Rozhraní I2C: popis v ruštině

V moderních domácích spotřebičích, průmyslové elektronice a různých telekomunikačních zařízeních často najdete podobné řešení, i když produkty mohou být prakticky nesouvisející. Například téměř každý systém obsahuje následující:

• určitý "inteligentní" řídicí uzel, který ve většině případů je mikropočítač s jedním čipem;
• uzly obecného účelu, jako jsou LCD vyrovnávací paměti, paměť RAM, I / O porty, EPROM nebo speciální převodníky dat;
• specifické uzly, včetně schémat pro digitální nastavení a zpracování signálů pro video a rádiové systémy.

Jak optimalizovat jejich aplikaci?

Aby bylo zajištěno co nejefektivnější využití těchto obecných řešení pro návrháře dávek a samotnými producenty, jakož i ke zvýšení celkové úrovně výkonnosti různých přístrojů a zjednodušování obvodových uzlů používaných společnost Philips vyrazil vyvinout velmi jednoduchý dvouvodičového obousměrný autobus, který poskytuje nejproduktivnější kontrolu mezhmikroskhemnoe. Tato sběrnice poskytuje přenos dat prostřednictvím rozhraní I2C.

Dosavadní rozsah tohoto výrobce zahrnuje více než 150 CMOS, stejně jako bipolární zařízení, která jsou kompatibilní s I2C a jsou určena pro práci v kterékoli z uvedených kategorií. Mělo by být poznamenáno, že rozhraní I2C je zpočátku zabudováno do všech kompatibilních zařízení, díky čemuž mohou bez potíží udržovat v kontaktu navzájem při používání speciální sběrnice. Vzhledem k použití takového konstrukčního řešení bylo možné vyřešit dostatečně velký počet problémů s propojením různých zařízení, což je typické pro vývoj digitálních systémů.

Hlavní výhody

Dokonce i když se podíváte krátce popis rozhraní UART, SPI, I2C, můžeme rozlišovat následující výhody:

• Chcete-li pracovat, potřebujete pouze dva řádky - synchronizaci a data. Každé zařízení, které se k takovému sběrnici připojuje, může být v budoucnu naprogramováno tak, aby odpovídalo zcela jedinečné adrese. K dispozici je vždy jednoduchý vztah, který dovoluje, aby Master pracoval jako hlavní vysílač nebo hlavní přijímač.
• Tato sběrnice umožňuje schopnost mít několik vedoucích současně, poskytuje všechny potřebné prostředky pro určení kolizí, stejně jako rozhodování, které umožňuje zabránit poškození dat v případě, že dva nebo více vedoucích osob začnou současně vysílat informace. Ve standardním režimu se vysílají pouze sériová osmibitová data rychlostí nepřesahující 100 kbit / s a ​​v rychlém režimu lze tento prah zvýšit čtyřnásobně.
• Čipy používají speciální vestavěný filtr, který účinně potlačuje výbuchy a zajišťuje maximální integritu dat.
• Maximální možný počet čipů, které lze připojit k jedné sběrnici, je omezen pouze maximální kapacitou 400 pF.

Výhody pro konstruktéry

Rozhraní I2C, stejně jako všechny kompatibilní mikroobvody, významně urychluje vývojový proces od funkčního diagramu až po jeho konečný prototyp. Je třeba poznamenat, že kvůli možnosti připojení těchto čipů přímo na sběrnici bez použití všech možných dodatečných obvodů je prostor pro další modernizaci a modifikaci prototypového systému odpojením a připojením různých zařízení ze sběrnice.

