ATtinyのUSI-SPI通信

ATtinyでのSPI通信を調べていたら、ATtinyで USI-SPI を行うライブラリを見つけましたので紹介します。
USI-SPI についてはこちらやこちらで紹介されていますが、DO DI USCK の３つのピンのUSI機能を使ってSPI通信を行う方法です。

最初にこちらから tinySPI のライブラリをダウンロードし、ライブラリーに追加します。
調べてみたら、ATtiny44/84 ATtiny45/85 しかサポートしていないようなので、
ATtiny461/861 ATtiny2313/4313でも使えるようにしてみました。

tinySPIフォルダーに有る tinySPI.h を以下のように変更します。
修正前(抜粋）

//USI ports and pins

              #if defined(__AVR_ATtiny44__) || defined(__AVR_ATtiny84__)

              #define SPI_DDR_PORT DDRA

              #define USCK_DD_PIN DDA4

              #define DO_DD_PIN DDA5

              #define DI_DD_PIN DDA6

              #elif defined(__AVR_ATtiny45__) ||
              defined(__AVR_ATtiny85__)

              #define SPI_DDR_PORT DDRB

              #define USCK_DD_PIN DDB2

              #define DO_DD_PIN DDB1

              #define DI_DD_PIN DDB0

              #endif

修正後(抜粋）

//USI ports and pins

              #if defined(__AVR_ATtiny44__) || defined(__AVR_ATtiny84__)

                #define SPI_DDR_PORT DDRA

                #define USCK_DD_PIN DDA4

                #define DO_DD_PIN DDA5

                #define DI_DD_PIN DDA6

              #elif defined(__AVR_ATtiny45__) ||
              defined(__AVR_ATtiny85__)

                #define SPI_DDR_PORT DDRB

                #define USCK_DD_PIN DDB2

                #define DO_DD_PIN DDB1

                #define DI_DD_PIN DDB0

              #elif defined(__AVR_ATtiny461__) ||
                defined(__AVR_ATtiny861__)

                  #define SPI_DDR_PORT DDRB

                  #define USCK_DD_PIN DDB2

                  #define DO_DD_PIN DDB1

                  #define DI_DD_PIN DDB0

                #elif defined(__AVR_ATtiny2313__) ||
                defined(__AVR_ATtiny4313__)

                  #define SPI_DDR_PORT DDRB

                  #define USCK_DD_PIN DDB7

                  #define DO_DD_PIN DDB6

                  #define DI_DD_PIN DDB5

              #endif

              

              //SPI data modes

              #define SPI_MODE0 0x00

              #define SPI_MODE1 0x04

examplesフォルダーにATtiny84/85で74HC595を使うサンプルがあります。
そこで、サンプルを参考にして、1つのソースでATtiny44/84 ATtiny45/85 ATtiny461/861 ATtiny2313/4313で
動くスケッチを作りました。
0x01 0x02 0x04 0x08 0x10 0x20 0x40 0x80のデータを1000回SPIで74HC595に書き込みます。
74HC595の出力(QAからQH)にはそれぞれLEDを接続します。

//

              // 74HC595 Sample with tinySPI Library

              //

              // USI-SPIは以下のピンを使う

              // USCK:USIクロック入出力

              // DO:USIデータ出力

              // DI:USIデータ入力

              //

              // Connections:

              //  ATtiny84 pin 5 (DIP pin 8, PA5) to 74HC595 pin 14
              (data in)

              //  ATtiny84 pin 6 (DIP pin 9, PA4) to 74HC595 pin 11
              (shift register clock)

              //  ATtiny84 pin 3 (DIP pin 6, PA7) to 74HC595 pin 12
              (storage register clock)

              //

              //  ATtiny85 pin 1 (DIP pin 6, PB1) to 74HC595 pin 14
              (data in)

              //  ATtiny85 pin 2 (DIP pin 7, PB2) to 74HC595 pin 11
              (shift register clock)

              //  ATtiny85 pin 3 (DIP pin 2, PB3) to 74HC595 pin 12
              (storage register clock)

              //

              //  ATtiny861 pin 8 (DIP pin 2, PB1) to 74HC595 pin
              14 (data in)

              //  ATtiny861 pin 7 (DIP pin 3, PB2) to 74HC595 pin
              11 (shift register clock)

              //  ATtiny861 pin 3 (DIP pin 9, PB6) to 74HC595 pin
              12 (storage register clock)

              //

              //  ATtiny4313 pin 15 (DIP pin 18, PB6) to 74HC595
              pin 14 (data in)

