EVShield筆記(3)：測試 EV3 以 I2C 連線控制 EVShield

EVShield 是作為Arduino連接 Mindstorms NXT/EV3 馬達與感應器的擴展板。
EVShield具備的功能中，除了 Servo pins 之外，都是透過 I2C 方式進行控制，包含：三個按鍵、兩個 RGB LED、四個 Motor ports 以及 四個 Sensor ports。
而對於同樣具有 I2C 通訊介面的 EV3主機 Sensor ports，應該也可以取代 Arduino 直接連接及運用 EVShield 的功能，以下即是對於這個需求所進行的測試記錄。

【EV3 接線方式】：
如下圖，將 EVShield 背面正下方的 4 pins I2C 接腳轉接成 RJ12 cable 之後，連接 EV3 的 Sensor Port。

【EV3 使用軟體】：
EV3 程式使用 RobotC 4.32 版。
至於 EV3 軟體，目前已知 Mindsensors 與 DI 的 EV3-I2C Programming Blocks，在功能方面並不適用。
 

EVShield I2C 架構

如下圖，EVShield 由兩個 I2C Slave 裝置所組成，分別為 Bank A ( 位址：0x34 ) 與 Bank B ( 0x36 )，其中 LED 與 按鍵 的控制功能都建立在 Bank A，詳細的 I2C 暫存器資訊需參考 "EVShield Advanced Development Guide" 文件。

測試記錄  

1. RGB LED 顏色顯現

EVShield共有兩組 LED，分別位於面板的正上方 (  Front LED ) 與左下方( Rear LED )，暫存器資訊如下表：

只需將顏色值分別寫入對應的暫存器中，即可以改變 LED 顯現的顏色，以下為 RobotC 範例程式：

///////////////////////////////////////////////////////////
// @EVSH_ledSetRGB: Set Front/Rear LED RGB color value
// Front LED(0xDE) 
// Rear  LED(0xD7)
///////////////////////////////////////////////////////////
void EVSH_ledSetRGB(ubyte ledRegAddr,
      ubyte r, ubyte g, ubyte b, int delayMSec)
{
 ubyte I2C_Request[6];
 short errCnt=0;
 while(nI2CStatus[EVSHIELD] == i2cStatusPending) {  
  wait1Msec(10);
 }

 memset(I2C_Request, 6, 0);
 I2C_Request[0] = 5;
 I2C_Request[1] = EVSH_BANK_A;
 I2C_Request[2] = ledRegAddr;
 I2C_Request[3] = r;
 I2C_Request[4] = g;
 I2C_Request[5] = b;
 sendI2CMsg(EVSHIELD, &I2C_Request[0], 0);
 wait1Msec(delayMSec);
}

2. 按鍵狀態

EVShield透過 0xDA 這個暫存器位址讀取最新的按鍵值：

RobotC 範例程式如下：

///////////////////////////////////////////////////////////
// @EVSH_getKeyPressValue()
// Return: 1-Left, 2-Go, 4-Right
///////////////////////////////////////////////////////////
ubyte EVSH_getKeyPressValue()
{
 ubyte I2C_Request[3], I2C_Reply[1];
 short errCnt=0;
 while(nI2CStatus[EVSHIELD] == i2cStatusPending) {  
  wait1Msec(10);
 }

 memset(I2C_Request, 3, 1);
 I2C_Request[0] = 2;
 I2C_Request[1] = EVSH_BANK_A;
 I2C_Request[2] = EVSH_KEY_PRESS;
 sendI2CMsg(EVSHIELD, &I2C_Request[0], 1);
 wait1Msec(20);

 memset(I2C_Reply, 1, 0);
 while(nI2CStatus[EVSHIELD] == i2cStatusPending) wait1Msec(1);
 readI2CReply(EVSHIELD, &I2C_Reply[0], 1);
 return I2C_Reply[0];
}

3. Motor Ports控制

以EV3 透過 EVShield Motor ports 連接馬達的實務用途在於擴充 EV3 可控制的馬達數量，尤其若同時擁有 EV3 與 NXT sets，即可以單一 EV3 主機控制超過 4 顆馬達，不過此時，EVShield 即需要外接電源才能供應 Motor ports 的電力需求。

而EVShield 對於每個 Motor Port 提供三種馬達控制模式，包含：編碼值控制、Speed 控制 與 運轉時間控制等，分別有對應的暫存器，下表是 Motor 1 Port 的暫存器設定資訊：

此外，對於馬達的運轉狀態，可透過讀取下表中的暫存器值取得：

以下是控制馬達依據 設定速度 旋轉至 指定編碼值(角度) 的範例程式：

//////////////////////////////////////////////////////////
// @EVSH_runMotorEncoderControl()
// encoderRegAddr: M1-0x42, M2-0x4A
//////////////////////////////////////////////////////////
void EVSH_runMotorEncoderControl(ubyte bankI2CAddr, ubyte encoderRegAddr,
                                 long encoder, short motorSpeed, bool setBraked, bool setRelPos)
{
 ubyte I2C_Request[11];
 short errCnt=0;
 while(nI2CStatus[EVSHIELD] == i2cStatusPending) {
  wait1Msec(10);
 }

 memset(I2C_Request, 11, 0);
 I2C_Request[0] = 10;
 I2C_Request[1] = bankI2CAddr;
 I2C_Request[2] = encoderRegAddr;
 I2C_Request[3] =(encoder & 0x000000FF);       // Encoder LSB
 I2C_Request[4] =(encoder & 0x0000FF00) >> 8;  // Encoder Byte2
 I2C_Request[5] =(encoder & 0x00FF0000) >> 16; // Encoder Byte3
 I2C_Request[6] =(encoder & 0xFF000000) >> 24; // Encoder MSB
 I2C_Request[7] = motorSpeed;          // Speed
 I2C_Request[8] = 0;                   // Time
 I2C_Request[9] = 0;                   // Command B
 I2C_Request[10]= 0x89;                // Command A 0b1000 1001
 if(setBraked) I2C_Request[10] = I2C_Request[10] | CMD_STOP_WITH_BRAKE;
 if(setRelPos) I2C_Request[10] = I2C_Request[10] | CMD_ENCODER_RELATIVE;
 sendI2CMsg(EVSHIELD, &I2C_Request[0], 0);
 wait1Msec(50);
 
 if(setBraked)
   while(!(EVSH_getMotorStatus(EVSH_BANK_B, EVSH_M2_STATUS) == 0x10)) delay(10); // Motor stop in brake mode
 else
   while(!(EVSH_getMotorStatus(EVSH_BANK_B, EVSH_M2_STATUS) == 0x00)) delay(10); // Motor stop in float mode

 eraseDisplay();
}

 4. Sensor Ports

EVShield 對於 Sensor Ports 的控制相當複雜，主要原因在於每個感應器的介面、功能與特性各異，因此，各個感應器皆需要實作專屬的 API，這可以參考 Mindsensors 為 EVShield 所提供的 Arduino 程式庫就可以瞭解(下載： EVShield-master ) 。

因此，經以 RobotC 實作幾種類型的感應器測試，發現雖可行但比較耗費的程式開發成本，實在不太切合實際，倒不如直接連接 EV3 的 Sensor port 或 以 EVShield+Arduino 再透過 EV3 以 I2C 控制還比較實用。