Në pajisjet moderne shtëpiake, elektronikën industriale dhe pajisjet e ndryshme të telekomunikacionit, shpesh mund të gjenden zgjidhje të ngjashme, megjithëse produktet mund të jenë praktikisht të palidhura. Për shembull, pothuajse çdo sistem përfshin sa vijon:
- një njësi e caktuar kontrolli "e zgjuar", e cila në shumicën dërrmuese të rasteve është një mikrokompjuter me një çip;
- komponentët për qëllime të përgjithshme si p.sh. tamponët LCD, RAM, portat I/O, EEPROM ose konvertuesit e dedikuar të të dhënave;
- komponentë specifikë duke përfshirë akordimin dixhital dhe qarqet e përpunimit të sinjalit për sistemet video dhe radio.
Si të optimizoni aplikimin e tyre?
Për të përfituar sa më shumë nga këto zgjidhje të zakonshme për të mirën e projektuesve dhe prodhuesve, si dhe për të përmirësuar performancën e përgjithshme të pajisjeve të ndryshme dhe për të thjeshtuar komponentët e qarkut të aplikuar, Philips u përpoq të zhvillojë versionin më të thjeshtë dydrejtues me dy tela autobus që ofron ndër-çipin më produktivkontrollin. Ky autobus ofron transferimin e të dhënave nëpërmjet ndërfaqes I2C.
Sot, gama e produkteve të prodhuesit përfshin më shumë se 150 CMOS, si dhe pajisje bipolare të pajtueshme me I2C dhe të dizajnuara për të punuar në cilëndo nga kategoritë e listuara. Duhet të theksohet se ndërfaqja I2C fillimisht është ndërtuar në të gjitha pajisjet e pajtueshme, për shkak të së cilës ata mund të komunikojnë lehtësisht me njëri-tjetrin duke përdorur një autobus të veçantë. Për shkak të përdorimit të një zgjidhjeje të tillë të projektimit, ishte e mundur të zgjidheshin një numër mjaft i madh problemesh të ndërlidhjes së pajisjeve të ndryshme, gjë që është mjaft tipike për zhvillimin e sistemeve dixhitale.
Përfitimet kryesore
Edhe nëse shikoni një përshkrim të shkurtër të ndërfaqeve UART, SPI, I2C, mund të nënvizoni avantazhet e mëposhtme të kësaj të fundit:
- Për të punuar, ju duhen vetëm dy linja - sinkronizimi dhe të dhënat. Çdo pajisje që lidhet me një autobus të tillë mund të adresohet në mënyrë programore në një adresë krejtësisht unike. Në çdo kohë të caktuar, ekziston një lidhje e thjeshtë që i lejon mjeshtrit të veprojnë si master-transmetues ose master-marrës.
- Ky autobus ofron mundësinë për të pasur disa mjeshtër në të njëjtën kohë, duke ofruar të gjitha mjetet e nevojshme për përcaktimin e përplasjeve, si dhe arbitrazhin për të parandaluar prishjen e të dhënave në rast se dy ose më shumë mjeshtër fillojnë të transmetojnë informacion në të njëjtën kohë. Në modalitetin standardvetëm transmetimi serik i të dhënave 8-bit ofrohet me një shpejtësi jo më shumë se 100 kbps dhe në modalitetin e shpejtë ky prag mund të rritet katër herë.
- Çipat përdorin një filtër të veçantë të integruar që frenon në mënyrë efektive rritjet dhe siguron integritet maksimal të të dhënave.
- Numri maksimal i mundshëm i çipave që mund të lidhen me një autobus është i kufizuar vetëm nga kapaciteti i tij maksimal i mundshëm prej 400 pF.
Përfitimet për Konstruktorët
Ndërfaqja I2C, si dhe të gjithë çipat e përputhshëm, mund të përshpejtojnë ndjeshëm procesin e zhvillimit, nga një diagram funksional në prototipin e tij përfundimtar. Në të njëjtën kohë, duhet theksuar se për shkak të mundësisë së lidhjes së mikroqarqeve të tilla drejtpërdrejt me autobusin pa përdorur të gjitha llojet e qarqeve shtesë, ofrohet hapësirë për modernizimin dhe modifikimin e mëtejshëm të sistemit prototip duke shkëputur dhe lidhur pajisje të ndryshme nga autobus.
