Interfață I2C: descriere în limba rusă

În aparatele de uz casnic moderne, în electronica industrială și în diverse echipamente de telecomunicații, găsiți deseori soluții similare, deși produsele pot fi practic lipsite de legătură. De exemplu, aproape fiecare sistem include următoarele:

• un anumit nod de control "inteligent", care în majoritatea cazurilor este un microcomputer cu un singur chip;
• noduri de uz general, cum ar fi tampoane LCD, memorie RAM, porturi I / O, EPROM sau convertoare de date specializate;
• noduri specifice, inclusiv scheme de reglare digitală și prelucrare a semnalelor pentru sisteme video și radio.

Cum să optimizați aplicația?

Pentru a asigura utilizarea mai eficientă a acestor soluții generale pentru proiectanții de beneficii și producătorii înșiși, precum și pentru a crește nivelul general de performanță al diferitelor aparate și simplificarea nodurilor de circuit utilizate, compania Philips stabilit pentru a dezvolta un foarte simplu, cu două fire de autobuz bidirecțională care asigură controlul mezhmikroskhemnoe cele mai productive. Acest autobuz oferă transfer de date prin interfața I2C.

Până în prezent, gama acestui producător include mai mult de 150 CMOS, precum și dispozitive bipolare compatibile cu I2C și proiectate să funcționeze în oricare dintre categoriile enumerate. Trebuie remarcat faptul că interfața I2C este inițial încorporată în toate dispozitivele compatibile, datorită cărora pot, fără dificultăți, să țină legătura între ele atunci când folosesc o magistrală specială. Datorită utilizării unei astfel de soluții de proiectare, a fost posibil să se rezolve un număr suficient de mare de probleme de interfațare a diverselor echipamente, ceea ce este destul de tipic pentru dezvoltarea sistemelor digitale.

Principalele avantaje

Chiar dacă arăți scurt descrierea interfețelor UART, SPI, I2C, putem distinge următoarele avantaje ale acestuia din urmă:

• Pentru a lucra, aveți nevoie doar de două linii - sincronizare și date. Orice dispozitiv care se conectează la o astfel de magistrală, în viitor, poate fi programat pentru a adresa o adresă complet unică. În orice moment, există o relație simplă care permite comandantului să funcționeze ca un transmițător principal sau receptor principal.
• Acest autobuz oferă posibilitatea de a avea mai multe gazde, care oferă toate instrumentele necesare pentru detectarea coliziunilor și de arbitraj, ajută la prevenirea corupției de date în cazul în care două sau mai multe din partea de sus începe să transmită simultan informații. În modul standard, numai date seriale pe 8 biți sunt transmise la o viteză de maximum 100 kbit / s, iar în modul rapid acest prag poate fi mărit de patru ori.
• Cipurile utilizează un filtru special încorporat care suprimă efectiv exploziile și asigură integritatea maximă a datelor.
• Numărul maxim posibil de jetoane care poate fi conectat la o magistrală este limitat numai de capacitatea maximă posibilă de 400 pF.

Avantaje pentru designeri

Interfața I2C, precum și toate microcircuitele compatibile, accelerează semnificativ procesul de dezvoltare, de la diagrama funcțională până la prototipul final. Trebuie remarcat faptul că, din cauza posibilității unor astfel de chips-uri se conectează direct la autobuz, fără a utiliza toate tipurile de circuite suplimentare este prevăzută o cameră pentru modernizarea în continuare și modificarea unui sistem de prototip prin deconectarea și conectarea diferitelor dispozitive de autobuz.