Existuje mnoho výhod, které rozlišují rozhraní I2C. Popis zejména vám umožňuje pro konstruktéry tyto výhody:

• Blokuje se funkční schéma plně odpovídají mikroobvody, a tak poskytuje poměrně rychlý přechod z funkčního na základní.
• Není třeba rozvíjet sběrnicová rozhraní, protože sběrnice je již integrována do speciálních čipů.
• Integrované protokoly pro přenos informací a adresovacích zařízení umožňují plně programovatelný systém.
• Stejné typy čipů lze v případě potřeby použít i v zcela odlišných aplikacích.
• Celková doba vývoje je výrazně snížena vzhledem k tomu, že návrháři se mohou rychle seznámit s nejčastěji používanými funkčními bloky a všemi druhy mikroobvodů.
• Pokud je to potřeba, můžete ze systému přidat nebo odstranit čipy a současně nemají velký vliv na další zařízení připojená ke stejné sběrnici.
• Celkový čas potřebný pro vývoj software může být výrazně zkrácena vzhledem k tomu, že je povoleno používat knihovnu opakovaně použitelných softwarových modulů.

Mimo jiné je třeba poznamenat mimořádně jednoduchý postup pro diagnostiku poruch a další ladění, což je odlišné rozhraní I2C. Popis ukazuje, že je-li to nezbytné, je možné bez jakýchkoli potíží okamžitě sledovat i menší odchylky v provozu takového zařízení, a proto přijmout vhodná opatření. Je také třeba poznamenat, že návrháři obdrží speciální řešení, která jsou zejména atraktivní pro různá přenosná zařízení a systémy, které poskytují energii z baterie, s využitím rozhraní I2C. Popis v ruštině také naznačuje, že jeho použití umožňuje poskytnout následující důležité výhody:

• Dostatečně vysoký stupeň odolnosti proti jakémukoli vznikajícímu rušení.
• Extrémně nízká spotřeba energie.
• Široký rozsah napájecího napětí.
• Široký rozsah teplot.

Výhody pro technologové

Stojí za zmínku, že nejen návrháři, ale i technologové docela často nedávno začali používat specializované rozhraní I2C. Popis v ruštině naznačuje poměrně širokou škálu zásluh, které jsou poskytovány této kategorii odborníků:

• Standardní dvouvodičové sériové sběrnice s rozhraním pomáhá minimalizovat propojení mezi čipy, to znamená, že prezentovat menší kontakt a vyžaduje méně skladeb, takže desky s plošnými spoji nejsou tak drahé a mají mnohem menší velikost.
• Plně integrovaný I2C rozhraní LCD1602 nebo nějaká jiná možnost zcela eliminuje potřebu použití dekodérů adres, stejně jako jiné externí jemné logiky.
• Předpokládá se, že na jedné sběrnici je současně použito několik vedení, což výrazně urychluje testování a následnou konfiguraci zařízení, protože sběrnice může být připojena k počítači montážní linky.
• Dostupnost rozhraní kompatibilních s tímto rozhraním ve VSO, SO a specializovaném balíčku DIL umožňuje výrazně snížit požadavky na velikost zařízení.

Jedná se o krátký seznam výhod, které odlišují rozhraní I2C rozhraní LCD1602 a dalších. Kromě toho vám kompatibilní čipy umožňují výrazně zvýšit flexibilitu používaného systému a poskytují extrémně jednoduchý návrh různých možností zařízení, stejně jako poměrně snadné upgrady, které dále podporují vývoj na moderní úrovni. Je tedy možné rozvinout celou rodinu různých zařízení, přičemž základem je určitý základní model.

Další modernizace zařízení a rozšíření jeho funkce může být provedena pomocí standardní připojení na sběrnici, odpovídající čipu pomocí 2C rozhraní Arduino nebo jiného dostupného inventáře. Pokud potřebujete poskytnout větší ROM, pak bude v tomto případě stačit pouze vybrat jiný mikrokontrolér, který má zvýšenou kapacitu ROM. Vzhledem k tomu, aktualizované čipu v případě potřeby schopen zcela nahradit ty staré, můžete snadno přidávat nové funkce zařízení nebo zvýšit jeho celkový výkon běžným odpojení již zastaralé čipy a dále jejich nahrazení novější zařízení.