Ka shumë përfitime që e bëjnë ndërfaqen I2C të dallohet. Përshkrimi, në veçanti, ju lejon të shihni përparësitë e mëposhtme për konstruktorët:
- Blloqet në diagramin funksional korrespondojnë plotësisht me mikroqarqet, dhe në të njëjtën kohë, sigurohet një kalim mjaft i shpejtë nga funksional në themelor.
- Nuk ka nevojë të zhvillohen ndërfaqe të autobusëve sepse autobusi është tashmë i integruar në mënyrë origjinale në çipa të dedikuar.
- Protokollet e integruara të komunikimit dheadresimi i pajisjes lejon që sistemi të përcaktohet plotësisht nga softueri.
- Të njëjtat lloje të mikroqarqeve, nëse është e nevojshme, mund të përdoren në aplikime krejtësisht të ndryshme.
- Koha totale e zhvillimit është reduktuar ndjeshëm për shkak të faktit se projektuesit mund të familjarizohen shpejt me blloqet funksionale më të përdorura, si dhe me mikroqarqet e ndryshme.
- Nëse dëshironi, mund të shtoni ose hiqni çipa nga sistemi dhe në të njëjtën kohë të mos keni shumë efekt në pajisjet e tjera të lidhura me të njëjtin autobus.
- Koha totale e zhvillimit të softuerit mund të reduktohet ndjeshëm duke lejuar një bibliotekë të moduleve softuerike të ripërdorshme.
Ndër të tjera, vlen të përmendet procedura jashtëzakonisht e thjeshtë për diagnostikimin e dështimeve që kanë ndodhur dhe korrigjimin e mëtejshëm, i cili dallon ndërfaqen I2C. Përshkrimi sugjeron që, nëse është e nevojshme, edhe devijimet e vogla në funksionimin e pajisjeve të tilla mund të monitorohen menjëherë pa asnjë vështirësi dhe, në përputhje me rrethanat, mund të merren masat e duhura. Vlen gjithashtu të përmendet se projektuesit marrin zgjidhje speciale, të cilat, në veçanti, janë mjaft tërheqëse për pajisje dhe sisteme të ndryshme portative që ofrojnë fuqi baterie duke përdorur ndërfaqen I2C. Përshkrimi në Rusisht tregon gjithashtu se përdorimi i tij ju lejon të ofroni përparësitë e mëposhtme të rëndësishme:
- Shkallë mjaftueshëm e lartë rezistence ndaj çdo ndërhyrjeje në zhvillim.
- Më në fundkonsumi i ulët i energjisë.
- Diapazoni më i gjerë i tensionit të furnizimit.
- Gamë e gjerë temperaturash.
Përfitimet për teknologët
Vlen të përmendet se jo vetëm projektuesit, por edhe teknologët kohët e fundit kanë filluar të përdorin mjaft shpesh një ndërfaqe të specializuar I2C. Përshkrimi në Rusisht tregon një gamë mjaft të gjerë avantazhesh që ofron kjo kategori specialistësh:
- Një autobus standard serial me dy tela me këtë ndërfaqe minimizon ndërlidhjet ndërmjet IC-ve, që do të thotë se kërkohen më pak kunja dhe më pak gjurmë, duke i bërë PCB-të më pak të kushtueshëm dhe shumë më të vegjël.
- Një ndërfaqe plotësisht e integruar I2C LCD1602 ose ndonjë opsion tjetër eliminon plotësisht nevojën për dekodera adresash dhe logjika të tjera të vogla të jashtme.
- Është e mundur të përdoren disa mastera në një autobus të tillë në të njëjtën kohë, gjë që përshpejton ndjeshëm testimin dhe konfigurimin pasues të pajisjeve, pasi autobusi mund të lidhet me një kompjuter të linjës së montimit.
- Disponueshmëria e IC-ve të përputhshme me këtë ndërfaqe në paketat VSO, SO dhe DIL të personalizuara mund të reduktojë ndjeshëm kërkesat për madhësinë e pajisjes.
Kjo është vetëm një listë e shkurtër e avantazheve që dallojnë ndërfaqen I2C të LCD1602 dhe të tjera. Përveç kësaj, çipat e pajtueshëm mund të rrisin ndjeshëm fleksibilitetin e sistemit të përdorur, duke ofruardizajn jashtëzakonisht i thjeshtë i opsioneve të ndryshme të pajisjeve, si dhe përmirësime relativisht të lehta për të mbështetur më tej zhvillimin në nivelin aktual. Kështu, është e mundur të zhvillohet një familje e tërë e pajisjeve të ndryshme, duke përdorur një model të caktuar bazë si bazë.
