I2C интерфейс: описание на руски

В съвременните битови уреди, в индустриалната електроника и в различни телекомуникационни съоръжения, често можете да намерите подобни решения, въпреки че продуктите могат да бъдат практически несвързани. Например, почти всяка система включва следното:

• определен "интелигентен" контролен възел, който в по-голямата част от случаите е едночипов микрокомпютър;
• възли с общо предназначение, като LCD буфери, RAM, I / O портове, EPROM или специализирани преобразуватели на данни;
• специфични възли, включително схеми за цифрово регулиране и обработка на сигнали за видео и радиосистеми.

Как да оптимизираме приложението им?

За да се осигури най-ефективното използване на тези общи решения за дизайнерите на доходи и самите производители, както и да се повиши общото ниво на изпълнение на различни апарати и опростяване на веригата възли използвани, компанията Philips е заел с разработката една много проста двупроводна двупосочна шина, която осигурява най-продуктивните контрола mezhmikroskhemnoe. Този автобус осигурява трансфер на данни през I2C интерфейса.

Досега обхватът на този производител включва повече от 150 CMOS, както и биполярни устройства, които са съвместими с I2C и са предназначени да работят в някоя от изброените категории. Трябва да се отбележи, че интерфейсът I2C първоначално е вграден във всички съвместими устройства, поради което те могат без никакви затруднения да поддържат връзка помежду си, когато използват специална шина. Поради използването на такова решение за проектиране е било възможно да се реши достатъчно голям брой проблеми при взаимодействието на различни съоръжения, което е доста типично за развитието на цифровите системи.

Основни предимства

Дори да погледнете накратко описание на интерфейсите UART, SPI, I2C, можем да различим следните предимства на последното:

• За да работите, трябва само два реда - синхронизация и данни. Всяко устройство, което се свързва с такава шина, в бъдеще може да бъде програмирано да адресира напълно уникален адрес. По всяко време има проста връзка, която позволява на капитана да работи като главен предавател или главен приемник.
• Този автобус осигурява способността да има няколко лидера едновременно, осигурявайки всички необходими средства за определяне на сблъсъците, както и арбитраж, който позволява предотвратяване на корупцията на данните в случай, че два или повече лидера започват едновременно предаване на информация. В стандартния режим се предават само серийни осем-битови данни със скорост не повече от 100 kbit / s, а в бърз режим този праг може да се увеличи четирикратно.
• Чиповете използват специален вграден филтър, който ефективно подтиска изблиците и осигурява максимална цялост на данните.
• Максималният възможен брой чипове, които могат да бъдат свързани към една шина, е ограничен само от максималната възможна мощност от 400 pF.

Предимства за дизайнерите

Интерфейсът I2C, както и всички съвместими микросхеми, значително ускоряват процеса на разработка от функционалната диаграма до последния си прототип. Трябва да се отбележи, че поради възможността за свързване на такива чипове директно към шината без използване на всички възможни допълнителни схеми, има възможност за по-нататъшна модернизация и модификация на прототипната система чрез разединяване и свързване на различни устройства от автобуса.

Има много предимства, които отличават I2C интерфейса. Описанието, по-специално, ви позволява да видите следните предимства за дизайнерите:

• Блокира върху функционална схема напълно съответстват на микросхеми и по този начин осигуряват сравнително бърз преход от функционален към фундаментален.
• Няма нужда да се развиват интерфейси на шината, тъй като автобусът вече е интегриран в специални чипове.
• Интегрираните протоколи за прехвърляне на информация и адресиране позволяват системата да бъде напълно програмируема.
• Същите типове чипове могат да се използват в напълно различни приложения, ако е необходимо.
• Общото време за разработка е значително намалено поради факта, че дизайнерите могат бързо да се запознаят с най-често използваните функционални блокове, както и с всички видове микросхеми.
• Ако желаете, можете да добавяте или премахвате чипове от системата и в същото време да нямате голямо влияние върху друго оборудване, свързано към една и съща шина.
• Общото време за разработка на софтуер може да бъде значително намалено, поради факта, че тук е разрешена библиотека от софтуерни модули за повторно използване.

Наред с други неща, си струва да се отбележи изключително простата процедура за диагностициране на повреди и по-нататъшно отстраняване на грешки, което е различен I2C интерфейс. Описанието показва, че ако е необходимо, е възможно без никакви затруднения незабавно да се наблюдават дори минимални отклонения в работата на такова оборудване и съответно да се вземат подходящи мерки. Заслужава да се отбележи, че дизайнерите получават специални решения, които по-специално са доста привлекателни за различни портативни устройства и системи, които осигуряват захранване от батерията, като използват I2C интерфейса. Описанието на руски също показва, че използването му дава възможност да се осигурят следните важни предимства:

• Доста висока степен на съпротивление срещу възникващите смущения.
• Изключително ниска консумация на енергия.
• Широк обхват на захранващото напрежение.
• Широк температурен диапазон.

