Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας I2C και SPI και η υλοποίησή τους σε σύστημα τηλεχειρισμού, με τη χρήση της ηλεκτρονικής πλατφόρμας προτυποποίησης Arduino

Abstract

Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η παρουσίαση και η υλοποίηση των δύο πρωτοκόλλων σειριακής επικοινωνίας I2C και SPI, τα οποία χρησιμοποιούνται κυρίως σε ενσωματωμένα συστήματα για τη διακίνηση πληροφορίας ανάμεσα σε κάποιον μικροεπεξεργαστή και τις περιφερειακές του συσκευές. Για να διαπιστωθούν τα οφέλη των δύο αυτών πρωτοκόλλων, καθώς και οι ιδιαιτερότητές τους κατά την υλοποίησή τους σε πραγματικά συστήματα, χρησιμοποιήθηκε η ηλεκτρονική πλατφόρμα προτυποποίησης Arduino, με σχεδιασμό ηλεκτρονικού κυκλώματος και ανάπτυξη λογισμικού. Η εφαρμογή είχε ως σκοπό τον τηλεχειρισμό 128 ακροδεκτών ψηφιακής εισόδου από ηλεκτρονικό πίνακα ελέγχου και οθόνη, ή από προσωπικό υπολογιστή μέσω δικτύου Ethernet. Κατασκευάστηκε ένα πρόγραμμα (sketch) για τον προγραμματισμό του μικροεπεξεργαστή του Arduino, έτσι ώστε να ελέγχονται οι ακροδέκτες από τον πίνακα χειρισμού, ενώ στα πλαίσια της παρουσίασης της υλοποίησης δημιουργήθηκε πρόγραμμα για το χειρισμό των ακροδεκτών από τον προσωπικό υπολογιστή. Οι 128 ακροδέκτες ψηφιακής εισόδου αποκτήθηκαν με τη χρήση οκτώ ολοκληρωμένων κυκλωμάτων MCP23017. Για την επικοινωνία των MCP23017 με τον μικροεπεξεργαστή του Arduino χρησιμοποιήθηκε ο δίαυλος I2C. Η σύνδεση του Arduino με το δίκτυο Ethernet πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της πλακέτας επέκτασης Arduino Ethernet Shield. Για την επικοινωνία της πλακέτας επέκτασης με τον μικροεπεξεργαστή του Arduino χρησιμοποιήθηκε ο δίαυλος SPI. Η υλοποίηση των πρωτοκόλλων I2C και SPI στην παρούσα εφαρμογή τηλεχειρισμού, προσέφερε αξιόπιστη επικοινωνία του μικροεπεξεργαστή του Arduino με τις συγκεκριμένες περιφερειακές του συσκευές. Επιπλέον, αναδείχθηκαν τα ιδιαίτερα πλεονεκτήματα του κάθε πρωτοκόλλου, η ευκολία στη συνδεσμολογία του διαύλου I2C και η ταχύτητα στη διακίνηση της πληροφορίας μέσω του SPI.