Mūsdienu sadzīves tehnikā, industriālajā elektronikā un dažādās telekomunikāciju iekārtās bieži var atrast līdzīgus risinājumus, lai gan produkti var būt praktiski nesaistīti. Piemēram, gandrīz katrā sistēmā ir iekļauts:
- noteiktu "gudru" vadības bloku, kas vairumā gadījumu ir vienas mikroshēmas mikrodators;
- vispārēja lietojuma komponenti, piemēram, LCD buferi, RAM, I/O porti, EEPROM vai īpašie datu pārveidotāji;
- specifiski komponenti, tostarp digitālās noskaņošanas un signālu apstrādes shēmas video un radio sistēmām.
Kā optimizēt to lietojumprogrammu?
Lai maksimāli izmantotu šos izplatītos risinājumus dizaineru un ražotāju labā, kā arī uzlabotu dažādas aparatūras vispārējo veiktspēju un vienkāršotu izmantotās shēmas komponentus, Philips nolēma izstrādāt vienkāršāko divu vadu divvirzienu sistēmu. autobuss, kas nodrošina visproduktīvāko mikroshēmukontrole. Šī kopne nodrošina datu pārsūtīšanu, izmantojot I2C saskarni.
Šodien ražotāja produktu klāstā ir vairāk nekā 150 CMOS, kā arī bipolāras ierīces, kas ir saderīgas ar I2C un paredzētas darbam jebkurā no uzskaitītajām kategorijām. Jāpiebilst, ka I2C interfeiss sākotnēji ir iebūvēts visās saderīgajās ierīcēs, kā dēļ tās var viegli sazināties savā starpā, izmantojot īpašu kopni. Pateicoties šāda dizaina risinājuma izmantošanai, bija iespējams atrisināt diezgan lielu skaitu dažādu iekārtu saskarsmes problēmu, kas ir diezgan raksturīgi digitālo sistēmu attīstībai.
Galvenās priekšrocības
Pat ja aplūkojat īsu UART, SPI, I2C saskarņu aprakstu, varat izcelt šādas pēdējās priekšrocības:
- Lai strādātu, nepieciešamas tikai divas rindas – sinhronizācija un dati. Jebkura ierīce, kas pieslēdzas šādai kopnei, pēc tam var tikt programmatiski adresēta uz pilnīgi unikālu adresi. Jebkurā laikā pastāv vienkārša saikne, kas ļauj galvenajam raidītājam vai galvenajam uztvērējam darboties.
- Šī kopne nodrošina iespēju vienlaikus būt vairākiem meistariem, nodrošinot visus nepieciešamos līdzekļus sadursmju noteikšanai, kā arī arbitrāžu, lai novērstu datu bojājumus gadījumā, ja informāciju sāk pārraidīt divi vai vairāki maģistri vienlaicīgi. Standarta režīmātiek nodrošināta tikai seriālā 8 bitu datu pārraide ar ātrumu, kas nepārsniedz 100 kbps, un ātrajā režīmā šo slieksni var palielināt četras reizes.
- Mikroshēmās tiek izmantots īpašs iebūvēts filtrs, kas efektīvi nomāc pārspriegumus un nodrošina maksimālu datu integritāti.
- Maksimālo iespējamo mikroshēmu skaitu, ko var pieslēgt vienai kopnei, ierobežo tikai tā maksimālā iespējamā kapacitāte 400 pF.
Ieguvumi konstruktoriem
I2C saskarne, kā arī visas saderīgās mikroshēmas var ievērojami paātrināt izstrādes procesu, sākot no funkcionālās diagrammas līdz galīgajam prototipam. Vienlaikus jāņem vērā, ka, pateicoties iespējai šādas mikroshēmas pieslēgt tieši pie kopnes, neizmantojot visa veida papildu shēmas, tiek nodrošināta vieta turpmākai prototipa sistēmas modernizācijai un modificēšanai, atvienojot un pieslēdzot dažādas ierīces no kopnes. autobuss.
Ir daudzas priekšrocības, kas izceļ I2C saskarni. Jo īpaši apraksts ļauj redzēt šādas konstruktoru priekšrocības:
- Funkciju diagrammas bloki pilnībā atbilst mikroshēmām, un tajā pašā laikā tiek nodrošināta diezgan ātra pāreja no funkcionālā uz fundamentālo.
- Nav nepieciešamības izstrādāt kopnes saskarnes, jo kopne jau ir sākotnēji integrēta speciālajās mikroshēmās.
- Integrētie sakaru protokoli unierīces adresēšana ļauj sistēmu pilnībā definēt ar programmatūru.
