I2C (Inter-Integrated Circuit)

Определение I2C (Inter-Integrated Circuit)

I2C, что означает Inter-Integrated Circuit, — это широко используемый последовательный протокол связи, который позволяет нескольким устройствам общаться друг с другом с помощью двухпроводного интерфейса. Он часто используется для подключения низкоскоростных периферийных устройств к материнской плате, встроенным системам или микроконтроллерам.

I2C использует архитектуру «ведущий-ведомый», где одно устройство выступает в роли ведущего и инициирует связь, а другие устройства функционируют в качестве ведомых и отвечают на запросы ведущего. Протокол поддерживает многоведомые конфигурации, что позволяет нескольким устройствам подключаться к одной шине и обмениваться данными друг с другом.

Два основных провода в шине I2C:

• Сериализированные данные (SDA): Эта двунаправленная линия передает данные между ведущими и ведомыми устройствами.
• Сериализированные часы (SCL): Эта линия передает импульсы прямоугольной формы, которые синхронизируют передачу данных между устройствами.

Связь по I2C может осуществляться на разных скоростях, обычно называемых скоростями шины I2C. Наиболее распространенные скорости шины: стандартный режим (до 100 кбит/с), быстрый режим (до 400 кбит/с) и режим высокой скорости (до 3,4 Мбит/с).

Как работает I2C

Протокол I2C использует механизм старт-стоп для установления связи между ведущими и ведомыми устройствами. Условие старта указывает на начало передачи данных, а условие остановки обозначает конец. Процесс связи включает следующие шаги:

1. Условие старта: Ведущее устройство инициирует связь, отправляя условие старта. Оно опускает линию SDA до низкого уровня, пока линия SCL остается высокой.

2. Адресация: После условия старта ведущий отправляет 7-битный адрес ведомого устройства, с которым он хочет обмениваться данными, за которым следует бит чтения или записи. Бит чтения указывает, что ведущий хочет считать данные с ведомого, а бит записи — что ведущее устройство хочет записывать данные на ведомое. Каждое ведомое устройство на шине имеет уникальный адрес.

3. Подтверждение: После получения адреса старший с указанным адресом отвечает подтвержающим битом (ACK). ACK — это протяжка вниз на линии SDA ведомым устройством.

4. Передача данных: После процесса адресации ведущее и ведомые устройства могут обмениваться данными. Данные передаются в сегментах по 8 бит, и каждый сегмент завершается подтверждением от принимающего устройства. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ведущее устройство не решает остановить связь.

5. Условие остановки: Ведущее устройство генерирует условие остановки, поднимая линию SDA до высокого уровня, в то время как линия SCL остается высокой. Условие остановки информирует ведомые устройства о завершении связи.

Важно отметить, что во время передачи данных линия SDA может менять состояние только тогда, когда линия SCL находится на низком уровне. Это обеспечивает синхронизированную передачу данных между ведущими и ведомыми устройствами.

Преимущества I2C

• Простота: I2C имеет простую архитектуру и легко реализуется, что делает его подходящим для широкого спектра приложений.
• Гибкость: Возможность подключать несколько устройств к одной шине вместе с поддержкой многоведомых конфигураций делает I2C высокогибким и адаптируемым.
• Эффективность: I2C использует систему общей шины, где устройства могут обмениваться данными без необходимости в отдельных линиях передачи и приема, что приводит к эффективному использованию аппаратных ресурсов.
• Низкая скорость, низкая мощность: I2C предназначен для низкоскоростной связи, что делает его идеальным для подключения маломощных устройств. Он потребляет минимальную мощность по сравнению с другими протоколами связи.

Ограничения I2C

• Ограниченная скорость: Хотя I2C подходит для низкоскоростных приложений, это может быть не лучшим выбором для высокоскоростной связи из-за его внутреннего ограничения.
• Ограничение расстояния: Максимальное расстояние между устройствами на шине I2C обычно ограничено несколькими метрами. За пределами этого диапазона могут потребоваться дополнительные меры, такие как удлинители или репитеры шины.
• Сложная адресация: С 7-битной схемой адресации число уникальных адресов, доступных для устройств, ограничено. Это может быть ограничением при подключении большого количества устройств на одной шине.

Применения I2C

I2C широко используется в различных электронных системах для связи между интегральными схемами. Некоторые из основных применений I2C:

Интерфейс к датчикам

I2C обычно используется для связи с широким спектром датчиков, таких как датчики температуры, влажности и акселерометры. Эти датчики могут предоставлять данные о своих параметрах, что позволяет подключенным устройствам принимать обоснованные решения на основе полученной информации.

Модули дисплеев

Многие модули дисплеев, такие как ЖК и OLED дисплеи, могут быть подключены с использованием I2C. Это упрощает интеграцию дисплеев в различные системы, поскольку протокол I2C обеспечивает легкую связь между модулем дисплея и управляющим устройством.

Программирование EEPROM

I2C часто используется для программирования и чтения микросхем Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM). EEPROM — это энергозависимые запоминающие устройства, которые могут хранить данные даже после отключения питания. Протокол I2C облегчает эффективную передачу данных между управляющим устройством и EEPROM.

Часы реального времени

I2C используется в часах реального времени для обеспечения точных функций хронометража в различных устройствах. Эти часы могут поддерживать точную информацию о времени и дате и обычно используются в таких приложениях, как регистрация данных, планирование и операции, зависящие от времени.

I2C (Inter-Integrated Circuit) — это широко используемый последовательный протокол связи, позволяющий устройствам обмениваться данными с помощью двухпроводного интерфейса. Он имеет простую архитектуру и поддерживает многоведомые конфигурации, обеспечивая гибкость в подключении нескольких устройств к одной шине. I2C часто используется в таких приложениях, как интерфейс к датчикам, модули дисплеев, программирование EEPROM и часы реального времени. Хотя у I2C есть свои ограничения, он остается популярным выбором для низкоскоростной связи в различных электронных системах.