A modern háztartási gépekben, ipari elektronikában és különféle telekommunikációs berendezésekben gyakran találunk hasonló megoldásokat, bár a termékeknek gyakorlatilag nincs közük egymáshoz. Például szinte minden rendszer tartalmazza a következőket:
- egy bizonyos "okos" vezérlőegység, amely az esetek túlnyomó többségében egylapkás mikroszámítógép;
- általános célú alkatrészek, például LCD pufferek, RAM, I/O portok, EEPROM vagy dedikált adatátalakítók;
- specifikus alkatrészek, beleértve a digitális hangoló és jelfeldolgozó áramköröket video- és rádiórendszerekhez.
Hogyan lehet optimalizálni az alkalmazásukat?
A legtöbbet kihozni ezekből a közös megoldásokból a tervezők és gyártók javára, valamint javítani a különféle hardverek általános teljesítményét és egyszerűsíteni az alkalmazott áramköri komponenseket, a Philips a legegyszerűbb kétvezetékes kétirányú vezérlés kifejlesztését tűzte ki célul. busz, amely a legproduktívabb inter-chipet biztosítjaellenőrzés. Ez a busz adatátvitelt biztosít az I2C interfészen keresztül.
Ma a gyártó termékpalettája több mint 150 CMOS-t, valamint I2C-vel kompatibilis bipoláris eszközöket tartalmaz, amelyeket a felsorolt kategóriák bármelyikében való használatra terveztek. Megjegyzendő, hogy az I2C interfész kezdetben minden kompatibilis eszközbe be van építve, aminek köszönhetően egy speciális busz segítségével könnyedén tudnak kommunikálni egymással. Egy ilyen tervezési megoldásnak köszönhetően meglehetősen sok, a digitális rendszerek fejlesztésére jellemző interfész problémát sikerült megoldani.
Főbb előnyök
Még ha megnézi az UART, SPI, I2C interfészek rövid leírását is, az utóbbiak következő előnyeit emelheti ki:
- A munkához mindössze két sorra van szüksége – a szinkronizálásra és az adatokra. Bármely eszköz, amely egy ilyen buszra csatlakozik, programozottan megcímezhető egy teljesen egyedi címre. Bármikor létezik egy egyszerű kapcsolat, amely lehetővé teszi, hogy a mesterek mester-adóként vagy fő-vevőként működjenek.
- Ez a busz lehetőséget biztosít arra, hogy egyszerre több master legyen, biztosítva az összes szükséges eszközt az ütközések meghatározásához, valamint az adatsérülések megelőzése érdekében választott döntést abban az esetben, ha két vagy több master kezdi meg egyidejűleg az információ továbbítását. Normál módbancsak a soros 8 bites adatátvitelt biztosítják legfeljebb 100 kbps sebességgel, és gyors módban ez a küszöb négyszeresére növelhető.
- A chipek speciális beépített szűrőt használnak, amely hatékonyan elnyomja a túlfeszültségeket és biztosítja a maximális adatintegritást.
- Az egy buszra csatlakoztatható chipek maximális számát csak a maximálisan lehetséges 400 pF kapacitás korlátozza.
Előnyök a konstruktőrök számára
Az I2C interfész, valamint az összes kompatibilis chip jelentősen felgyorsíthatja a fejlesztési folyamatot, a funkcionális diagramtól a végső prototípusig. Ugyanakkor meg kell jegyezni, hogy mivel az ilyen mikroáramkörök közvetlenül a buszhoz csatlakoztathatók mindenféle további áramkör használata nélkül, hely biztosított a prototípus rendszer további korszerűsítésére és módosítására, különféle eszközök leválasztásával és csatlakoztatásával. busz.
Az I2C interfész számos előnye kiemelkedik. A leírás különösen a következő előnyöket engedi meglátni a kivitelezők számára:
- A funkcionális diagram blokkjai teljes mértékben megfelelnek a mikroáramköröknek, ugyanakkor meglehetősen gyors átmenetet biztosítunk a funkcionálisról az alapvetőre.
- Nincs szükség busz interfészek fejlesztésére, mert a busz már natívan integrálva van a dedikált chipekbe.
