En els electrodomèstics moderns, l'electrònica industrial i diversos equips de telecomunicacions, sovint es poden trobar solucions similars, tot i que els productes poden estar pràcticament no relacionats. Per exemple, gairebé tots els sistemes inclouen el següent:
- una determinada unitat de control "intel·ligent", que en la gran majoria dels casos és un microordinador d'un sol xip;
- components d'ús general com ara memòries intermèdies LCD, RAM, ports d'E/S, EEPROM o convertidors de dades dedicats;
- components específics, com ara circuits de sintonització digital i processament de senyal per a sistemes de vídeo i ràdio.
Com optimitzar la seva aplicació?
Per aprofitar al màxim aquestes solucions comunes en benefici de dissenyadors i fabricants, així com per millorar el rendiment general de diversos maquinari i simplificar els components de circuits aplicats, Philips es va proposar desenvolupar el sistema bidireccional de dos cables més senzill. bus que proporciona l'interxip més productiucontrol. Aquest bus proporciona transferència de dades mitjançant la interfície I2C.
Avui, la gamma de productes del fabricant inclou més de 150 CMOS, així com dispositius bipolars compatibles amb I2C i dissenyats per funcionar en qualsevol de les categories enumerades. Cal tenir en compte que la interfície I2C està integrada inicialment a tots els dispositius compatibles, de manera que es poden comunicar fàcilment entre ells mitjançant un bus especial. A causa de l'ús d'aquesta solució de disseny, va ser possible resoldre un nombre bastant gran de problemes d'interfície amb diversos equips, que és força típic per al desenvolupament de sistemes digitals.
Avantatges clau
Fins i tot si mireu una breu descripció de les interfícies UART, SPI, I2C, podeu destacar els següents avantatges d'aquestes últimes:
- Per funcionar, només necessites dues línies: sincronització i dades. Qualsevol dispositiu que es connecti a aquest bus es pot adreçar mitjançant programació a una adreça completament única. En un moment donat, hi ha una relació senzilla que permet als mestres actuar com a mestre-transmissor o mestre-receptor.
- Aquest bus ofereix la possibilitat de tenir diversos mestres alhora, proporcionant tots els mitjans necessaris per a la determinació de col·lisions, així com l'arbitratge per evitar la corrupció de dades en el cas que dos o més mestres comencin a transmetre informació simultàniament. En mode estàndardnomés es proporciona la transmissió de dades en sèrie de 8 bits a una velocitat de no més de 100 kbps, i en mode ràpid aquest llindar es pot augmentar quatre vegades.
- Els xips utilitzen un filtre especial integrat que suprimeix eficaçment les sobretensions i garanteix la màxima integritat de les dades.
- El nombre màxim possible de xips que es poden connectar a un bus només està limitat per la seva capacitat màxima possible de 400 pF.
Avantatges per als constructors
La interfície I2C, així com tots els xips compatibles, poden accelerar significativament el procés de desenvolupament, des d'un diagrama funcional fins al seu prototip final. Al mateix temps, cal assenyalar que, a causa de la possibilitat de connectar aquests microcircuits directament al bus sense utilitzar tot tipus de circuits addicionals, s'ofereix espai per a una major modernització i modificació del sistema prototip desconnectant i connectant diversos dispositius del sistema. autobús.
Hi ha molts avantatges que fan que la interfície I2C destaqui. La descripció, en particular, us permet veure els següents avantatges per als constructors:
- Els blocs del diagrama funcional corresponen completament a microcircuits i, al mateix temps, es proporciona una transició força ràpida de funcional a fonamental.
- No cal desenvolupar interfícies de bus perquè l'autobús ja està integrat de manera nativa en xips dedicats.
- Protocols de comunicació integrats iL'adreçament del dispositiu permet que el sistema estigui completament definit per programari.
- Els mateixos tipus de microcircuits, si cal, es poden utilitzar en aplicacions completament diferents.
- El temps total de desenvolupament es redueix significativament a causa del fet que els dissenyadors poden familiaritzar-se ràpidament amb els blocs funcionals més utilitzats, així com amb diversos microcircuits.
- Si ho desitgeu, podeu afegir o eliminar xips del sistema i, al mateix temps, no tenir gaire efecte en altres equips connectats al mateix bus.
- El temps total de desenvolupament de programari es pot reduir significativament permetent una biblioteca de mòduls de programari reutilitzables.
Entre altres coses, val la pena destacar el procediment extremadament senzill per diagnosticar errors que s'han produït i depuració posterior, que distingeix la interfície I2C. La descripció suggereix que, si cal, fins i tot les desviacions menors en el funcionament d'aquests equips es poden controlar instantàniament sense cap dificultat i, en conseqüència, es poden prendre les mesures adequades. També val la pena assenyalar que els dissenyadors obtenen solucions especials, que, en particular, són força atractives per a diversos equips i sistemes portàtils que proporcionen energia de la bateria mitjançant la interfície I2C. La descripció en rus també indica que el seu ús us permet oferir els següents avantatges importants:
- Grau de resistència prou alt a qualsevol interferència emergent.