ACCESS.bus

Vzhledem k tomu, že pneumatika má dvouvodičového povahu, a schopnost programovat řešení ACCESS.bus pro jeden z nejvíce ideální platformy je právě I2C rozhraní. Specifikace (popis v ruštině je uveden v tomto článku), tento přístroj dělá to mnohem levnější alternativa k aktivně využívat starší RS-232C rozhraní pro připojení různých periferií k počítačům s použitím standardního používá čtyři-konektor.

Úvod do specifikace

U moderních 8bitových řídicích aplikací, které používají mikrokontroléry, je možné nainstalovat některé konstrukční kritéria:

• Celý systém ve většině případů obsahuje jeden mikrokontrolér a další periferní zařízení, včetně paměti a všech druhů I / O portů;
• Celkové náklady na kombinování různých zařízení v rámci jednoho systému by měly být minimalizovány;
• systém, pro který jsou svěřeny řídící funkce, nevyžaduje poskytování vysokorychlostního přenosu informací;
• celková účinnost je přímo závislá na zvoleném zařízení a na povaze připojovací sběrnice.

Chcete-li vytvořit systém, který plně splňuje výše uvedená kritéria, musíte použít sběrnici, ve které bude použito sériové rozhraní I2C. Navzdory skutečnosti, že sériová sběrnice nemá paralelní šířku pásma, potřebuje méně připojení, stejně jako méně kontaktů s čipy. Zároveň nezapomeňte, že sběrnice zahrnuje nejen připojovací kabely, ale také různé postupy a formáty potřebné k zajištění komunikace uvnitř systému.

Zařízení pro komunikaci pomocí softwarové emulace rozhraní I2C nebo odpovídající sběrnice musí mít specifický protokol, který může zabránit různým kolizím, ztrátě nebo blokování informací. Rychlé zařízení by měly být schopné komunikovat s pomalými a systém by neměl záviset na připojeném zařízení, protože jinak nelze použít všechny vylepšení a úpravy. Je také nutné vyvinout postup, pomocí něhož lze skutečně určit, které zařízení aktuálně řídí sběrnici a kdy. Kromě toho, pokud jsou k téže sběrnici připojena různá zařízení s různými hodinovými frekvencemi, musíte určit zdroj synchronizace. Všechna tato kritéria odpovídají rozhraní I2C pro AVR a všechny ostatní z tohoto seznamu.

Základní pojetí

Sběrnice I2C může podporovat libovolnou mikroprocesorovou technologii. Rozhraní I2C LabVIEW a podobné to vyžadovat použití dvou linek pro přenos informací - a synchronizaci dat. Každé zařízení připojeno tak detekovány díky unikátní adresu, bez ohledu na to, zda se jedná o LCD pufr, mikrokontrolér, paměti nebo rozhraní klávesnice, a tak mohou fungovat jako vysílač nebo přijímač, v závislosti na účelu, pro který se specificky toto zařízení je určeno.

Ve většině případů je vyrovnávací paměť LCD standardním přijímačem a paměť nejen přijímá, ale také přenáší různá data. Mimo jiné jsou v procesu pohybu informací nástroje klasifikovány jako otroci a hostitelé.

V tomto případě se master nazývá zařízení, které iniciuje přenos dat a také generuje synchronizační signály. Současně se za ně považují jakákoli adresovatelná zařízení.

Komunikační rozhraní I2C zajišťuje přítomnost několika předních, tedy více než jednoho zařízení, které je schopné řídit sběrnici. Možnost použití více než jednoho mikrokontroléru v jedné sběrnici znamená, že v určitém čase může být odesláno více než jeden master. K odstranění potenciálního chaosu, kterému hrozí riziko v případě takové situace, je vyvinuta specializovaná arbitrážní procedura, která využívá rozhraní I2C. Rozšíření a další zařízení zajišťují připojení zařízení k sběrnici takzvaným pravidlem instalace I.