- Integrált kommunikációs protokollok ésAz eszközcímzés lehetővé teszi, hogy a rendszer teljesen szoftveresen definiálható legyen.
- Az azonos típusú mikroáramkörök, ha szükséges, teljesen más alkalmazásokban is használhatók.
- A teljes fejlesztési idő jelentősen lecsökken, mivel a tervezők gyorsan megismerkedhetnek a leggyakrabban használt funkcionális blokkokkal, valamint a különféle mikroáramkörökkel.
- Ha szükséges, chipeket is hozzáadhat vagy eltávolíthat a rendszerből, és ezzel egyidejűleg nincs nagy hatása az ugyanarra a buszra csatlakoztatott többi berendezésre.
- A teljes szoftverfejlesztési idő jelentősen csökkenthető az újrafelhasználható szoftvermodulok könyvtárának engedélyezésével.
Egyebek mellett érdemes megjegyezni az I2C interfészt megkülönböztető rendkívül egyszerű eljárást a bekövetkezett hibák diagnosztizálására és a további hibakeresésre. A leírás azt sugallja, hogy szükség esetén az ilyen berendezések működésének kisebb eltérései is azonnal, minden nehézség nélkül nyomon követhetők, és ennek megfelelően megfelelő intézkedések megtehetők. Érdemes megjegyezni azt is, hogy a tervezők speciális megoldásokat kapnak, amelyek különösen vonzóak a különféle hordozható berendezések és rendszerek számára, amelyek az I2C interfész segítségével akkumulátort biztosítanak. Az orosz nyelvű leírás azt is jelzi, hogy használata lehetővé teszi a következő fontos előnyök biztosítását:
- Eléggé magas fokú ellenállás bármilyen interferenciával szemben.
- Végülalacsony fogyasztás.
- A legszélesebb tápfeszültség tartomány.
- Széles hőmérsékleti tartomány.
Előnyök a technológusok számára
Érdemes megjegyezni, hogy a közelmúltban nemcsak a tervezők, hanem a technológusok is meglehetősen gyakran kezdtek speciális I2C interfészt használni. Az orosz nyelvű leírás az előnyök meglehetősen széles skáláját jelzi, amelyet ez a szakértői kategória nyújt:
- A szabványos kétvezetékes soros busz ezzel az interfésszel minimalizálja az IC-k közötti összeköttetéseket, ami azt jelenti, hogy kevesebb érintkezőre és kevesebb sávra van szükség, így a PCB-k olcsóbbak és sokkal kisebbek.
- A teljesen integrált LCD1602 I2C interfész vagy más opció teljesen kiküszöböli a címdekóderek és egyéb külső kis logikák szükségességét.
- Egy ilyen buszon egyszerre több master is használható, ami jelentősen felgyorsítja a tesztelést és az azt követő berendezések beállítását, hiszen a busz összeszerelősoros számítógéphez köthető.
- Az ezzel az interfésszel kompatibilis IC-k elérhetősége a VSO, SO és egyedi DIL csomagokban jelentősen csökkentheti az eszközméretre vonatkozó követelményeket.
Ez csak egy rövid lista az előnyökről, amelyek megkülönböztetik az LCD1602 I2C interfészét és másokat. Ezenkívül a kompatibilis chipek jelentősen növelhetik a használt rendszer rugalmasságát, biztosítvaa különféle felszerelési lehetőségek rendkívül egyszerű kialakítása, valamint viszonylag egyszerű frissítések a jelenlegi szinten történő fejlesztés további támogatásához. Így lehetőség van különböző berendezések egész családjának kifejlesztésére, egy bizonyos alapmodell alapján.
A berendezés további korszerűsítése és funkcióinak bővítése elvégezhető a megfelelő mikroáramkör buszához való szabványos csatlakozással az Arduino 2C interfész vagy a rendelkezésre álló listából bármely más segítségével. Ha nagyobb ROM-ra van szükség, akkor elegendő egy másik mikrokontroller kiválasztása megnövelt ROM-mal. Mivel a frissített chipek szükség esetén teljesen kicserélhetik a régieket, egyszerűen hozzáadhat új funkciókat a berendezéshez, vagy növelheti annak általános teljesítményét, ha egyszerűen leválasztja az elavult chipeket, majd lecseréli őket újabb berendezésekre.
