 4 -r 12 -c 10 /dev/ttyUSB0

//Funkcja wysłania po Modbus ASCII komendy zapisu

//do urządzenia slave o adresie 5 wartości 1024 w rejestrze 12

/home/student/modbusMaster/modpoll -m ascii -a 5 -b 19200 -p none -r 12 /dev/ttyUSB0 1024

//Funkcja wysłania po Modbus ASCII komendy odczytu

//z urządzenia slave o adresie 5, 10 wartości z rejestrów od adresu 12

/home/student/modbusMaster/modpoll -m ascii -a 5 -b 19200 -p none -t 4 -r 12 -c 10 /dev/ttyUSB0

Laboratorium 6 (Komunikacja UART – protokół Modbus)

dokończenie laboratorium 5

Laboratorium 7

ostateczne omówienie sprawozdań, wystawienie ocen,
prowadzący może zadać pytania do wykonanych ćwiczeń i zakresu materiału.

Przykładowe programy:

“MPU_6050” – polecenie: “/home/test/mpu6050.out” – odczytuje dane z modułu MPU6050
“RTC_test_read” – polecenie: “/home/test/RTC_test_read.out” – odczytuje ustawiony czas w module RTC
“RTC_test_reset” – polecenie: “/home/test/RTC_test_reset.out” – zeruje czas w module RTC
“BMP280” – polecenie: “/home/test/BMP280_run.out” – odczytuje dane z modułu BMP280