Generování časovacího signálu je povinností pána a každý vytváří svůj vlastní signál během přenosu dat, a dále se může změnit pouze v případě, že „táhne“ k pomalému otrok nebo jiného pána, když dojde ke kolizi.

Obecná nastavení

Jako SCL, SDA a jsou obousměrné vedení, které jsou připojeny ke kladnému napájecímu zdroji pomocí PullUp. Když je pneumatika zcela volná, každý řádek je ve vysoké poloze. Výstupní fáze zařízení, které jsou připojeny na sběrnici musí mít funkci open-mozků nebo otevřeným kolektorem, které by mohly být poskytovány prostřednictvím montážního informací rozhraní IM I2C může být vysílán rychlostí nejvýše 400 kbit / s v rychlém režimu, zatímco ve standardní rychlosti nepřesahuje 100 kbit / s. Celkový počet zařízení, která mohou být současně připojených ke sběrnici, záleží jen na jednom parametru. Toto je kapacita linky, která není větší než 400 pF.

Potvrzení

Potvrzení je povinným postupem v procesu přenosu dat. Master generuje odpovídající synchronizační impuls, zatímco vysílač uvolní linku SDA během tohoto času jako potvrzení. Poté musí přijímač zajistit stabilní držení linky SDA během vysokého stavu hodin ve stabilně nízkém stavu. V takovém případě musíte vždy vzít v úvahu dobu instalace a zadržení.

V převážné většině případů musí adresovaný příjemce nezbytně vygenerovat potvrzení po každém přijatém bajtu a jedinou výjimkou jsou situace, kdy začátek paketu obsahuje adresu CBUS.

V případě, že otrok přijímač není možné poslat potvrzení o vlastní adresu, je nutné ponechat datovou linku ve vysokém stavu, a pak moderátor bude signalizovat možnost vydávat „stop“, která bude přerušení zasílání veškerých informací. Pokud byla adresa ověřena, ale to nemůže být poháněn po dlouhou dobu již žádná data, která vedou by měly být rovněž přerušena vysláním přijmout. K tomu, otrok nepotvrdí další obdržené byte a právě opouští datové linky vysoko, takže master generuje signál „stop“.

Pokud je v procesu přenosu poskytnuto master-přijímač, pak musí v tom případě informovat otroka o konci přenosu a to je provedeno tak, že se nepotvrdí poslední přijatý bajt. Současně podřízený vysílač okamžitě uvolní datový řádek tak, aby mohl master vyslat signál "Stop" nebo znovu zopakovat signál "Start".

Chcete-li otestovat výkon zařízení, můžete se pokusit zadat standardní příklady skic pro rozhraní I2C v Arduino, as na výše uvedené fotografii.

Rozhodčí řízení

Hostitel může začít odesílat informace pouze po úplném uvolnění sběrnice, ale dva nebo více ovladačů může generovat počáteční signál v době minimální retence. To nakonec vede k určitému signálu "Start" na sběrnici.

Rozhodčí práce se provádí na sběrnici SDA v době, kdy je sběrnice SCL ve vysokém stavu. Pokud jeden z velitelů začne vysílat do datové linky nízkou úroveň, ale druhá je vysoká, druhá z nich se zcela odpojí, protože stav SDL neodpovídá vysokému stavu její vnitřní linky.

Arbitration může pokračovat několik bitů. Vzhledem k tomu, že první adresy jsou přenášeny a následně údaje, rozhodčí může mít délku až do konce adresy, a pokud se bude zabývat tím, že vede stejný přístroj, v tomto případě, se zúčastní i různá data v arbitráži. Kvůli této arbitráži dat systém neztratí v případě jakékoli kolize.

Pokud hostitel ztratí arbitráž, pak v tomto případě může vydávat synchronizační impulsy v SCL na konec bytu, během něhož byl přístup ztracen.