Modernizimi i mëtejshëm i pajisjeve dhe zgjerimi i funksioneve të tij mund të kryhet me anë të një lidhjeje standarde me autobusin e mikrocirkut përkatës duke përdorur ndërfaqen Arduino 2C ose ndonjë tjetër nga lista e disponueshme. Nëse kërkohet një ROM më i madh, atëherë do të mjaftojë vetëm të zgjidhni një mikrokontrollues tjetër me një ROM të rritur. Meqenëse çipat e përditësuar mund të zëvendësojnë plotësisht ato të vjetra nëse është e nevojshme, mund t'i shtoni lehtësisht funksione të reja pajisjes ose të rrisni performancën e saj të përgjithshme duke shkëputur thjesht çipat e vjetëruar dhe duke i zëvendësuar ato me pajisje më të reja.
ACCESS.bus
Për shkak të faktit se autobusi ka natyrë me dy tela, si dhe mundësinë e adresimit të programit, një nga platformat më ideale për ACCESS.bus është ndërfaqja I2C. Specifikimi (përshkrimi në rusisht është paraqitur në artikull) e kësaj pajisjeje e bën atë një alternativë shumë më të lirë ndaj ndërfaqes RS-232C të përdorur më parë në mënyrë aktive për lidhjen e pajisjeve periferike të ndryshme me kompjuterët duke përdorur një lidhës standard me katër pin.
Hyrja e specifikimeve
Për aplikime moderneKontrolli 8-bit, i cili përdor mikrokontrollues, është e mundur të vendosen disa kritere të projektimit:
- sistemi i plotë përfshin kryesisht një mikrokontrollues dhe pajisje të tjera periferike, duke përfshirë memorien dhe porte të ndryshme I/O;
- kostoja totale e kombinimit të pajisjeve të ndryshme brenda një sistemi duhet të minimizohet sa më shumë që të jetë e mundur;
- sistemi që kontrollon funksionet nuk parashikon nevojën për të ofruar transferim informacioni me shpejtësi të lartë;
- efikasiteti total varet drejtpërdrejt nga pajisjet e zgjedhura si dhe nga natyra e autobusit lidhës.
Për të dizajnuar një sistem që plotëson plotësisht kriteret e listuara, duhet të përdorni një autobus që do të përdorë ndërfaqen serike I2C. Edhe pse autobusi serik nuk ka gjerësinë e brezit të autobusit paralel, ai kërkon më pak lidhje dhe më pak kunja të çipit. Në të njëjtën kohë, mos harroni se autobusi përfshin jo vetëm telat lidhës, por edhe procedura dhe formate të ndryshme të nevojshme për të siguruar komunikimin brenda sistemit.
Pajisjet që komunikojnë duke përdorur emulimin e softuerit të ndërfaqes I2C ose autobusit përkatës duhet të kenë një protokoll specifik që ju lejon të parandaloni mundësi të ndryshme përplasjesh, humbjeje ose bllokimi të informacionit. Pajisjet e shpejta duhet të jenë në gjendje të komunikojnë me ato të ngad alta dhe sistemi nuk duhet të varet nganga pajisjet e lidhura me të, pasi në të kundërt të gjitha përmirësimet dhe modifikimet nuk do të mund të përdoren. Është gjithashtu e nevojshme të zhvillohet një procedurë me ndihmën e së cilës është realiste të përcaktohet se cila pajisje e veçantë ofron aktualisht kontrollin e autobusit dhe në cilën pikë kohore. Përveç kësaj, nëse pajisje të ndryshme me frekuenca të ndryshme të orës janë të lidhura me të njëjtin autobus, duhet të vendosni për burimin e sinkronizimit të tij. Të gjitha këto kritere plotësohen nga ndërfaqja I2C për AVR dhe çdo tjetër nga kjo listë.
Koncepti kryesor
Autobusi I2C mund të mbështesë çdo teknologji të çipit të përdorur. Ndërfaqja I2C LabVIEW dhe të tjera të ngjashme me të parashikojnë përdorimin e dy linjave për transferimin e informacionit - të dhëna dhe sinkronizim. Çdo pajisje e lidhur në këtë mënyrë njihet nga adresa e saj unike, pavarësisht nëse është një tampon LCD, mikrokontrollues, memorie ose ndërfaqe tastierë dhe mund të veprojë si marrës ose transmetues, në varësi të asaj për çfarë është e destinuar për këtë pajisje.