- Tā paša veida mikroshēmas, ja nepieciešams, var izmantot pilnīgi citos lietojumos.
- Kopējais izstrādes laiks ir ievērojami samazināts, jo dizaineri var ātri iepazīties ar biežāk lietotajiem funkcionālajiem blokiem, kā arī dažādām mikroshēmām.
- Ja vēlaties, varat pievienot vai izņemt no sistēmas mikroshēmas, un tajā pašā laikā neietekmēt citu aprīkojumu, kas pievienots tai pašai kopnei.
- Kopējo programmatūras izstrādes laiku var ievērojami samazināt, atļaujot atkārtoti lietojamu programmatūras moduļu bibliotēku.
Cita starpā ir vērts atzīmēt ārkārtīgi vienkāršo notikušo kļūdu diagnosticēšanas un turpmākās atkļūdošanas procedūru, kas atšķir I2C saskarni. Aprakstā norādīts, ka nepieciešamības gadījumā pat nelielas novirzes šādu iekārtu darbībā var uzreiz bez grūtībām uzraudzīt un attiecīgi veikt atbilstošus pasākumus. Ir arī vērts atzīmēt, ka dizaineri iegūst īpašus risinājumus, kas jo īpaši ir diezgan pievilcīgi dažādām pārnēsājamām iekārtām un sistēmām, kas nodrošina akumulatora enerģiju, izmantojot I2C interfeisu. Aprakstā krievu valodā arī norādīts, ka tā izmantošana ļauj nodrošināt šādas svarīgas priekšrocības:
- Pietiekami augsta pretestības pakāpe pret jebkādiem jauniem traucējumiem.
- Galu galāzems enerģijas patēriņš.
- Plašākais barošanas sprieguma diapazons.
- Plašs temperatūras diapazons.
Ieguvumi tehnologiem
Ir vērts atzīmēt, ka ne tikai dizaineri, bet arī tehnologi pēdējā laikā diezgan bieži ir sākuši izmantot specializētu I2C interfeisu. Apraksts krievu valodā norāda uz diezgan plašu priekšrocību klāstu, ko sniedz šī speciālistu kategorija:
- Standarta divu vadu seriālā kopne ar šo interfeisu samazina starpsavienojumus starp IC, kas nozīmē, ka ir nepieciešams mazāk kontaktu un mazāk celiņu, padarot PCB lētākus un daudz mazākus.
- Pilnībā integrēts I2C interfeiss LCD1602 vai kāda cita iespēja pilnībā novērš nepieciešamību pēc adrešu dekodētājiem un citas ārējās mazās loģikas.
- Šādā kopnē ir iespējams vienlaikus izmantot vairākus masterus, kas ievērojami paātrina testēšanu un turpmāko iekārtu uzstādīšanu, jo kopni var savienot ar montāžas līnijas datoru.
- Ar šo saskarni saderīgu IC pieejamība VSO, SO un pielāgotajās DIL pakotnēs var ievērojami samazināt ierīces izmēra prasības.
Šis ir tikai īss priekšrocību saraksts, kas atšķir LCD1602 I2C interfeisu un citus. Turklāt saderīgas mikroshēmas var ievērojami palielināt izmantotās sistēmas elastību, nodrošinotārkārtīgi vienkāršs dažādu aprīkojuma variantu dizains, kā arī salīdzinoši vienkārši jauninājumi, lai turpmāk atbalstītu attīstību esošajā līmenī. Tādējādi ir iespējams izstrādāt veselu dažādu iekārtu saimi, par pamatu izmantojot noteiktu pamatmodeli.
Turpmāku aprīkojuma modernizāciju un tā funkciju paplašināšanu var veikt, izmantojot standarta savienojumu ar atbilstošās mikroshēmas kopni, izmantojot Arduino 2C interfeisu vai jebkuru citu no pieejamā saraksta. Ja nepieciešams lielāks ROM, tad pietiks tikai izvēlēties citu mikrokontrolleri ar palielinātu ROM. Tā kā atjauninātās mikroshēmas vajadzības gadījumā var pilnībā aizstāt vecās, varat vienkārši pievienot aprīkojumam jaunas funkcijas vai palielināt tā vispārējo veiktspēju, vienkārši atvienojot novecojušās mikroshēmas un pēc tam aizstājot tās ar jaunāku aprīkojumu.
