利用LabView建立NXT的I2C通讯

糖伯虎

NI（National Instruments）为LEGO异业结盟的伙伴，LEGO NXT上的程序开发环境为NXT-G，是利用NI LabView为基础所建立，LEGO NXT使用者若希望自行开发LEGO NXT周边感测器，是无法在NXT-G内找到相对应的程序元件，因此，就必须通过LabView开发环境来扩建与自制开发感测器相对应的程序元件。
本文将针对NXT进阶玩家，介绍在LabView开发环境中，如何建立NXT与具备I2C通讯能力的感测器沟通的程序，读者可参考下述范例程式的步骤，撰写符合自己需求的程式，驱动NXT的I2C通讯功能。在建立范例程式前，必须安装LEGO NXT ToolKit安装档，否则下述的部分选项将无法显示。
  
步骤1、载入App元件
在Block Diagram中点选滑鼠右键后，选取All Functions，选取NXT Toolkit，选取Application Control，选取Invoke Node，载入App元件。

步骤2、将APP元件转成NXTSystemCall元件
在APP上点选滑鼠右键，选取Select Class，选取NXT InputOutput，选取NXTSystemCall，如图4所示。



图4 将APP转成NXTSystemCall元件

步骤3、设定NXTSystemCall为I2C Master Write
在NXTSystemCall上点选滑鼠右键，选择Methods，选择欲传输的方式NXTCommLSWrite，此为NXT I2C Master Write模式，如图5所示，若要更改为NXT I2C Master Read模式则要选择NXTCommLSRead，I2C Master Read与I2C Master Write，两者在通讯结构上有所差异，本范例程式为I2C Master Write模式，因此选择NXTCommLSWrite。 I2C通讯协定为荷兰飞利浦（Philips）公司于1992年所发表之串列传输技术，能让CPU与周边晶片间获得速简的连通，如果读者希望更了解I2C通讯协定技术的内容，可参阅I2C相关说明文件【5】，本文在此不另加叙述。
  


图5 选择NXTSystemCall的模式

步骤4、载入Generic Refnum Name元件
在Block Diagram点选滑鼠右键，选取All Functions，选取NXT Toolkit，选取Application Control，选取Generic Refnum Name。

步骤5、Generic Refnum Name元件与NXTSystemCall元件相连结
将Generic Refnum Name元件与NXTSystemCall元件连结，Generic Refnum Name元件的功能就犹如程式的定义档，因此若缺少此元件，NXTSystemCall元件将无法正常运作。

步骤6、载入Array元件
在Block Diagram中点选滑鼠右键，选取All Functions，选取NXT Toolkit，选取Array，选取Build Array，并将Array连结至NXTSystemCall上的Buffer位置。

步骤7、扩充Array元件，并连结变数输入
将Array元件由1扩充为5，并将5个输入变数连结至Array，本范例设定为NXT传送5个位元组（byte）至感测器，此5个位元组分别为Address、Register、 data1、data2、data3，如图6所示。


  
图6 将5个数入变数与Array连结

步骤8、载入Set Type/Mode元件与Get Status元件
在Block Diagram中点选滑鼠右键，选取All Functions，选取Select a VI…，接着选择LabView内建NXT相关函式库位置，NXT Toolkit内建相关函式库存放位置在LabView资料夹内，存放位置在LabVIEW7.1/vi.lib/addons/NXT Toolkit/Library VIs/Block support中；选择LEGO.SetTypeAndMode.vi与LowSpeed.GetStatus.vi两个档案，将两个副程式元件载入，SetTypeAndMode用来设定Port，GetStatus用来取得通讯状态之结果。

步骤9、设定SetTypeAndMode所需要的3个输入参数
将输入参数连结至NXTSystemCall之Port位置，如图7所示。这3个参数分别是Port、Sensor Type、Sensor Mode。
（I） Port用来选择使用NXT的4个Port的哪一个Port，本范例程式设定为0，亦即是使用NXT的Port1。
（II） Sensor Type用来选择NXT所要使用的感测器种类，本范例程式设定为11，亦即设定的Port具有I2C功能，Sensor Type其余定义由表1详述【6】。
（III） Sensor Mode用来设定数值的刻度（scale），本范例程式设定为0，亦即使设定处理的数值刻度为正常刻度（raw value），Sensor Mode其余定义由表2详述【6】。



图7 设定SetTypeAndMode之输入参数

表1 Sensor Type的定义



表2 Sensor Mode的定义


步骤10、设定GetStatus所需要的1个输入参数与3个输出参数
将回圈连结至NXTSystemCall之Generic Refnum Name位置，并设定GetStatus之输入与输出参数，如图8所示。输入参数为前述之Port设定值，输出参数如下列说明。
（I） LSStatus，表示输出状态，其输出值的意义由表3详述【6】。
（II） Idle，用来表示传送是否结束。
（III） Fatal Error，用来表示处理过程中是否出现错误。


图8 设定GetStatus之输出与输入参数

表3 LSStatus的定义



步骤11、设定NXTSystemCall的回传数目
由于此范例为Master Write，并无回传值，因此在此设定为0，并将其与NXTSystemCall的Return Length连结，至此程式已完成，执行此程式可驱动NXT产生Master Write讯号至感测器端，完成I2C命令传递的动作。
  
结论
本文最后利用示波器撷取NXT传送的I2C讯号，检视实际程式运行后NXT输出结果是否正确。将NXT接上自行设计的I2C感测器，在此以笔者设计的NXT开发板为例，图9红色框部分为笔者所设计的NXT开发板，在接收NXT所传送I2C的命令后，可产生相对应的动作，使用者可根据上述的程式范例建构自己的NXT驱动程式后，再将NXT与自行设计的控制板连接后进行测试。


图9 NXT开发板

执行LabView程式后，NXT传送5个位元组讯号，讯号图形如图10所示，其中channel 1为SDA讯号，channel 2为SCL讯号，由图10可知在SCL震荡期间，SDA一共传送5组9bit脉波讯号（8bits data与1bit Ack），其分别对应LabView程式内所设定的Address、Register、data1、data2、data3等5个输入数值。接着将图10之第1个位元组局部放大，以图11表示，由图11可知第1个位元组具有Start Status、Address R/W以及Ack等特征，符合I2C通讯协定之起始讯号之特征。最后将图10之第5个位元组局部放大，以图12表示，由图12可知第5个位元组具有data3、Ack以及Stop Status等特征，亦符合I2C通讯协定之结尾讯号之特征。藉由这些讯号图形所具备的特征，证实上述的范例程式执行后，正常驱使NXT产生I2C通讯讯号，完成I2C通讯命令的传递。
注：LEGO超音波感测器需利用NXT之Master Read模式来沟通，本文所介绍之Master Write模式并不适用。

  
图10 NXT传送5个位元组至感测器之I2C讯号图

  
图11 第1个位元组的区域放大图


图12 第5个位元组的区域放大图

晓舟

爱死你啦！！！要的就是这个！！原来我找半天找不到I2C的模块原来是这样……

am1062

好，正需要

yisihan

要好好学习了

jzz71

版主真好，

bluefantasy828

版主太强大了   哈哈

sunke1988

对我帮助很大啊

greatfun

很好，学习中！