Ненавязчивая автоматизация ректификационной установки

//------------------------------------------------------------------------------
// firmware для ATtiny85, используемой как АЦП с интерфейсом 1-Wire (slave)
// Протокол упрощен (только одно устройство на линии и отсутствие CRC)
// OldBean, 10.10.2018
//------------------------------------------------------------------------------
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

#define F_CPU 16000000UL
#include <util/delay.h>

//------------------------------------------------------------------------------
static uint8_t ocr0A = 255; // Значение регистра сравнения A таймера 0
static uint8_t flagADC = 0; // Флаг разрешения запуска АЦП
static uint8_t cadc = 0, cADCw; // Вспомогательные переменные
static uint8_t wrk = 0;

static uint8_t wFlag = 0; // Состояние записи в линию 1-Wire
static uint8_t srFlag = 0; // Флаг состояния "skip ROM" (игнорируется адрес)
static uint16_t tau; // Длительность низкого уровня после старта тайм-слота
static uint8_t mask8 = 0x01; // Битовая маска для байта
static uint16_t mask16 = 0x0001; // Битовая маска для двухбайтового слова
static uint8_t data = 0;

static uint16_t adcv; // Текущий код АЦП
static uint16_t adcl, adch;
//------------------------------------------------------------------------------
ISR(PCINT0_vect){ // Обработчик внешнего прерывания на PB3
 if(!(PINB & _BV(PB3))) { // Был переход линии с высокого уровня на низкий
   GTCCR = _BV(PSR0); // Сброс предделителя таймера 0
   TCNT0 = 0; // Обнуляем счетчик таймера 0
   if(wFlag) { // Пишем бит в линию (а байты - сначала младший затем старший)
     if(!(adcv & mask16)) { // Нужно писать 0
       PORTB &= ~_BV(PB3); // Устанавливаем низкий уровень на пине PB3
       DDRB |= _BV(PB3); // Переводим PB3 в режим записи
       _delay_us(20); // Держим паузу (15 мкс с небольшим запасом ;)
       DDRB &= ~_BV(PB3); // Отпускаем линию (PB3 - в режим чтения)
     } // А 1 получится автоматически, если ничего не делать ;)
     mask16 <<= 1; // Модифицируем маску (переход на следующий бит)
   }
 } else { // Наоборот - переход линии с низкого на высокий
   // Оценим длительность импульса (низкого уровня на линии) tau в мкс
   tau = TCNT0; tau <<= 2; // Единица счетчика TIMER0 - это 4 мкс
   if(tau >= 480) { // Это RESET. Для простоты импульс PRESENCE пока не подаем
     wFlag = 0; // Переходим в режим чтения
     srFlag = 0; // Сбрасываем состояние "skip ROM"
     mask8 = 0x01; // Сбрасываем маску на младший бит
     data = 0; // Очищаем принимаемый байт
   } else { // Слот или кусок слота
     if(!wFlag) { // Режим чтения
       if(tau < 15) { // Получен единичный бит
         data |= mask8;
       }
       mask8 <<= 1; // Модифицируем маску
       if(mask8 == 0) { // Считали все восемь бит (маска полностью ушла влево)
         switch(data) { // Анализируем полученную команду
           case 0xcc: // Получена команда игнорирования адреса (skip ROM)
             srFlag = 1;
             break;
           case 0x44: // Получена команда запуск преобразования (АЦП)
             if(srFlag) { // Работаем без адреса (была команда skip ROM)
               ADCSRA |= _BV(ADSC);
             } // В противном случае (без skip ROM) - игнорируем
             break;
           case 0xbe: // Мастер перешел в режим чтения, а slave - записи
             if(srFlag) { // Работаем без адреса (была команда skip ROM)
               wFlag = 1; // Устанавливаем флаг записи на линю
             } // В противном случае (без skip ROM) - игнорируем
             break;
         }
         mask8 = 0x01; // Сбрасываем маску на младший бит
         mask16 = 0x0001;
         data = 0; // Очищаем принимаемый байт
       }
     } // Режим чтения
   }
 }
}
//------------------------------------------------------------------------------
ISR(TIMER0_OVF_vect) { // Обработчик по переполнению (на потом...)
}
//------------------------------------------------------------------------------
ISR(ADC_vect) { // Преобразование закончено
 adcv = ADCL;
 uint16_t h = ADCH;
 adcv += h << 8;
//  adcv = 731;
}
//------------------------------------------------------------------------------
int main(void) {
 // Инициализация внешних прерываний на пине PB3 ------------------------------
 GIMSK = _BV(PCIE);   // Прерывания по изменению уровня на пине
 PCMSK = _BV(PCINT3); // Внешние прерывания ловим на пине PB3
 // Инициализация таймера 0 для тактирования АЦП ------------------------------
 // Счетчик работает в нормальном режиме
 TCCR0B = _BV(CS01) | _BV(CS00); // Предделитель на 64
 TIMSK |= _BV(TOIE0); // Разрешаем прерывания по переполнению
 // Инициализация АЦП ---------------------------------------------------------
 ADMUX = _BV(REFS1); // Внутренний источник опорного напряжения 1.1V
 ADMUX |= _BV(MUX1); // Работаем в ADC2 (источник подключен к пину PB4)
 ADCSRA = _BV(ADEN); // АЦП включен
 ADCSRA |= _BV(ADIE); // По окончанию преобразования - прерывание
 ADCSRA |= _BV(ADPS2) | _BV(ADPS1) | _BV(ADPS0); // Предделитель на 128
 sei(); // Разрешаем глобальные прерывания
 while(1) { // Бесконечный цикл
 }
 return 0;
}

