I2C (інтерфейс міжінтегральної взаємодії).

Визначення I2C (Inter-Integrated Circuit)

I2C, що означає Inter-Integrated Circuit (міжінтегральна схема), є широко використовуваним послідовним протоколом передачі даних, який дозволяє кільком пристроям спілкуватися між собою за допомогою двопровідного інтерфейсу. Його зазвичай використовують для підключення пристроїв з низькою швидкістю до материнських плат, вбудованих систем або мікроконтролерів.

I2C використовує архітектуру "master-slave" (ведучий-ведений), де один пристрій діє як ведучий і ініціює передавання, тоді як інші пристрої діють як ведені і відповідають на запити ведучого. Протокол підтримує конфігурації з декількома ведучими, що означає, що кілька пристроїв можуть бути підключені до однієї шини, дозволяючи їм спілкуватися між собою.

Дві основні лінії в шині I2C:

• Серійні дані (SDA): Ця двонаправлена лінія передає дані між ведучими та веденими пристроями.
• Серійний годинник (SCL): Ця лінія передає прямокутні імпульси, що синхронізують передавання даних між пристроями.

Передача даних I2C може здійснюватися на різних швидкостях, які зазвичай називаються швидкостями шини I2C. Найбільш поширені швидкості шини: Режим стандартний (до 100 кбіт/с), Швидкий режим (до 400 кбіт/с) та Режим високої швидкості (до 3,4 Мбіт/с).

Як працює I2C

Протокол I2C використовує механізм старт-стоп для встановлення зв'язку між ведучими та веденими пристроями. Стартова умова вказує на початок передавання даних, тоді як стопова умова позначає його завершення. Процес спілкування включає наступні кроки:

1. Стартова умова: Ведучий пристрій ініціює зв'язок, відправляючи стартову умову. Він тягне лінію SDA вниз, поки лінія SCL залишається високою.

2. Адресація: Після стартової умови ведучий відправляє 7-бітну адресу веденого пристрою, з яким бажає спілкуватися, далі йде біти читання або запису. Біт читання вказує, що ведучий хоче читати дані від веденого, тоді як біт запису вказує, що ведучий хоче записати дані до веденого. Кожен ведений пристрій на шині має унікальну адресу.

3. Підтвердження: Як тільки ведений пристрій із вказаною адресою отримує біти адреси, він відповідає бітами підтвердження (ACK). Підтвердження ACK є підтягуванням лінії SDA вниз веденим пристроєм.

4. Передача даних: Після процесу адресації ведучий і ведений можуть передавати дані один одному. Дані передаються сегментами по 8 біт, і кожен сегмент супроводжується підтвердженням (ACK) від приймаючого пристрою. Цей процес триває, поки ведучий не вирішить припинити зв'язок.

5. Стопова умова: Ведучий пристрій генерує стопову умову, підтягуючи лінію SDA вгору, поки лінія SCL залишається високою. Стопова умова інформує ведені пристрої, що зв'язок закінчено.

Важливо відзначити, що під час передачі даних лінія SDA може змінюватися лише тоді, коли лінія SCL низька. Це забезпечує синхронізоване спілкування між ведучими та веденими пристроями.

Переваги I2C

• Простота: I2C має просту архітектуру і легко впроваджується, що робить його підходящим для широкого спектра застосувань.
• Гнучкість: Можливість підключення кількох пристроїв до однієї шини, а також підтримка кількох ведучих, робить I2C дуже гнучким і адаптивним.
• Ефективність: I2C використовує спільну шину, де пристрої можуть спілкуватися без потреби в окремих лініях передачі та прийому, що призводить до ефективного використання апаратних ресурсів.
• Низька швидкість, низька потужність: I2C створений для низькошвидкісного зв'язку, що робить його ідеальним для підключення малопотужних пристроїв. Він споживає мінімум енергії в порівнянні з іншими протоколами передачі даних.

Обмеження I2C

• Обмежена швидкість: Хоча I2C підходить для низькошвидкісних застосувань, він може не бути найкращим вибором для високошвидкісного зв'язку через властиві обмеження.
• Обмеження відстані: Максимальна відстань між пристроями на шині I2C зазвичай обмежена, зазвичай кілька метрів. Поза цією межою можуть знадобитися додаткові засоби, такі як повторювачі або подовжувачі шини.
• Складна адресація: Завдяки 7-бітній адресації кількість унікальних адрес доступних для пристроїв обмежена. Це може бути обмеженням при підключенні великої кількості пристроїв на одну шину.

Застосування I2C

I2C широко використовується в різних електронних системах для зв'язку між інтегральними схемами. Декілька звичних застосувань I2C:

Інтерфейс датчиків

I2C широко використовується для спілкування з різними датчиками, такими як датчики температури, вологості та акселерометри. Ці датчики можуть надавати дані про відповідні параметри, дозволяючи підключеним пристроям приймати обґрунтовані рішення на основі отриманої інформації.

Модулі дисплеїв

Багато модулів дисплеїв, таких як LCD і OLED дисплеї, можуть бути інтерфейсовані використовуючи I2C. Це спрощує інтеграцію дисплеїв у різні системи, оскільки протокол I2C дозволяє легко налагодити зв'язок між модулем дисплея та керуючим пристроєм.

Програмування EEPROM

I2C часто використовується для програмування і зчитування електронно-стираючої програмованої постійної пам'яті (EEPROM) мікросхем. EEPROM є енергонезалежними пам'яттю, яка може зберігати дані навіть після відключення живлення. Протокол I2C полегшує ефективну передачу даних між керуючим пристроєм та EEPROM.

Реальні часи

I2C використовується у годинниках реального часу для забезпечення точних функцій вимірювання часу в різних пристроях. Ці годинники можуть підтримувати точний час та дату і зазвичай використовуються в таких додатках як ведення журналу даних, планування та чутливі до часу операції.

I2C (Inter-Integrated Circuit) є широко використовуваним послідовним протоколом передачі даних, який дозволяє пристроям спілкуватися між собою за допомогою двопровідного інтерфейсу. Він має просту архітектуру і підтримує конфігурації з декількома ведучими, дозволяючи гнучко підключати кілька пристроїв до однієї шини. I2C зазвичай застосовується для інтерфейсу датчиків, модулів дисплеїв, програмування EEPROM та годинників реального часу. Незважаючи на обмеження, I2C залишається популярним вибором для низькошвидкісного зв'язку у різних електронних системах.