              //  ATtiny4313 pin 16 (DIP pin 19, PB7) to 74HC595
              pin 11 (shift register clock)

              //  ATtiny4313 pin 3  (DIP pin 5,  PA0) to
              74HC595 pin 12 (storage register clock)

              //

              

              #include
              <tinySPI.h>        
              //http://github.com/JChristensen/tinySPI

              

              #define SS_Pin  3

              

              void setup(void)

              {

                SPI.begin();

                pinMode(SS_Pin, OUTPUT);

                digitalWrite(SS_Pin, HIGH);

              }

              

              void loop(void) {

                for (int b=0; b<8; b++) {

                  uint8_t myByte = 1 << b;

                  // enable Slave Select

                  digitalWrite(SS_Pin, LOW);

                      

                  // write the same byte 1000 times

                  for(int n=0; n<1000; n++) {

                     
              SPI.transfer(myByte);

                  }

                  // disable Slave Select

                  digitalWrite(SS_Pin, HIGH);

                }

              }

【ATtiny84@1MHz】
以下の結線でLEDが順番に点滅します。
FemtoCowのAddOnを使ってコンパイルしています。

【ATtiny85@1MHz】
以下の結線でLEDが順番に点滅します。

【ATtiny861@1Mhz】
以下の結線でLEDが順番に点滅します。

【ATtiny4313】
以下の結線でLEDが順番に点滅します。

このライブラリの素晴らしいところは、非常に高速に動作することです。
1000回同じデータをSPI転送していますが、このループ回数を少なくすると、点滅しているのが分からないぐらいです。
ちなみに、前回紹介したbitBangedSPIのライブラリで同じ動作を行う場合、以下のスケッチとなります。

//

              // 74HC595 Sample with bitBangedSPI Library

              //

              // Connections:

              //  ATtiny84 pin 5 (DIP pin 8, PA5) to 74HC595 pin 14
              (data in)

              //  ATtiny84 pin 6 (DIP pin 9, PA4) to 74HC595 pin 11
              (shift register clock)

              //  ATtiny84 pin 3 (DIP pin 6, PA7) to 74HC595 pin 12
              (storage register clock)

              //

              //  ATtiny85 pin 1 (DIP pin 6, PB1) to 74HC595 pin 14
              (data in)

              //  ATtiny85 pin 2 (DIP pin 7, PB2) to 74HC595 pin 11
              (shift register clock)

              //  ATtiny85 pin 3 (DIP pin 2, PB3) to 74HC595 pin 12
              (storage register clock)

              //

              //  ATtiny861 pin 8 (DIP pin 2, PB1) to 74HC595 pin
              14 (data in)

              //  ATtiny861 pin 7 (DIP pin 3, PB2) to 74HC595 pin
              11 (shift register clock)

              //  ATtiny861 pin 3 (DIP pin 9, PB6) to 74HC595 pin
              12 (storage register clock)

              //

              //  ATtiny4313 pin 15 (DIP pin 18, PB6) to 74HC595
              pin 14 (data in)

              //  ATtiny4313 pin 16 (DIP pin 19, PB7) to 74HC595
              pin 11 (shift register clock)

              //  ATtiny4313 pin 3  (DIP pin 5,  PA0) to
              74HC595 pin 12 (storage register clock)

              //

              

              #include <bitBangedSPI.h> //
              https://github.com/nickgammon/bitBangedSPI

              

              #if defined(__AVR_ATtiny84__)

                #define DO_Pin   5    //
              PA5

                #define USCK_Pin 6    // PA4

                #define SS_Pin   3    //
              PA7

                #define DI_Pin   -1   // NC

              #elif defined(__AVR_ATtiny85__)

                #define DO_Pin   1    //
              PB1

                #define USCK_Pin 2    // PB2

                #define SS_Pin   3    //
              PB3

                #define DI_Pin   -1   // NC

              #elif defined(__AVR_ATtiny861__)

                #define DO_Pin   8    //
              PB1

                #define USCK_Pin 7    // PB2

                #define SS_Pin   3    //
              PB3

                #define DI_Pin   -1   // NC

              #elif defined(__AVR_ATtiny4313__)

                #define DO_Pin   15   // PB6

                #define USCK_Pin 16   // PB7

                #define SS_Pin   3    //
              PA0

                #define DI_Pin   -1   // NC

              #endif

              

              bitBangedSPI bbSPI (DO_Pin, DI_Pin, USCK_Pin, 0);  //
              MOSI, MISO, SCK, Delay