# _*_ coding: utf8 _*_
import time # В этом модуле - задержки
import smbus # В этом модуле - средства для работы с шиной i2c

""" Консольное приложение для тестирования цифрового модуля
   
   Приложение получает по i2c с цифрового модуля буфер данных, представляющих
   собой 8 двухбайтовых слов, по одному на канал цифрового модуля.
   Интерпретация этих слов зависит от устройств (датчиков), которые подключены
   к каналам цифрового модуля. На данный момент предусмотрены три типа
   датчиков:
   1. Температурные датчики DS18B20. Для того, чтобы получить температуру в 
      градусах Цельсия, необходимо код, получаенный от соответствующего канала
      цифрового модуля умножить на 0.0626.
   2. Релейные датчики (концевики, термоконтакты и т.п.). Если контакт
     замкнут - цифровой модуль возвращает с соотвествующего канала 0, а если
     разомкнут - 65535 (т.е. все биты двухбайтового слова - единички)
   3. Аналоговые датчики (аналоговые датчики температуры, датчики давления
      и т.п.), подключенные к АЦП с 1-Wire интерфейсом, выполненными на
      микроконтроллере ATtiny85. В этом случае цифровой модуль с соответствую-
      щего канала выдает непосредственно код АЦП. 
"""

bus = smbus.SMBus(1) # Создаем объект "шина"
addrDM = 0x15 # Адрес цифрового модуля

buf = [0]*16  # Буфер для приема байтов от цифрового модуля
cntr = 0      # Счетчик успешный измерений
colls = 0     # Счетчик коллизий

while True: # Бесконечный цикл
 tries = 100 # Максимальное количество попыток доступа к данным модуля
 while tries > 0: 
   try: # Попытаемся получить данные
     bus.write_byte(addrDM, 0x00) # Сбрасываем индекс байтов в буфере модуля
     for i in range(16): # Считываем последовательно 16 байтов буфера
       buf[i] = bus.read_byte(addrDM)
     break
   except IOError:   # Устройство еще не готово - подождем 0.1 сек
     time.sleep(0.1) # и опять попробуем
     tries -= 1
     colls += 1      # Модифицируем счетчик коллизий
 if tries <= 0: # Что-то серьезно не так...
   print 'Цифровой модуль не доступен по i2c. Завершение работы.'
   sys.exit(1)
   
 cntr += 1 # Успешное чтение всех данных; модифицируем счетчик
 print cntr,
 for i in range(8):
   w = buf[2*i]*256 + buf[2*i + 1] # Формируем слова из соседних пар байтов
   if i < 4: # Данные с DS18B20 - подсветим зелененьким
     print '\x1b[32m',
   elif i == 6: # Данные с АЦП - подсветим фиолетовым
     print '\x1b[35m',
   print w,
   print '\x1b[0m',
 print 'err = %d' % (colls)
 time.sleep(1) # Секундная пауза

//------------------------------------------------------------------------------
// firmware для ATtiny85, используемой как АЦП с интерфейсом 1-Wire (slave)
// Протокол упрощен (только одно устройство на линии и отсутствие CRC)
// OldBean, 13.10.2018
//------------------------------------------------------------------------------
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

#define F_CPU 16000000UL
#include <util/delay.h>

//------------------------------------------------------------------------------
static uint8_t ocr0A = 255; // Значение регистра сравнения A таймера 0
static uint8_t flagADC = 0; // Флаг разрешения запуска АЦП
static uint8_t cadc = 0, cADCw; // Вспомогательные переменные
static uint8_t wrk = 0;

static uint8_t wFlag = 0; // Состояние записи в линию 1-Wire
static uint8_t srFlag = 0; // Флаг состояния "skip ROM" (игнорируется адрес)
static uint16_t tau; // Длительность низкого уровня после старта тайм-слота
static uint8_t mask8 = 0x01; // Битовая маска для байта
static uint16_t mask16 = 0x0001; // Битовая маска для двухбайтового слова
static uint8_t data = 0;

