Wire.begin и beginTransmission: анатомия библиотеки

Счётчик включений для солнечной будки я хранил в микросхеме памяти 24C02 на адресе 0x50: плата просыпалась раз в час, увеличивала число и засыпала обратно. Написал четыре строчки — Wire.write(0x10); Wire.write(count); — и стал ждать. Через три «пробуждения» полез проверять: память была девственно пуста, а никакого предупреждения Arduino IDE за всё это время не показала.

Причина оказалась стыдная: я скормил байты функции write(), не открыв beginTransmission() и не закрыв endTransmission(). Без конверта письмо никуда не идёт: write() честно возвращала ноль — «байтов не принято», — но возвращаемое значение я поленился читать. В этом уроке разберём почтовый механизм Wire по деталям: что делает begin(), где живёт буфер, в какой момент на линиях появляется сигнал и почему проверка кода возврата экономит часы.

Сама память между делом — хороший персонаж для знакомства: 24C02 хранит 256 байтов, и моя ячейка 0x10 — одна из них. Переживает миллион циклов записи на каждую ячейку и удерживает данные порядка сотни лет — так обещает даташит. Согласитесь, неплохой напарник для Arduino, которая живёт, пока подключена к USB: вся ценность счётчика включений именно в том, чтобы пережить отключение.

Wire.begin() — точка входа: команда включает аппаратный блок TWI и закрепляет за шиной пины A4 (SDA) и A5 (SCL), о которых шла речь в первом уроке раздела. Вызывают её один раз в setup(): повторный вызов перезапускает шину, а вызов из loop() — вредная привычка, от которой у меня однажды слетал уже настроенный обмен с часами. Подтяжки begin() не включает и не проверяет: на плате Uno их просто нет, линии поднимают резисторы 4,7 кОм на самих модулях. Проверить, что шина проснулась, в симуляторе можно по строке в панели I2C, а на живой плате — сканером: он же и покажет, кто слушает.

Число для полноты картины: когда устройство прижимает линию к земле, через подтяжку течёт ток около 1 мА — 5 В, поделённые на 4,7 кОм. Потому резисторы и не греются: греется нечему. Если же передать begin() аргумент — Wire.begin(0x08), — плата становится слейвом с собственным адресом; эта вторая жизнь begin() разобрана в уроке про две платы на одной шине. А ещё у begin() есть спутник — Wire.setClock(): по умолчанию шина живёт на 100 кГц, вызов Wire.setClock(400000) разгоняет её вчетверо; на коротких проводах и с OLED это заметно ускоряет перерисовку, на длинных макеточных — возвращает глюки, и я всегда откатываюсь к сотне.

Трио beginTransmission — write — endTransmission работает как почта. beginTransmission(0x50) открывает конверт и запоминает адресата — на шине при этом тишина, панель I2C в симуляторе честно показывает пустоту. write() кладёт байты в буфер; на Uno его объём — 32 байта, и каждый вызов возвращает, сколько байтов принял: единицу для одиночного байта или ноль, когда буфер уже полон. Сама передача стартует только в endTransmission(): один кадр START — адрес — все байты с подтверждениями — STOP.

Тайминг кадра считается на пальцах: при стандартных 100 кГц каждый байт вместе с подтверждением занимает около 90 мкс, значит кадр из 32 байтов идёт примерно 3 мс. Короткие кадры шина пропускает десятками в секунду, и даже полсекундной паузы между ними хватает любому датчику с запасом. А вот растягивать один конверт на сотни байтов смысла нет: буфер отрежет лишнее молча, без единого предупреждения в консоли.

И ещё одна ловушка внутри самой пары. beginTransmission можно вызывать только один раз до endTransmission: повторный вызов молча начнёт новый конверт, а недописанные байты первого пропадут. Мой балованный скетч терял последний байт раз в десять кадров, пока я не собрал весь кадр в одну функцию — оттуда и взялось правило «открыл, записал, закрыл» без промежуточных выходов из кадра.

По строкам. Функция writeCell() — вся анатомия записи в четырёх строках: конверт открыт, указатель ячейки и данные положены, кадр отправлен, а тернарный оператор превращает код возврата в понятный флаг. Память трактует первый байт после своего адреса как номер ячейки: хотим писать в 0x10 — первым байтом идёт 0x10, и только затем полезные данные.

Дальше loop() пишет новое значение раз в секунду. На живой плате период важно держать не короче цикла записи страницы — те самые 5 мс из даташита: пришлёшь раньше — память молча проигнорирует кадр и продолжит варить свою страницу. Секундный интервал даёт запас в двести раз; привычку оставлять запас я бы ставил с первого дня — на живой плате она однажды спасёт вам вечер.

У endTransmission() есть второй талант, о котором примеры молчат: аргумент. Вызов endTransmission() ставит стоп-условие и отпускает шину — сосед-мастер может влезть между вашими операциями. А endTransmission(false) стоп не ставит: шина остаётся за вами, и следующая операция начинается с повторного старта. Так защищают двухходовки «команда — ответ» на конкурентной шине; для одиночной макетки с одним мастером это избыточно, я ставлю обычный STOP — так и отлаживать проще.

Код возврата при этом я проверяю всегда — привычка, вбитая сканером из урока про поиск адресов: ноль — кадр ушёл, двойка — на адресе никого (перепутаны SDA и SCL или модуль без питания), остальные коды редки. Три строчки с проверкой и печатью в Serial занимают минуту, а в моём личном зачёте уже сэкономили не один вечер: сразу видно, виновата физика или код. Полный разбор памяти 24C02 — с чтением записанного — ждёт в уроке про EEPROM.

Коды возврата — это журнал отказов, и читать его стоит по пунктам. Двойка — на адресе никого: перепутаны SDA и SCL, нет общей земли, забыто питание или в конверте просто чужой адрес. У меня двойка чаще всего означала надломленный у обжима dupont-провод: продёргиваешь его пальцем — и код в Serial меняется на глазах.

Тройка — адресат подтвердился, но данные отверг: так память отвечает, если прийти с записью во время собственного внутреннего цикла записи. Лечится паузой, а не повторами на бис. Четвёрка — прочее; на Uno за десять лет я видел её дважды, и оба раза рядом стояли длинные провода и отсутствие подтяжки.

Отдельная беда — шина, которую кто-то прижал к земле: пропадают все ответы разом. На ESP32 у библиотеки есть Wire.reset(), на Uno помогает пара вызовов Wire.end() и Wire.begin() подряд, а в запущенных случаях — десяток тактов SCL руками. Но прежде чем лечить шину, выньте и вставьте провода: в девяти случаях из десяти виноват контакт.

Мои правила записи на шину, выстраданные той самой пустой памятью. Первое: один beginTransmission — одна операция, никаких «дописать потом»: конверт заклеивается целиком. Второе: пауза между кадрами, если слейву нужно переварить полученное, — память 24C02, например, записывает страницу за 5 мс и всё, что придёт раньше, просто проигнорирует; такие паузы строю через millis, как в уроке про замену delay. Третье: код возврата endTransmission — в Serial, всегда. Если на живой плате ok=0 при каждом кадре, отключите от шины всё лишнее и оставьте один модуль — так виновник находится за минуту.

Если сомневаетесь, какой адрес держит ваш модуль памяти или экран, — сверяйтесь с адресной книгой из прошлого урока. А в следующем уроке мы пойдём в обратную сторону: попросим у датчика данные через Wire.requestFrom() и соберём из двух байтов полноценное 16-битное значение — со знаком, без потери минуса и без сюрпризов в буфере.