Există multe avantaje care disting interfața I2C. Descrierea, în special, vă permite să vedeți următoarele avantaje pentru designeri:

• Blochează pe funcțional corespund pe deplin microcircuitelor și oferă astfel o tranziție destul de rapidă de la funcțional la fundamental.
• Nu este nevoie să se dezvolte interfețe de autobuz, deoarece autobuzul este deja integrat în chips-uri speciale.
• Protocoalele integrate pentru transferul de informații și dispozitive de adresare permit sistemului să fie complet programabil.
• Aceleași tipuri de cipuri pot fi utilizate în aplicații complet diferite, dacă este necesar.
• Durata totală de dezvoltare este redusă semnificativ datorită faptului că designerii se pot familiariza rapid cu cele mai frecvent utilizate blocuri funcționale, precum și cu toate tipurile de microcircuite.
• Dacă doriți, puteți adăuga sau elimina chips-uri din sistem și în același timp nu influențează prea mult alte echipamente conectate la aceeași magistrală.
• Timpul total de dezvoltare a software-ului poate fi redus semnificativ datorită faptului că este permisă o bibliotecă de module software reutilizabile.

Printre altele, este demn de remarcat procedura extrem de simplă de diagnosticare a erorilor și de depanare ulterioară, care este o interfață I2C diferită. Descrierea arată că, dacă este necesar, este posibil, fără dificultate, să se monitorizeze imediat chiar abateri minore în funcționarea unui astfel de echipament și, prin urmare, să se ia măsurile corespunzătoare. De asemenea, demn de remarcat este faptul că designerii au oferit soluții speciale, care, în special, sunt destul de atractive pentru o varietate de echipamente și sisteme care furnizează alimentat cu baterii portabile, folosind interfața I2C. Descrierea în limba rusă indică, de asemenea, că utilizarea acesteia face posibilă furnizarea următoarelor avantaje importante:

• Un grad suficient de ridicat de rezistență la orice interferență care apare.
• Consum extrem de redus de energie.
• Gamă largă de tensiune de alimentare.
• Domeniu de temperaturi mare.

Avantaje pentru tehnologi

Este demn de remarcat faptul că nu numai designeri, dar și tehnologi destul de des recent au început să utilizeze o interfață specializată I2C. Descrierea în limba rusă indică o gamă largă de merite, care sunt oferite acestei categorii de specialiști:

• două fire standard de magistrală serială cu interfață ajută la minimizarea legătura între chips-uri, care este, ele prezintă mai puține contacte și necesită mai puține piese, ceea ce face plăcile cu circuite imprimate nu sunt la fel de scumpe și au o dimensiune mult mai mică.
• Interfața I2C complet integrată LCD1602 sau o altă opțiune elimină complet necesitatea utilizării decodoarelor de adrese, precum și a altor logica fină externă.
• Se preconizează utilizarea simultană a mai multor conduceri pe o astfel de magistrală, ceea ce accelerează în mod semnificativ testarea și configurația ulterioară a echipamentului, deoarece magistrala poate fi conectată la computerul liniei de asamblare.
• Disponibilitatea interfețelor compatibile cu această interfață în pachetul VSO, SO și specializat DIL permite reducerea semnificativă a cerințelor pentru dimensiunea dispozitivului.

Aceasta este doar o scurtă listă de avantaje care disting interfața I2C a LCD1602 și altele. De asemenea, chips-uri compatibile pot crește în mod semnificativ flexibilitatea sistemului utilizat pentru a asigura o construcție extrem de simplu de diverse opțiuni de echipare, precum și un upgrade relativ ușor pentru asistență suplimentară la nivelul actual de dezvoltare. Astfel, este posibil să se dezvolte o întreagă familie de echipamente diferite, folosind ca bază un anumit model de bază.

modernizarea în continuare a echipamentului și extinderea funcțiilor sale poate fi realizată printr-o conexiune standard de la magistrala corespunzătoare cip utilizând 2C interfață Arduino sau oricare alta din inventarul disponibil. Dacă aveți nevoie de furnizarea unui ROM mai mare, atunci în acest caz va fi suficient doar să selectați un alt microcontroler care are o capacitate ROM crescută. Deoarece cipul actualizat dacă este necesar, posibilitatea de a înlocui complet pe cele vechi, puteți adăuga cu ușurință noi caracteristici pentru echipamente sau pentru a crește performanța globală printr-o deconectare convențională chips-uri deja învechite și în continuare înlocuirea acestora cu echipamente noi.