static uint16_t adcv; // Код АЦП, передаваемый мастеру шины
static uint32_t sum; // Сумматор для усреднения
static uint16_t cntr; // Счетчик просуммированных выборок
volatile static uint8_t adcFlag = 0; // Если 1, то измерения разрешены
//------------------------------------------------------------------------------
ISR(PCINT0_vect){ // Обработчик внешнего прерывания на PB3
 if(!(PINB & _BV(PB3))) { // Был переход линии с высокого уровня на низкий
   GTCCR = _BV(PSR0); // Сброс предделителя таймера 0
   TCNT0 = 0; // Обнуляем счетчик таймера 0
   if(wFlag) { // Пишем бит в линию (а байты - сначала младший затем старший)
     if(!(adcv & mask16)) { // Нужно писать 0
       PORTB &= ~_BV(PB3); // Устанавливаем низкий уровень на пине PB3
       DDRB |= _BV(PB3); // Переводим PB3 в режим записи
       _delay_us(20); // Держим паузу (15 мкс с небольшим запасом ;)
       DDRB &= ~_BV(PB3); // Отпускаем линию (PB3 - в режим чтения)
     } // А 1 получится автоматически, если ничего не делать ;)
     mask16 <<= 1; // Модифицируем маску (переход на следующий бит)
   }
 } else { // Наоборот - переход линии с низкого на высокий
   // Оценим длительность импульса (низкого уровня на линии) tau в мкс
   tau = TCNT0; tau <<= 2; // Единица счетчика TIMER0 - это 4 мкс
   if(tau >= 480) { // Это RESET. Для простоты импульс PRESENCE пока не подаем
     wFlag = 0; // Переходим в режим чтения
     srFlag = 0; // Сбрасываем состояние "skip ROM"
     mask8 = 0x01; // Сбрасываем маску на младший бит
     data = 0; // Очищаем принимаемый байт
   } else { // Слот или кусок слота
     if(!wFlag) { // Режим чтения
       if(tau < 15) { // Получен единичный бит
         data |= mask8;
       }
       mask8 <<= 1; // Модифицируем маску
       if(mask8 == 0) { // Считали все восемь бит (маска полностью ушла влево)
         switch(data) { // Анализируем полученную команду
           case 0xcc: // Получена команда игнорирования адреса (skip ROM)
             srFlag = 1;
             break;
           case 0x44: // Получена команда запуск преобразования
             sum = 0; // Очищаем сумматор
             cntr = 0; // Сброс счетчика выборок
             adcFlag = 1; // Разрешаем измерение и суммирование
             break;
           case 0xbe: // Мастер перешел в режим чтения, а slave - записи
             if(srFlag) { // Работаем без адреса (была команда skip ROM)
               wFlag = 1; // Устанавливаем флаг записи на линю
             } // В противном случае (без skip ROM) - игнорируем
             break;
         }
         mask8 = 0x01; // Сбрасываем маску на младший бит
         mask16 = 0x0001;
         data = 0; // Очищаем принимаемый байт
       }
     } // Режим чтения
   }
 }
}
//------------------------------------------------------------------------------
int main(void) {
 DDRB |= _BV(PB0); // Пин для диагностики
 // Инициализация внешних прерываний на пине PB3 ------------------------------
 GIMSK = _BV(PCIE);   // Прерывания по изменению уровня на пине
 PCMSK = _BV(PCINT3); // Внешние прерывания ловим на пине PB3
 // Инициализация таймера 0 для тактирования АЦП ------------------------------
 // Счетчик работает в нормальном режиме
 TCCR0B = _BV(CS01) | _BV(CS00); // Предделитель на 64
 // Инициализация АЦП ---------------------------------------------------------
 ADMUX = 0x00; // В качестве источника опорного напряжения - питание
 ADMUX |= _BV(MUX1); // Работаем в ADC2 (источник подключен к пину PB4)
 ADCSRA = _BV(ADEN); // АЦП включен
 ADCSRA |= _BV(ADPS2) | _BV(ADPS1) | _BV(ADPS0); // Предделитель на 128
 sei(); // Разрешаем глобальные прерывания
 int flag = 0;
 while(1) { // Бесконечный цикл
   if(!adcFlag) continue; // Измерения запрещены
   ADCSRA |= _BV(ADSC); // Запуск АЦП
   while(ADCSRA & _BV(ADSC)); // Ждем пока завершится преобразование

   // Часть операций ниже не являются атомарными, но в периоды времени,
   // когда они выполняются никаких прерываний не инициируется, т.к.
   // мастер делает паузу примерно на 750 мс и не "дергает" шину.
   // В связи с этим никаких дополнительных мер по безопасности следующего
   // ниже кода не применяется
   sum += ADCL;
   sum += (ADCH << 8);
   if(++cntr == 4096) { // Достаточно насуммировали...
     sum += 2048; // Ну усреднять, так усреднять ;) 
     adcv = sum >> 12; // Усредненный по 4096 выборкам код АЦП
     adcFlag = 0; // Дальнейшие измерения до следующей команды 0x44 запрещаем
   }
 }
 return 0;
}