- En definitivabaix consum d'energia.
- Interval de tensió d'alimentació més ampli.
- Ampli rang de temperatures.
Avantatges per als tecnòlegs
Val la pena assenyalar que recentment no només els dissenyadors, sinó també els tecnòlegs han començat a utilitzar una interfície I2C especialitzada amb força freqüència. La descripció en rus indica un ventall bastant ampli d'avantatges que ofereix aquesta categoria d'especialistes:
- Un bus sèrie estàndard de dos cables amb aquesta interfície minimitza les interconnexions entre els circuits integrats, el que significa que hi ha menys pins i menys pistes necessàries, fent que les PCB siguin menys cares i molt més petites.
- Una interfície I2C LCD1602 totalment integrada o alguna altra opció elimina completament la necessitat de descodificadors d'adreces i altres petites lògiques externes.
- És possible utilitzar diversos mestres en un autobús d'aquest tipus alhora, la qual cosa accelera significativament les proves i la configuració posterior de l'equip, ja que el bus es pot connectar a un ordinador de línia de muntatge.
- La disponibilitat de circuits integrats compatibles amb aquesta interfície en paquets VSO, SO i DIL personalitzats pot reduir significativament els requisits de mida del dispositiu.
Aquesta és només una breu llista d'avantatges que distingeixen la interfície I2C del LCD1602 i d' altres. A més, els xips compatibles poden augmentar significativament la flexibilitat del sistema utilitzat, proporcionantdisseny extremadament senzill de diverses opcions d'equip, així com actualitzacions relativament fàcils per donar suport al desenvolupament al nivell actual. Així, és possible desenvolupar tota una família d'equips diferents, utilitzant com a base un determinat model bàsic.
La modernització dels equips i l'ampliació de les seves funcions es poden dur a terme mitjançant una connexió estàndard al bus del microcircuit corresponent mitjançant la interfície Arduino 2C o qualsevol altra de la llista disponible. Si es requereix una ROM més gran, només n'hi haurà prou amb seleccionar un altre microcontrolador amb una ROM més gran. Com que els xips actualitzats poden substituir completament els antics si cal, podeu afegir noves funcions a l'equip o augmentar-ne el rendiment general simplement desconnectant els xips obsolets i substituint-los per equips més nous.
ACCESS.bus
Degut al fet que el bus té una naturalesa de dos cables, així com a la possibilitat d'adreçament de programa, una de les plataformes més ideals per a ACCESS.bus és la interfície I2C. L'especificació (la descripció en rus es presenta a l'article) d'aquest dispositiu el converteix en una alternativa molt més econòmica a la interfície RS-232C utilitzada de manera activa per connectar diversos perifèrics a ordinadors mitjançant un connector estàndard de quatre pins.
Introducció de l'especificació
Per a aplicacions modernesControl de 8 bits, que utilitza microcontroladors, és possible establir alguns criteris de disseny:
- El sistema complet inclou principalment un microcontrolador i altres perifèrics, inclosa memòria i diversos ports d'E/S;
- cost total de combinar diferents dispositius dins d'un sistema s'ha de reduir al màxim possible;
- el sistema que controla les funcions no preveu la necessitat de proporcionar una transferència d'informació d' alta velocitat;
- l'eficiència total depèn directament de l'equip escollit, així com de la naturalesa de l'autobús de connexió.
Per dissenyar un sistema que compleixi completament els criteris enumerats, cal que utilitzeu un bus que utilitzi la interfície sèrie I2C. Tot i que el bus sèrie no té l'ample de banda del bus paral·lel, requereix menys connexions i menys pins de xip. Al mateix temps, no oblideu que el bus inclou no només cables de connexió, sinó també diversos procediments i formats necessaris per garantir la comunicació dins del sistema.
Els dispositius que es comuniquin mitjançant l'emulació de programari de la interfície I2C o el bus corresponent han de disposar d'un protocol específic que permeti prevenir diverses possibilitats de col·lisions, pèrdua o bloqueig d'informació. Els dispositius ràpids haurien de poder comunicar-se amb els lents, i el sistema no hauria de dependre dedes de l'equip connectat a aquest, ja que en cas contrari no es podran utilitzar totes les millores i modificacions. També cal desenvolupar un procediment amb l'ajuda del qual sigui realista per establir quin dispositiu en concret proporciona actualment el control de bus i en quin moment. A més, si diferents dispositius amb diferents freqüències de rellotge estan connectats al mateix bus, cal decidir la font de la seva sincronització. Tots aquests criteris els compleix la interfície I2C per a l'AVR i qualsevol altre d'aquesta llista.
Concepte principal
El bus I2C admet qualsevol tecnologia de xip utilitzada. La interfície I2C LabVIEW i altres similars ofereixen l'ús de dues línies per transferir informació: dades i sincronització. Qualsevol dispositiu connectat d'aquesta manera es reconeix per la seva adreça única, independentment de si es tracta d'un buffer LCD, microcontrolador, memòria o interfície de teclat, i pot actuar com a receptor o transmissor, segons per a què vagi destinat a aquest equip.