ACCESS.bus
Sakarā ar to, ka kopnei ir divu vadu raksturs, kā arī programmas adresācijas iespēja, viena no ideālākajām ACCESS.bus platformām ir I2C interfeiss. Šīs ierīces specifikācija (apraksts krievu valodā ir sniegts rakstā) padara to par daudz lētāku alternatīvu iepriekš aktīvi izmantotajam RS-232C interfeisam dažādu perifērijas ierīču savienošanai ar datoriem, izmantojot standarta četru kontaktu savienotāju.
Specifikācijas ievads
Mūsdienu lietojumiem8 bitu vadība, kurā tiek izmantoti mikrokontrolleri, iespējams iestatīt dažus dizaina kritērijus:
- pilnīga sistēma pārsvarā ietver vienu mikrokontrolleri un citas perifērijas ierīces, ieskaitot atmiņu un dažādus I/O portus;
- kopējās izmaksas par dažādu ierīču apvienošanu vienā sistēmā ir pēc iespējas jāsamazina;
- funkcijas kontrolējošā sistēma neparedz nepieciešamību nodrošināt ātrgaitas informācijas pārraidi;
- kopējā efektivitāte ir tieši atkarīga no izvēlētā aprīkojuma, kā arī no savienojošās kopnes veida.
Lai izstrādātu sistēmu, kas pilnībā atbilst uzskaitītajiem kritērijiem, ir jāizmanto kopne, kas izmantos I2C seriālo interfeisu. Lai gan seriālajai kopnei nav paralēlās kopnes joslas platuma, tai ir nepieciešams mazāk savienojumu un mazāk mikroshēmu tapu. Tajā pašā laikā neaizmirstiet, ka kopnē ir iekļauti ne tikai savienojošie vadi, bet arī dažādas procedūras un formāti, kas nepieciešami komunikācijas nodrošināšanai sistēmā.
Ierīcēm, kas sazinās, izmantojot I2C interfeisa vai atbilstošās kopnes programmatūras emulāciju, jābūt noteiktam protokolam, kas ļauj novērst dažādas sadursmes, informācijas zuduma vai bloķēšanas iespējas. Ātrajām ierīcēm jāspēj sazināties ar lēnām, un sistēmai nevajadzētu būt atkarīgai nono tai pievienotā aprīkojuma, jo pretējā gadījumā visus uzlabojumus un modifikācijas nevarēs izmantot. Tāpat nepieciešams izstrādāt procedūru, ar kuras palīdzību ir reāli noteikt, kura konkrētā iekārta šobrīd nodrošina kopnes vadību un kurā brīdī. Turklāt, ja vienai un tai pašai kopnei ir pievienotas dažādas ierīces ar atšķirīgu pulksteņa frekvenci, jums ir jāizlemj par tās sinhronizācijas avotu. Visiem šiem kritērijiem atbilst I2C interfeiss AVR un jebkuram citam no šī saraksta.
Galvenā koncepcija
I2C kopne var atbalstīt jebkuru izmantoto mikroshēmu tehnoloģiju. I2C LabVIEW interfeiss un citi tam līdzīgi nodrošina divu līniju izmantošanu informācijas pārsūtīšanai - datu un sinhronizācijas. Jebkura šādā veidā pievienota ierīce tiek atpazīta pēc tās unikālās adreses, neatkarīgi no tā, vai tā ir LCD buferis, mikrokontrolleris, atmiņa vai tastatūras interfeiss, un var darboties kā uztvērējs vai raidītājs atkarībā no tā, kam tā ir paredzēta.paredzēts šim aprīkojumam.
Lielākajā daļā gadījumu LCD buferis ir standarta uztvērējs, un atmiņa var ne tikai uztvert, bet arī pārsūtīt dažādus datus. Cita starpā, atbilstoši informācijas pārvietošanas procesam, ierīces var klasificēt kā palīgierīces un galvenās ierīces.
Šajā gadījumā galvenā ierīce ir ierīce, kas iniciē datu pārsūtīšanu un arī ģenerēsinhronizācijas signāli. Šajā gadījumā visas adresējamās ierīces tiks uzskatītas par palīgierīcēm saistībā ar to.
I2C sakaru interfeiss nodrošina vairāku maģistrāļu klātbūtni vienlaikus, tas ir, ar to var pieslēgties vairāk nekā viena ierīce, kas spēj vadīt kopni. Iespēja izmantot vairāk nekā vienu mikrokontrolleru vienā kopnē nozīmē, ka jebkurā laikā var pārsūtīt vairāk nekā vienu galveno. Lai novērstu iespējamo haosu, kas var rasties šādas situācijas rašanās gadījumā, ir izstrādāta specializēta arbitrāžas procedūra, kas izmanto I2C saskarni. Paplašinātāji un citas ierīces nodrošina ierīču pievienošanu kopnei saskaņā ar tā saukto elektroinstalācijas noteikumu.
