아두이노의 TWI(I2C) 통신

USART와 같은 시리얼 통신이 1:1 통신 규약인 반면, TWI(I2C)는 1:n 통신 규약으로 하나의 마스터(master) 기기가 여러 개의 슬레이브(slave) 디바이스들과 통신을 할 수 있다는 장점이 있습니다. Wire 라이브러리는 아두이노의 표준 라이브러리로서 Arduino IDE에 기본으로 내장되어 있습니다. 따라서 아두이노로 TWI 통신을 위해서는 다음의 Wire 라이브러리를 지정하여야 합니다.

#include <Wire.h>

연결 구성은 하나의 마스터와 다수의 슬레이브로 구분되고 슬레이브들은 7bit 혹은 8bit 아이디(숫자)로 서로를 구분합니다. TWI는 모든 통신 주도권을 master가 가진다. 슬레이브에서 데이터를 읽어올 때도 마스터에서 요구하고 슬레이브로 데이터를 보낼 때도 마찬가지로 마스터에서 통신을 요구한 후 보냅니다. 마스터에서는 다음과 같이 초기화 함수를 호출합니다.

Wire.begin(); // 마스터의 TWI 초기화

슬레이브에서는 다음과 같이 초기화 함수를 아이디를 가지고 호출한다.

Wire.begin(n); // 슬레이브의 TWI 초기화

Wire.begin(n) 함수는 n번 슬레이브의 TWI 초기화하는 명령이며, 아이디 n을 가지는 연결된 마스터에서 기기간에 구별을 하게 됩니다.

마스터에서 슬레이브로 데이터 보낼 때는 Wire.beginTransmission(id) 함수로 아이디가 id인 슬레이브와 TWI 통신을 시작합니다. 그리고 Wire.write(byte) 함수로 byte형 데이터를 보내고, Wire.endTransmission() 함수로 통신을 끝냅니다. Wire.write() 함수는 입력 변수의 자료형에 따라 다음과 같이 3가지가 전송할 수 있습니다.

Wire.write(byte by); // byte형 데이터 하나를 전송

Wire.write(string str); // 문자열 str을 전송

Wire.write(const byte *ptrByte, int n); // byte형 포인터에 저장된 byte 배열에서 n개의 데이터를 전송

슬레이브 쪽에서는 마스터에서 데이터를 보냈을 때 호출되는 이벤트 함수를 다음과 같이 등록해 두면 데이터가 보내졌을 때 이 함수가 호출되어 처리가 가능하게 됩니다. Wire.onReceive() 함수를 이용해서 사용자가 지정한 receiveEvent() 함수를 데이터가 보내졌을 때 호출될 함수로 등록합니다.

void setup() {

    Wire.onReceive(receiveEvent);

}

....

....

void receiveEvent(int iNum) 

{

    byte by[iNum];

    for(int n=0; n<iNum; n++)

        by[n] = Wire.read();

}

위와 같이 등록된 이벤트 핸들러는 넘겨받은 바이트 수를 입력으로 건네주게 되고, Wire.read() 함수를 이용하여 by 변수에 저장하게 할 수 있습니다.

마스터가 슬레이브에서 데이터를 받을 때에도 마스터에서 먼저 요구하며 그 요구에 슬레이브가 반응하도록 되어 있는데, 마스터에서 슬레이브에 데이터를 요구하고 읽어오는 과정은 다음과 같습니다.

byte by[n], m=0;

Wire.requestFrom(id, n); // id를 가지는 슬레이브에 n 바이트를 보내기를 요구한다.

while( Wire.available() ) // 읽어올 데이터가 버퍼에 남아있다면

{

    by[m++]=Wire.read(); // 데이터를 읽는다.

}

슬레이브 측에서는 마스터에서 요구가 올 때 처리할 이벤터 핸들러를 다음과 같이 등록해 두면 됩니다. 다음 예를 마스터의 전송 요구시 호출된 사용자 지정의 requestEvent() 함수를 등록합니다. 결론적으로 마스터와 슬레이브 사이에 통신을 할 경우 마스터에서 슬레이브 쪽으로 통신을 하겠다는 요구를 먼저 하게 되어 있다는 것입니다.

Wire.onRequest( requestEvent ); 

...

...

void requestEvent()

{

    Wire.write(100); // (예를 들어) 100이라는 숫자를 전송한다.

}