En la gran majoria dels casos, la memòria intermèdia LCD és un receptor estàndard i la memòria no només pot rebre, sinó també transmetre diverses dades. Entre altres coses, segons el procés de moviment d'informació, els dispositius es poden classificar com a esclaus i mestres.
En aquest cas, el mestre és el dispositiu que inicia la transferència de dades i també generasenyals de sincronització. En aquest cas, qualsevol dispositiu adreçable es considerarà esclau en relació amb aquest.
La interfície de comunicació I2C preveu la presència de diversos mestres alhora, és a dir, més d'un dispositiu capaç de controlar el bus és capaç de connectar-s'hi. La possibilitat d'utilitzar més d'un microcontrolador al mateix bus significa que es pot reenviar més d'un mestre en un moment donat. Per eliminar el possible caos que s'arrisca a aparèixer quan es produeix una situació així, s'ha desenvolupat un procediment d'arbitratge especialitzat que utilitza la interfície I2C. Els expansors i altres dispositius permeten connectar dispositius al bus d'acord amb l'anomenada regla de cablejat.
Generar el senyal de rellotge és responsabilitat del mestre, i cada mestre genera el seu propi senyal durant la transferència de dades, i només pot canviar més tard si és "estirat" per un esclau lent o un altre mestre quan es produeix una col·lisió..
Paràmetres generals
Tant SCL com SDA són línies bidireccionals que es connecten a una font d'alimentació positiva amb una resistència pull-up. Quan el pneumàtic està totalment lliure, cada línia es troba en una posició alta. Les etapes de sortida dels dispositius connectats al bus han de ser de drenatge obert o de col·lector obert perquè es pugui proporcionar la funció I cablejat. La informació a través de la interfície I2C es pot transmetre a una velocitat no superior a 400 kbps.mode ràpid, mentre que la velocitat estàndard no supera els 100 kbps. El nombre total de dispositius que es poden connectar simultàniament al bus depèn només d'un paràmetre. Aquesta és la capacitat de la línia, que no supera els 400 pf.
Confirmació
La confirmació és un procediment obligatori en el procés de transferència de dades. El mestre genera el pols de sincronització adequat mentre el transmissor allibera la línia SDA durant aquest pols de sincronització com a reconeixement. Després d'això, el receptor ha d'assegurar-se que la línia SDA es mantingui estable durant l'estat alt del rellotge en un estat baix estable. En aquest cas, assegureu-vos de tenir en compte els temps de configuració i de retenció.
En la gran majoria dels casos, és obligatori que el receptor adreçat generi un reconeixement després de cada byte rebut, amb l'única excepció quan l'inici de la transmissió inclou una adreça CBUS.
Si el receptor-esclau no té cap manera d'enviar la confirmació de la seva pròpia adreça, la línia de dades s'ha de deixar alta i, aleshores, el mestre podrà emetre un senyal "Stop", que interromprà l'enviament de tota la informació. Si l'adreça s'ha confirmat, però l'esclau no pot rebre més dades durant molt de temps, el mestre també ha d'interrompre l'enviament. Per fer-ho, l'esclau no reconeix el següent byte rebut i simplement abandona la línia alt, fent que el mestre generi un senyal d'aturada.
Si el procediment de transferència preveu la presència d'un mestre-receptor, en aquest cas ha d'informar l'esclau del final de la transmissió, i això es fa en no reconèixer l'últim byte rebut. En aquest cas, el transmissor esclau allibera immediatament la línia de dades perquè el mestre pugui emetre un senyal "Aturar" o repetir el senyal "Inici" de nou.
Per comprovar si l'equip funciona, podeu provar d'introduir exemples estàndard d'esbossos per a la interfície I2C a Arduino, com a la foto de d alt.
Arbitratge
Els mestres poden començar a enviar informació només quan l'autobús estigui completament lliure, però dos o més mestres poden generar un senyal d'inici amb el temps de retenció mínim. Finalment, això provoca un senyal específic d'"Inici" a l'autobús.
L'arbitratge funciona a l'autobús SDA mentre que l'autobús SCL és alt. Si un dels mestres comença a transmetre un nivell baix a la línia de dades, però al mateix temps l' altre és alt, aquest últim se'n desconnecta completament, perquè l'estat SDL no es correspon amb l'estat alt de la seva línia interna..
L'arbitratge pot continuar durant diversos bits. A causa del fet que primer es transmet l'adreça, i després les dades, l'arbitratge pot durar fins al final de l'adreça, i si els mestres s'adreçaranel mateix dispositiu, llavors diferents dades també participaran en l'arbitratge. A causa d'aquest esquema d'arbitratge, no es perdran dades si es produeix cap col·lisió.
Si el mestre perd l'arbitratge, pot emetre polsos de rellotge en SCL fins al final del byte, durant el qual es va perdre l'accés.