Par pulksteņa signāla ģenerēšanu ir atbildīgs galvenais, un katrs galvenais datu pārsūtīšanas laikā ģenerē savu signālu, un tas var mainīties tikai vēlāk, ja to "velk" lēns vergs vai cits galvenais sadursmes gadījumā.
Vispārīgie parametri
Gan SCL, gan SDA ir divvirzienu līnijas, kas savienojas ar pozitīvu barošanas avotu ar pievilkšanas rezistoru. Kad riepa ir pilnīgi brīva, katra līnija atrodas augstā pozīcijā. Kopnei pieslēgto ierīču izejas posmiem jābūt atvērtiem vai atvērtiem kolektoriem, lai varētu nodrošināt vadu UN funkciju Informācija caur I2C interfeisu var tikt pārraidīta ar ātrumu ne vairāk kā 400 kbpsātrais režīms, savukārt standarta ātrums nepārsniedz 100 kbps. Kopējais ierīču skaits, kuras vienlaikus var savienot ar kopni, ir atkarīgs tikai no viena parametra. Šī ir līnijas kapacitāte, kas nav lielāka par 400 pf.
Apstiprinājums
Apstiprināšana ir obligāta procedūra datu pārsūtīšanas procesā. Galvenais ģenerators ģenerē atbilstošo sinhronizācijas impulsu, kamēr raidītājs šī sinhronizācijas impulsa laikā atbrīvo SDA līniju kā apstiprinājumu. Pēc tam uztvērējam ir jānodrošina, lai SDA līnija tiktu noturēta stabila pulksteņa augstā stāvoklī stabili zemā stāvoklī. Šādā gadījumā noteikti ņemiet vērā iestatīšanas un aizturēšanas laiku.
Lielākajā daļā gadījumu adresētajam saņēmējam ir obligāti jāģenerē apstiprinājums pēc katra saņemtā baita, izņemot gadījumus, kad pārraides sākumā ir iekļauta CBUS adrese.
Ja uztvērējam-slavenim nav iespējas nosūtīt savas adreses apstiprinājumu, datu līnija jāatstāj augstu, un tad kapteinis varēs izdot "Stop" signālu, kas pārtrauks sūtīšanu. visa informācija. Ja adrese ir apstiprināta, bet slavens ilgāku laiku vairs nevar saņemt datus, arī kapteinim jāpārtrauc sūtīšana. Lai to izdarītu, vergs neapstiprina nākamo saņemto baitu un vienkārši atstāj rinduaugsts, liekot kapteinim ģenerēt apstāšanās signālu.
Ja pārsūtīšanas procedūra paredz galvenā uztvērēja klātbūtni, tad tai šajā gadījumā ir jāinformē vergs par pārraides beigām, un tas tiek darīts, neapstiprinot pēdējo saņemto baitu. Šādā gadījumā pakārtotais raidītājs nekavējoties atbrīvo datu līniju, lai kapteinis varētu izdot "Stop" signālu vai vēlreiz atkārtot "Start" signālu.
Lai pārbaudītu, vai aprīkojums darbojas, varat mēģināt ievadīt standarta skiču piemērus I2C saskarnei programmā Arduino, kā parādīts iepriekš esošajā fotoattēlā.
Šķīrējtiesa
Meistari var sākt sūtīt informāciju tikai pēc tam, kad kopne ir pilnībā brīva, bet divi vai vairāki meistari var ģenerēt sākuma signālu minimālajā aizturēšanas laikā. Tas galu galā rada īpašu "Start" signālu autobusā.
Šķīrējtiesa darbojas SDA kopnē, kamēr SCL kopne ir augsta. Ja viens no maģistriem datu līnijā sāk pārraidīt zemu līmeni, bet tajā pašā laikā otrs ir augsts, tad pēdējais tiek pilnībā atvienots no tā, jo SDL stāvoklis neatbilst tās iekšējās līnijas augstajam stāvoklim..
Arbitrāža var turpināties vairākos bitos. Sakarā ar to, ka vispirms tiek pārsūtīta adrese un pēc tam dati, šķīrējtiesa var ilgt līdz adreses beigām un, ja meistari adresēsviena un tā pati ierīce, tad šķīrējtiesā piedalīsies arī dažādi dati. Šīs šķīrējtiesas shēmas dēļ dati netiks zaudēti, ja notiks sadursme.
Ja meistars zaudē arbitrāžu, tas var izdot pulksteņa impulsus SCL līdz baita beigām, kura laikā tika zaudēta piekļuve.