              

              void setup (void) {

                bbSPI.begin ();

                pinMode (SS_Pin, OUTPUT);

              }  // end of setup

              

              void loop (void) {

                for (int b=0; b<8; b++) {

                  uint8_t myByte = 1 << b;

                  // enable Slave Select

                  digitalWrite(SS_Pin, LOW); 

              

                  // write the same byte 1000 times

                  for(int n=0; n<1000; n++) {

                    bbSPI.transfer (myByte);

                  }

                  // disable Slave Select

                  digitalWrite(SS_Pin, HIGH);

                }

              }  // end of loop

また、標準で準備されているshiftOut()を使って同じ動作を行う場合、以下のスケッチとなります。

//

              // 74HC595 Sample with shiftOut

              //

              // Connections:

              //  ATtiny84 Pin 5 (DIP Pin 8, PA5) to 74HC595 Pin 14
              (data in)

              //  ATtiny84 Pin 6 (DIP Pin 9, PA4) to 74HC595 Pin 11
              (shift register clock)

              //  ATtiny84 Pin 3 (DIP Pin 6, PA7) to 74HC595 Pin 12
              (storage register clock)

              //

              //  ATtiny85 Pin 1 (DIP Pin 6, PB1) to 74HC595 Pin 14
              (data in)

              //  ATtiny85 Pin 2 (DIP Pin 7, PB2) to 74HC595 Pin 11
              (shift register clock)

              //  ATtiny85 Pin 3 (DIP Pin 2, PB3) to 74HC595 Pin 12
              (storage register clock)

              //

              //  ATtiny861 Pin 8 (DIP Pin 2, PB1) to 74HC595 Pin
              14 (data in)

              //  ATtiny861 Pin 7 (DIP Pin 3, PB2) to 74HC595 Pin
              11 (shift register clock)

              //  ATtiny861 Pin 3 (DIP Pin 9, PB6) to 74HC595 Pin
              12 (storage register clock)

              //

              //  ATtiny4313 Pin 15 (DIP Pin 18, PB6) to 74HC595
              Pin 14 (data in)

              //  ATtiny4313 Pin 16 (DIP Pin 19, PB7) to 74HC595
              Pin 11 (shift register clock)

              //  ATtiny4313 Pin 3  (DIP Pin 5,  PA0) to
              74HC595 Pin 12 (storage register clock)

              //

              

              int i; //これを宣言しないとエラーになる

              //　理由は http://memo.tank.jp/archives/1437

              

              //Pin definitions

              #if defined(__AVR_ATtiny84__)

                const int DO_Pin = 5;

                const int USCK_Pin = 6;

                const int SS_Pin = 3;

              #elif defined(__AVR_ATtiny85__)

                const int DO_Pin = 1;

                const int USCK_Pin = 2;

                const int SS_Pin = 3;

              #elif defined(__AVR_ATtiny861__)

                const int DO_Pin = 8;

                const int USCK_Pin = 7;

                const int SS_Pin = 3;

              #elif defined(__AVR_ATtiny4313__)

                const int DO_Pin = 15;

                const int USCK_Pin = 16;

                const int SS_Pin = 3;

              #endif

              

              void setup(void) {

                pinMode(DO_Pin, OUTPUT);

                pinMode(USCK_Pin, OUTPUT);

                pinMode(SS_Pin, OUTPUT);

                digitalWrite(SS_Pin, HIGH);

              }

              

              void loop(void) {

                for (int b = 0; b < 8; b++) {

                  uint8_t myByte = 1 << b;

                  digitalWrite(SS_Pin, LOW);

              

                  // write the same byte 1000 times

                  for (int n = 0; n < 1000; n++) {

                    shiftOut(DO_Pin, USCK_Pin,
              MSBFIRST, myByte);

                  }

                  digitalWrite(SS_Pin, HIGH);

                }

              }

結線を変えずに、各スケッチを書き込むと、動作スピードの違いはすぐに分かります。

多少遅くてもいいから自由なピンを使ってSPIで通信したい
　入力もしたい→bitBangedSPIライブラリ
　出力だけでいい→shiftOut()
とにかく全速力でSPIで通信したい→tinySPIライブラリ
メモリを１バイトでも節約したい→tinySPIライブラリ

なお、tinySPIは以下の機能はサポートしていません。
sending least-significant bit first
SPI data modes 2 and 3
various SPI clock frequencies.

続く．．．．