ACCESS.bus
A busz kétvezetékes jellege, valamint a programcímzés lehetősége miatt az ACCESS.bus számára az egyik legideálisabb platform az I2C interfész. Ennek az eszköznek a specifikációja (az orosz nyelvű leírás a cikkben található) sokkal olcsóbb alternatívát kínál a korábban aktívan használt RS-232C interfészhez képest, amellyel különféle perifériákat csatlakoztathat számítógépekhez szabványos négytűs csatlakozóval.
A specifikáció bemutatása
Modern alkalmazásokhoz8 bites vezérlés, amely mikrokontrollereket használ, beállítható néhány tervezési kritérium:
- a teljes rendszer többnyire egy mikrovezérlőt és egyéb perifériákat tartalmaz, beleértve a memóriát és a különböző I/O portokat;
- a különböző eszközök egy rendszeren belüli kombinálásának teljes költségét a lehető legkisebbre kell csökkenteni;
- a funkciókat vezérlő rendszer nem biztosítja a nagy sebességű információátvitelt;
- A teljes hatékonyság közvetlenül függ a választott berendezéstől, valamint a csatlakozó busz jellegétől.
Olyan rendszer tervezéséhez, amely teljes mértékben megfelel a felsorolt kritériumoknak, olyan buszt kell használnia, amely az I2C soros interfészt használja. Bár a soros busz nem rendelkezik a párhuzamos busz sávszélességével, kevesebb csatlakozást és kevesebb chip érintkezőt igényel. Ugyanakkor ne felejtse el, hogy a busz nemcsak összekötő vezetékeket tartalmaz, hanem különféle eljárásokat és formátumokat is, amelyek a rendszeren belüli kommunikáció biztosításához szükségesek.
Az I2C interfész vagy a megfelelő busz szoftveres emulációjával kommunikáló eszközöknek rendelkezniük kell egy speciális protokollal, amely lehetővé teszi az ütközések, információvesztés vagy blokkolások különféle lehetőségeinek megelőzését. A gyors eszközöknek képesnek kell lenniük kommunikálni a lassúkkal, és a rendszer nem függhet attóla hozzá csatlakoztatott berendezésektől, mert ellenkező esetben nem lesz használható minden fejlesztés és módosítás. Szükséges továbbá egy olyan eljárás kidolgozása, amelynek segítségével reálisan megállapítható, hogy éppen melyik eszköz és milyen időpontban biztosít buszvezérlést. Ezenkívül, ha különböző órajel-frekvenciájú eszközök csatlakoznak ugyanahhoz a buszhoz, el kell döntenie a szinkronizálás forrását. Mindezen feltételeknek megfelel az I2C interfész az AVR-hez és a listából a többihez.
Fő koncepció
Az I2C busz bármilyen használt chiptechnológiát támogat. Az I2C LabVIEW interfész és a hozzá hasonlók két vonal használatát biztosítják az információátvitelhez - adatok és szinkronizálás. Az így csatlakoztatott eszközöket egyedi címe alapján ismeri fel, függetlenül attól, hogy LCD puffer, mikrokontroller, memória vagy billentyűzet interfész, és vevőként vagy adóként működhet, attól függően, hogy mire való.
Az esetek túlnyomó többségében az LCD puffer egy szabványos vevő, és a memória nem csak fogadni, hanem különféle adatokat is továbbít. Többek között az információmozgatás folyamata szerint az eszközöket szolga és mester kategóriába sorolhatjuk.
Ebben az esetben a master az az eszköz, amely az adatátvitelt kezdeményezi, és egyben generálja isszinkronizációs jelek. Ebben az esetben minden címezhető eszköz szolgaként fog működni vele kapcsolatban.
Az I2C kommunikációs interfész egyszerre több master jelenlétét biztosítja, vagyis több, a busz vezérlésére alkalmas eszköz is képes rá csatlakozni. Az egynél több mikrokontroller használatának lehetősége ugyanazon a buszon azt jelenti, hogy egynél több master is továbbítható egy adott időpontban. A lehetséges káosz kiküszöbölésére, amely egy ilyen helyzet kialakulásakor felmerülhet, egy speciális választottbírósági eljárást fejlesztettek ki, amely az I2C interfészt használja. A bővítők és egyéb eszközök biztosítják az eszközök csatlakoztatását a buszra az úgynevezett huzalozási szabály szerint.