ACCESS.bus

Datorită faptului că anvelopa are o natură cu două fire de, și capacitatea de a programa abordarea ACCESS.bus pentru una dintre platformele cele mai ideale este exact interfata I2C. Caiet de sarcini (descriere în limba rusă este prezentată în articol), acest aparat o alternativa mult mai ieftin face să utilizeze în mod activ mai devreme de interfață RS-232C pentru conectarea diverselor periferice la calculatoare folosind un standard utilizează un conector cu patru.

Introducere în specificație

Pentru aplicațiile moderne de control pe 8 biți care utilizează microcontrolere, este posibil să se instaleze anumite criterii de proiectare:

• Sistemul complet, în majoritatea cazurilor, include un microcontroler și altele periferice, inclusiv memorie și toate tipurile de porturi I / O;
• Costul total al combinării diferitelor dispozitive într-un sistem ar trebui redus la minimum;
• sistemul pentru care sunt încredințate funcțiile de gestionare nu necesită transferul de informații de mare viteză;
• eficiența globală depinde în mod direct de echipamentul ales, precum și de natura autobuzului de conectare.

Pentru a dezvolta un sistem care să îndeplinească pe deplin criteriile enumerate mai sus, trebuie să utilizați o magistrală în care va fi utilizată interfața serială I2C. În ciuda faptului că magistrala serială nu are lărgime de bandă paralelă, are nevoie de mai puține conexiuni, precum și mai puține contacte cu cipuri. În același timp, nu uitați că autobuzul include nu numai fire de conectare, ci și diverse proceduri și formate necesare pentru a asigura comunicarea în cadrul sistemului.

Dispozitivele de comunicație care folosesc emulația software-ului de interfață I2C sau o magistrală corespunzătoare trebuie să aibă un protocol specific care să prevină diferite coliziuni, pierderi sau blocări ale informațiilor. Dispozitivele rapide ar trebui să poată comunica cu cele lent, iar sistemul nu ar trebui să depindă de echipamentele conectate la acesta, deoarece altfel nu pot fi utilizate toate îmbunătățirile și modificările. De asemenea, este necesar să se dezvolte o procedură prin care să se determine cu adevărat ce dispozitiv gestionează în prezent autobuzul și în ce moment. În plus, dacă sunt conectate la aceeași magistrală diferite dispozitive cu frecvențe diferite de ceas, trebuie să determinați sursa sincronizării. Toate aceste criterii corespund interfeței I2C pentru AVR și oricăror altele din această listă.

Conceptul de bază

Circuitul I2C poate suporta orice tehnologie microprocesor în uz. Interfață I2C LabVIEW și similar, implică utilizarea a două linii pentru transferul de informații - și de sincronizare a datelor. Orice dispozitiv conectat, astfel detectată datorită unei adrese unice, indiferent dacă acesta este un tampon LCD, tastatura microcontroler, memorie sau interfață, și, astfel, poate funcționa ca transmițător sau receptor, în funcție de scopul pentru care în mod specific acest echipament este destinat.

În majoritatea cazurilor, tamponul LCD este un receptor standard, iar memoria nu poate primi numai, ci și transmite diverse date. Printre altele, în procesul de mișcare a informațiilor, instrumentele pot fi clasificate ca sclavi și gazde.

În acest caz, comandantul este numit dispozitiv, care inițiază transferul de date și generează, de asemenea, semnale de sincronizare. În același timp, orice dispozitive adresabile vor fi considerate sclavi.

Interfața de comunicație I2C asigură prezența mai multor conducători, adică mai mult de un dispozitiv capabil să controleze magistrala, este capabil să se conecteze la ea. Posibilitatea de a utiliza mai mult de un microcontroler într-o singură magistrală înseamnă că mai mult de un master poate fi trimis la un moment dat. Pentru a elimina haosul potențial, care riscă să apară în cazul unei astfel de situații, se dezvoltă o procedură de arbitraj specializată, care utilizează interfața I2C. Extensoarele și alte dispozitive asigură conectarea dispozitivelor la magistrala prin așa-numita regulă de instalare I.

