I2C (Inter-Integrated Circuit)
Визначення I2C (Inter-Integrated Circuit)
I2C, що означає Inter-Integrated Circuit, є широко використовуваним послідовним протоколом зв'язку, який дозволяє декільком пристроям взаємодіяти один з одним через інтерфейс із двома провідниками. Зазвичай він використовується для підключення повільних периферійних пристроїв до материнської плати, вбудованих систем або мікроконтролерів.
I2C використовує архітектуру ведучий-ведений, де один пристрій діє як ведучий та ініціює комунікацію, тоді як інші пристрої діють як ведені та відповідають на запити ведучого. Протокол підтримує конфігурації з декількома ведучими, що означає, що декілька пристроїв можуть бути підключені до однієї шини, дозволяючи їм спілкуватися між собою.
Два основних провідники в шині I2C:
- Послідовні Дані (SDA): Цей двонаправлений проводник переносить дані між ведучими та веденими пристроями.
- Послідовний Час (SCL): Цей проводник переносить прямокутні імпульси, що синхронізують передачу даних між пристроями.
Комунікація за I2C може відбуватися на різних швидкостях, зазвичай званих швидкостями шини I2C. Найпоширеніші швидкості шини: стандартний режим (до 100 кбіт/с), швидкий режим (до 400 кбіт/с) та високошвидкісний режим (до 3,4 Мбіт/с).
Як працює I2C
Протокол I2C використовує механізм старт-стоп для встановлення комунікації між ведучим та веденими пристроями. Умова старту вказує на початок передачі даних, тоді як умова зупинки позначає закінчення. Процес комунікації включає наступні етапи:
Умова старту: Ведучий пристрій ініціює комунікацію, надіславши умову старту. Він збиває провідник SDA вниз, тоді як провідник SCL залишається високим.
Адресація: Після умови старту ведучий відправляє 7-розрядну адресу веденого пристрою, з яким він бажає комунікувати, за якою слідує біта читання або запису. Біта читання вказує на те, що ведучий хоче читати дані з веденого, тоді як біта запису вказує, що ведучий хоче записати дані до веденого. Кожен ведений пристрій на шині має унікальну адресу.
Підтвердження: Як тільки ведений з указаною адресою отримує адресні біти, він відповідає підтверджувальним бітом (ACK). ACK - це збиття провідника SDA пристроєм-веденим.
Передача Даних: Після процесу адресації ведучий та ведений можуть передавати дані один одному. Дані передаються сегментами по 8 біт, і кожен сегмент супроводжується ACK від приймаючого пристрою. Цей процес триває, поки ведучий не вирішить зупинити комунікацію.
Умова зупинки: Ведучий пристрій генерує умову зупинки, піднімаючи провідник SDA вверх, тоді як провідник SCL залишається високим. Умова зупинки інформує ведених про те, що комунікація завершена.
Важливо зазначити, що під час передачі даних провідник SDA може змінюватися лише тоді, коли провідник SCL знаходиться в низькому стані. Це забезпечує синхронізовану комунікацію між ведучими та веденими пристроями.
Переваги I2C
- Простота: I2C має просту архітектуру та легко реалізується, що робить його придатним для широкого спектра застосувань.
- Гнучкість: Здатність підключати декілька пристроїв до однієї шини разом із підтримкою декількох ведучих робить I2C дуже гнучким та адаптивним.
- Ефективність: I2C використовує спільну шинну систему, де пристрої можуть комунікувати без потреби в окремих проводах для передачі та прийому, що забезпечує ефективне використання апаратних ресурсів.
- Низька швидкість, низьке споживання енергії: I2C призначений для повільної комунікації, що робить його ідеальним для підключення малопотужних пристроїв. Він споживає мінімальну енергію в порівнянні з іншими протоколами зв'язку.
Обмеження I2C
- Обмежена швидкість: Хоча I2C підходить для повільних застосувань, він може бути не найкращим вибором для високошвидкісної передачі через свої внутрішні обмеження.
- Обмеження відстані: Максимальна відстань між пристроями в шині I2C зазвичай обмежена, зазвичай до декількох метрів. Позбавитися цього можна додатковими заходами, такими як подовжувачі або підсилювачі.
- Складна адресація: З 7-бітовою схемою адресації кількість унікальних адрес для пристроїв обмежена. Це може бути обмеженням під час підключення великої кількості пристроїв до однієї шини.
Застосування I2C
I2C широко використовується в різних електронних системах для зв'язку між інтегральними схемами. Деякі з поширених застосувань I2C включають:
Інтерфейсування з сенсорами
I2C зазвичай використовується для зв'язку з широким спектром сенсорів, таких як датчики температури, вологості та акселерометри. Ці сенсори можуть надавати дані про свої параметри, дозволяючи підключеним пристроям приймати обґрунтовані рішення на основі отриманої інформації.
Модулі дисплеїв
Багато модулів дисплеїв, таких як LCD та OLED дисплеї, можуть бути підключені через I2C. Це спрощує інтеграцію дисплеїв у різні системи, оскільки протокол I2C дозволяє легко комунікувати між модулем дисплея та керуючим пристроєм.
Програмування EEPROM
I2C часто використовується для програмування та читання чипів Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM). EEPROM - це енергонезалежні пристрої пам'яті, які можуть зберігати дані навіть після вимкнення живлення. Протокол I2C сприяє ефективній передачі даних між керуючим пристроєм та EEPROM.
Реальний час
I2C використовується в годинниках реального часу для забезпечення точних часових функцій у різних пристроях. Ці годинники можуть підтримувати точні дані про час і дату та зазвичай використовуються в таких застосуваннях, як запис даних, планування та виконання операцій, які залежать від часу.
I2C (Inter-Integrated Circuit) - це широко використовуваний послідовний протокол зв'язку, що дозволяє пристроям спілкуватися один з одним через інтерфейс із двома провідниками. Він має просту архітектуру та підтримує конфігурації з декількома ведучими, що забезпечує гнучкість у підключенні декількох пристроїв до однієї шини. I2C зазвичай використовується в таких застосуваннях, як інтерфейсування з сенсорами, модулі дисплеїв, програмування EEPROM та годинники реального часу. Незважаючи на свої обмеження, I2C залишається популярним вибором для повільного зв'язку в різних електронних системах.