Az órajel generálása a master feladata, és minden mester saját jelet generál az adatátvitel során, és ez csak később változhat, ha ütközéskor egy lassú slave vagy egy másik master "húzza"
Általános paraméterek
Mind az SCL, mind az SDA kétirányú vezetékek, amelyek felhúzó ellenállással csatlakoznak egy pozitív tápegységhez. Amikor a gumiabroncs teljesen szabad, minden vonal magas pozícióban van. A buszra csatlakoztatott eszközök kimeneti fokozatainak nyílt lefolyásúnak vagy nyílt kollektorosnak kell lenniük, hogy a vezetékes ÉS funkció biztosítva legyen. Az I2C interfészen keresztül az információ legfeljebb 400 kbps sebességgel továbbíthatógyors módban, míg a normál sebesség nem haladja meg a 100 kbps-t. A buszra egyidejűleg csatlakoztatható eszközök teljes száma csak egy paramétertől függ. Ez a vonalkapacitás, amely nem több, mint 400 pf.
Megerősítés
A megerősítés kötelező eljárás az adatátviteli folyamatban. A master generálja a megfelelő szinkronimpulzust, miközben az adó nyugtázásként felszabadítja az SDA vonalat a szinkronimpulzus alatt. Ezt követően a vevőnek gondoskodnia kell arról, hogy az SDA vonal stabilan tartsa az órajel magas állapotát stabil alacsony állapotban. Ebben az esetben feltétlenül vegye figyelembe a beállítási és tartási időt.
Az esetek túlnyomó többségében a címzett vevőnek minden egyes fogadott bájt után nyugtát kell generálnia, az egyetlen kivétel az, ha az átvitel kezdete CBUS-címet tartalmaz.
Ha a vevő-slave nem tudja elküldeni a saját címének megerősítését, akkor az adatsort magasan kell hagyni, és ekkor a master "Stop" jelzést tud adni, ami megszakítja a küldést. minden információ. Ha a cím megerősítésre került, de a slave hosszabb ideig nem tud több adatot fogadni, akkor a masternek is meg kell szakítania a küldést. Ehhez a slave nem nyugtázza a következő bájtot, és egyszerűen elhagyja a sortmagas, amitől a master stop jelet generál.
Ha az átviteli eljárás előírja a mester-vevő jelenlétét, akkor ebben az esetben tájékoztatnia kell a slave-t az átvitel végéről, és ez úgy történik, hogy nem veszi tudomásul az utoljára vett bájtot. Ebben az esetben a slave-adó azonnal feloldja az adatvonalat, hogy a master "Stop" jelet adhasson, vagy ismételje meg a "Start" jelet.
A berendezés működésének ellenőrzéséhez próbáljon meg szabványos vázlatpéldákat megadni az Arduino I2C interfészéhez, ahogy a fenti képen is látható.
Választottbíróság
A mesterek csak akkor kezdhetik el az információ küldését, ha a busz teljesen felszabadult, de két vagy több master generálhat indítójelet a minimális tartási idővel. Ez végül egy adott "Start" jelet eredményez a buszon.
A választottbírósági eljárás működik az SDA buszon, miközben az SCL busz magas. Ha az egyik master alacsony szintet kezd küldeni az adatvonalon, de ugyanakkor a másik magas, akkor az utóbbi teljesen lekapcsol róla, mert az SDL állapot nem felel meg a belső vonalának magas állapotának..
Az arbitrázs több biten keresztül is folytatódhat. Tekintettel arra, hogy először a cím kerül továbbításra, majd az adatok, a választottbíráskodás a cím végéig tarthat, és ha a mesterek címeznekugyanaz az eszköz, akkor különböző adatok is részt vesznek a választottbíráskodásban. Ennek a választottbírósági sémának köszönhetően nem vesznek el adatok, ha bármilyen ütközés történik.
Ha a master elveszíti az arbitrációt, akkor SCL-ben óraimpulzusokat bocsáthat ki a bájt végéig, ami alatt a hozzáférés elveszett.