Generarea semnalului de sincronizare este o datorie de master, și fiecare își generează propriul semnal în timpul transferului de date, și în plus se poate schimba numai în cazul în care acesta „trage“ sclavul lent sau un alt maestru, atunci când are loc o coliziune.

Setări generale

Atât SCL cât și SDA sunt linii bidirecționale care sunt conectate la o sursă de putere pozitivă utilizând o rezistență de tracțiune. Când anvelopa este complet liberă, fiecare linie este în poziție înaltă. Etapele de ieșire ale dispozitivelor care sunt conectate la magistrala trebuie să aibă o funcție de golire deschis sau colector deschis, care ar putea fi furnizate prin montarea informațiilor de interfață IM I2C pot fi transmise la o rată de nu mai mult de 400 kbit / s în modul rapid, în timp ce în viteza standard, nu depășește 100 kbit / s. Numărul total de dispozitive care pot fi conectate simultan la magistrala depinde doar de un singur parametru. Aceasta este capacitatea liniei, care nu este mai mare de 400 pF.

confirmare

Confirmarea este o procedură obligatorie în procesul de transfer de date. Master-ul generează un impuls de sincronizare corespunzător, în timp ce transmițătorul eliberează linia SDA în timpul acestui ceas ca confirmare. După aceasta, receptorul trebuie să asigure o fixare stabilă a liniei SDA în timpul unei stări înalte a ceasului într-o stare stabilă scăzută. În acest caz, trebuie să țineți cont întotdeauna de timpul instalării și de reținere.

În majoritatea cazurilor predominante, receptorul adresat trebuie să genereze în mod necesar o confirmare după fiecare octet primit și singura excepție este acele situații în care începutul pachetului include adresa CBUS.

În cazul în care receptorul secundar nu este posibil să se trimită o confirmare a propriei adrese, este necesar să părăsească linia de date într-o stare de mare, iar apoi facilitatorul va semnala posibilitatea de a emite „stop“, care va întrerupe trimiterea tuturor informațiilor. În cazul în care adresa a fost verificată, dar nu poate fi condus pentru o lungă perioadă de timp mai accepta orice date care au condus, de asemenea, ar trebui să fie întreruptă prin trimiterea. Pentru a face acest lucru, sclavul nu confirmă următorul octet primit și doar părăsește linia de date de mare, astfel încât comandantul generează un semnal de „Stop“.

Dacă în procedura de transfer este furnizat un master-receptor, atunci în acest caz el trebuie să informeze sclavul despre sfârșitul transmisiei, iar acest lucru se face prin faptul că nu se confirmă ultimul octet primit. În același timp, transmițătorul slave eliberează imediat linia de date astfel încât comandantul să poată da semnalul "Stop" sau să repete din nou semnalul "Start".

Pentru a testa performanța echipamentului, puteți încerca să introduceți exemple standard de schițe pentru interfața I2C din Arduino, ca în fotografia de mai sus.

arbitraj

Gazda poate începe să trimită informații numai după ce autobuzul este complet eliberat, dar doi sau mai mulți șoferi pot genera un semnal de pornire în momentul reținerii minime. Acest lucru duce în cele din urmă la un anumit semnal "Start" pe autobuz.

Lucrarea de arbitraj se desfășoară pe magistrala SDA în momentul în care magistrala SCL este în stare ridicată. Dacă unul dintre comandanți începe să transmită liniei de date la un nivel scăzut, dar celălalt este mare, acesta din urmă se deconectează complet, deoarece starea SDL nu corespunde stării ridicate a liniei sale interne.

Arbitrajul poate fi continuat pentru mai mulți biți. Datorită faptului că primele adrese sunt transmise și apoi date, arbitraj poate avea o durată până la sfârșitul adresei, și în cazul în care vor fi abordate de către conducerea același dispozitiv, în acest caz, va lua parte și diverse date în arbitraj. Datorită acestei scheme de arbitraj, în cazul apariției unor coliziuni, datele nu vor fi pierdute.

Dacă gazda pierde arbitrajul, atunci în acest caz poate emite impulsuri de sincronizare în SCL până la sfârșitul byte-ului, în timpul căruia accesul a fost pierdut.