Предимства за технолозите

Струва си да се отбележи, че не само дизайнерите, но и технолозите съвсем наскоро започнаха да използват специализиран I2C интерфейс. Описанието на руски език показва доста широка гама от заслуги, които се предоставят на тази категория специалисти:

• Стандартната двубукова серийна шина с този интерфейс позволява да се сведат до минимум връзките между микросхемите, т.е. те имат по-малко контакти и по-малко песни, така че печатните платки стават по-евтини и имат много по-малки размери.
• Напълно интегрираният I2C интерфейс LCD1602 или някакъв друг вариант напълно премахва необходимостта от използване на адресни декодери, както и друга външна фина логика.
• Предвижда се да се използват няколко водещи на такава шина едновременно, което значително ускорява тестването и последващата конфигурация на оборудването, тъй като автобусът може да бъде свързан към компютъра на монтажната линия.
• Наличието на интерфейси, съвместими с този интерфейс в VSO, SO и специализиран DIL пакет, позволява значително да се намалят изискванията за размера на устройството.

Това е само кратък списък от предимства, които отличават I2C интерфейса на LCD1602 и други. В допълнение, съвместимите чипове ви позволяват значително да увеличите гъвкавостта на използваната система, като осигурите изключително просто проектиране на различни опции за оборудване, както и сравнително лесни подобрения, за да подпомогнете развитието на съвременното ниво. По този начин е възможно да се развие цялото семейство на различно оборудване, като се използва като основа определен определен модел.

По-нататъшното модернизиране на оборудването и разширяването на функциите му може да се осъществи чрез стандартна връзка към шината на съответната микросистема, използвайки интерфейса Arduino 2C или друг наличен списък. Ако се нуждаете от предоставяне на по-голям ROM, тогава в този случай ще бъде достатъчно само да изберете друг микроконтролер с увеличен капацитет на ROM. Тъй като актуализираните чипове, ако е необходимо, могат напълно да заменят старите, можете лесно да добавите нови свойства към оборудването или да увеличите цялостната му производителност чрез обичайното изключване на остарелите чипове и тяхното по-нататъшно смяна с по-ново оборудване.

ACCESS.bus

Поради факта, че автобусът има двужилен характер, както и възможността за адресиране на програмата, за ACCESS.bus една от най-идеалните платформи е интерфейсът I2C. Спецификацията (описана на руски език е представена в статията) на това устройство го прави много по-евтина алтернатива на активно използвания интерфейс RS-232C за свързване на различни периферни устройства към компютри, използвайки стандартен четири-пинов конектор.

Въведение в спецификацията

За модерни 8-битови контролни приложения, които използват микроконтролери, е възможно да се инсталират някои проектни критерии:

• Цялата система в повечето случаи включва един микроконтролер и други периферни устройства, включително памет и всички видове I / O портове;
• Общите разходи за комбиниране на различни устройства в една система трябва да бъдат сведени до минимум;
• системата, за която са възложени управленски функции, не изисква предоставяне на високоскоростен обмен на информация;
• общата ефективност зависи пряко от избраното оборудване, както и от естеството на свързващата шина.

За да разработите система, която напълно отговаря на изброените по-горе критерии, трябва да използвате автобус, в който ще се използва серийният интерфейс I2C. Въпреки факта, че серийният автобус няма паралелен трафик, той се нуждае от по-малко връзки, както и от по-малко контакти с чипове. В същото време не забравяйте, че автобусът включва не само свързващи кабели, но и различни процедури и формати, необходими за осигуряване на комуникация в системата.

Устройствата за комуникация, използващи емулация на I2C интерфейс или съответна шина, трябва да имат специфичен протокол, който може да предотврати различни сблъсъци, загуби или блокиране на информация. Бързите устройства трябва да могат да комуникират с бавни и системата да не зависи от свързаното с тях оборудване, защото в противен случай не могат да се използват всички подобрения и модификации. Също така е необходимо да се разработи процедура, чрез която да се определи кое устройство в момента управлява автобуса и в кой момент. Освен това, ако към същата шина са свързани различни устройства с различни часовникови честоти, трябва да определите източника на синхронизирането. Всички тези критерии отговарят на I2C интерфейса за AVR и други от този списък.

Основна концепция

I2C шината може да поддържа всяка използвана микропроцесорна технология. Интерфейсът I2C LabVIEW и други, подобни на него, осигуряват използването на две линии за прехвърляне на информация - данни и синхронизация. Всяко устройство, свързано по този начин открива поради уникален адрес, независимо от това дали е LCD буфер, микроконтролер или памет интерфейс клавиатура, и по този начин може да действа като предавател или приемник, в зависимост от целта, за която специфично това оборудване е предназначено.

В повечето случаи LCD буферът е стандартен приемник и паметта не само получава, но и предава различни данни. Между другото, в процеса на преместване на информацията, инструментите могат да бъдат класифицирани като роби и домакини.

В този случай капитанът се нарича устройство, което инициира прехвърляне на данни, а също генерира сигнали за синхронизация. В същото време всички адресируеми устройства ще се считат за роби.

Комуникационният интерфейс I2C осигурява присъствието на няколко водещи, т.е. повече от едно устройство, което може да управлява автобуса, да може да се свърже с него. Възможността за използване на повече от един микроконтролер в една шина означава, че повече от един мастър може да бъде изпратен в определено време. За да се премахне потенциалният хаос, който рискува да се появи в случай на такава ситуация, се разработва специализирана арбитражна процедура, която използва I2C интерфейса. Разширителите и другите устройства осигуряват свързване на устройствата към шината с така нареченото правило за инсталация I.

Генериране на сигнала времето е задължение на капитана, и всеки си генерира сигнал по време на прехвърлянето на данни, а по-нататък може да се промени само в случай, че тя "дърпа" от бавното роба или друг господар, когато възникне сблъсък.

Общи настройки

И двата SCL и SDA са двупосочни линии, които са свързани към положителен източник на енергия, използвайки съпротивление при издърпване. Когато гумата е напълно свободна, всяка линия е във висока позиция. Етапите на изходни устройства, които са свързани към шината трябва да имат функция на открито източване или отворен колектор, който може да се осигури чрез монтаж на информацията за интерфейс IM I2C може да бъде предаден в размер на не повече от 400 Kbit / сек в бързо режим, а в стандартната скорост не надвишава 100 kbit / s. Общият брой на устройствата, които могат да бъдат свързани едновременно с шината, зависи само от един параметър. Това е капацитетът на линията, която не е по-голяма от 400 pF.

потвърждаване

Потвърждението е задължителна процедура в процеса на предаване на данни. Главният генератор генерира съответстващ синхронизиращ импулс, докато предавателят освобождава SDA линията по време на този часовник като потвърждение. След това приемникът трябва да осигури стабилно задържане на SDA линията по време на високо състояние на часовника в стабилно ниско състояние. В този случай винаги трябва да имате предвид времето на инсталиране и задържане.

В преобладаващото мнозинство от случаите адресатът трябва задължително да генерира потвърждение след всеки получен байт и единственото изключение тук са тези ситуации, при които стартирането на пакета включва адреса на CBUS.

Ако приемника с роби не е възможно да се изпраща потвърждение на собствения си адрес, е необходимо да напуснат тази линия във високо състояние, а след това водещият ще сигнализира възможността за издаване на "стоп", който ще прекъсне изпращането на цялата информация. Ако адресът е потвърден, но робът не може да взема повече данни за дълго време, парцелът също трябва да бъде прекъснат. За да направите това, подчиненото устройство не потвърждава следващия получен байт и просто оставя линията за данни във високо състояние, което кара капитана да генерира сигнал Стоп.

Ако процедурата по пренасочване, предвиждат майстор-приемник, в този случай, той трябва да уведоми края на предаването с роби провежда, и то не се потвърждава от последното получено байт. В този случай, предавател роб незабавно да освободи линията за данни, за да доведе може да доведе до сигнал "Стоп", или се повтаря сигнала отново "Старт".

За да проверите производителността на оборудването, можете да опитате да въведете стандартни примери на скици за I2C интерфейса в Arduino, както е показано на снимката по-горе.

арбитраж

Домакинът може да започне да изпраща информация само след като автобусът е напълно освободен, но два или повече драйвера могат да генерират стартов сигнал по време на минималното задържане. Това в крайна сметка води до известен сигнал "Старт" в автобуса.

Арбитражната работа се извършва на шина SDA по времето, когато автобусът SCL е в високо състояние. Ако един от капитаните започне да предава в линията за данни ниско ниво, но другият е висок, той напълно се изключва от него, тъй като състоянието на SDL не съответства на високото състояние на неговата вътрешна линия.

Арбитражът може да продължи за няколко бита. Поради факта, че първите адреси се предават и след това данните, арбитраж може да бъде с продължителност до края на адреса, както и дали тя ще бъде разгледан от водещи едно и също устройство, в този случай, ще вземе участие и различни данни в арбитража. Поради тази арбитражна схема, ако възникнат сблъсъци, данните няма да бъдат загубени.

Ако домакинът загуби арбитраж, тогава в този случай може да издаде импулси за синхронизация в SCL до края на байта, по време на който е изгубен достъпът.