Në shumicën dërrmuese të rasteve, buferi LCD është një marrës standard dhe memoria jo vetëm që mund të marrë, por edhe të transmetojë të dhëna të ndryshme. Ndër të tjera, sipas procesit të lëvizjes së informacionit, pajisjet mund të klasifikohen si skllav dhe master.
Në këtë rast, master është pajisja që fillon transferimin e të dhënave dhe gjithashtu gjeneronsinjalet e sinkronizimit. Në këtë rast, çdo pajisje e adresueshme do të konsiderohet si skllevër në lidhje me të.
Ndërfaqja e komunikimit I2C siguron praninë e disa zotërinjve menjëherë, domethënë, më shumë se një pajisje e aftë për të kontrolluar autobusin është në gjendje të lidhet me të. Aftësia për të përdorur më shumë se një mikrokontrollues në të njëjtin autobus do të thotë që më shumë se një master mund të përcillet në çdo kohë të caktuar. Për të eliminuar kaosin e mundshëm që rrezikon të shfaqet kur lind një situatë e tillë, është zhvilluar një procedurë e specializuar arbitrazhi që përdor ndërfaqen I2C. Zgjeruesit dhe pajisjet e tjera sigurojnë lidhjen e pajisjeve me autobusin sipas të ashtuquajturit rregulli i instalimeve elektrike.
Gjenerimi i sinjalit të orës është përgjegjësi e masterit dhe çdo master gjeneron sinjalin e tij gjatë transferimit të të dhënave dhe mund të ndryshojë vetëm më vonë nëse "tërhiqet" nga një skllav i ngadalshëm ose një master tjetër kur ndodh një përplasje.
Parametrat e përgjithshëm
Të dyja SCL dhe SDA janë linja dydrejtimëshe që lidhen me një furnizim pozitiv me energji elektrike me një rezistencë tërheqëse. Kur goma është absolutisht e lirë, çdo rresht është në një pozicion të lartë. Fazat e daljes së pajisjeve që janë të lidhura me autobusin duhet të jenë të hapura ose me kolektor të hapur në mënyrë që të sigurohet funksioni me kabllo AND. Informacioni përmes ndërfaqes I2C mund të transmetohet me një shpejtësi jo më shumë se 400 kbpsmodaliteti i shpejtë, ndërsa shpejtësia standarde nuk i kalon 100 kbps. Numri i përgjithshëm i pajisjeve që mund të lidhen njëkohësisht me autobusin varet vetëm nga një parametër. Ky është kapaciteti i linjës, i cili nuk është më shumë se 400 pf.
Konfirmim
Konfirmimi është një procedurë e detyrueshme në procesin e transferimit të të dhënave. Masteri gjeneron pulsin e duhur të sinkronizimit ndërsa transmetuesi lëshon linjën SDA gjatë këtij pulsi sinkronizimi si një konfirmim. Pas kësaj, marrësi duhet të sigurojë që linja SDA të mbahet e qëndrueshme gjatë gjendjes së lartë të orës në një gjendje të qëndrueshme të ulët. Në këtë rast, sigurohuni që të merrni parasysh kohën e konfigurimit dhe mbajtjes.
Në shumicën dërrmuese të rasteve, është e detyrueshme që marrësi i adresuar të gjenerojë një konfirmim pas çdo bajt të marrë, me përjashtimin e vetëm kur fillimi i transmetimit përfshin një adresë CBUS.
Nëse marrësi-skllave nuk ka asnjë mënyrë për të dërguar konfirmimin e adresës së tij, linja e të dhënave duhet të lihet lart dhe më pas masteri do të jetë në gjendje të lëshojë një sinjal "Stop", i cili do të ndërpresë dërgimin e të gjitha informacionet. Nëse adresa është konfirmuar, por skllavi nuk mund të marrë më të dhëna për një kohë të gjatë, master duhet gjithashtu të ndërpresë dërgimin. Për ta bërë këtë, skllavi nuk e njeh bajtin tjetër të marrë dhe thjesht largohet nga rreshtii lartë, duke bërë që masteri të gjenerojë një sinjal ndalimi.
Nëse procedura e transferimit parashikon praninë e një master-marrësi, atëherë në këtë rast ai duhet të informojë skllavin për përfundimin e transmetimit, dhe kjo bëhet duke mos pranuar bajtin e fundit të marrë. Në këtë rast, skllav-transmetuesi lëshon menjëherë linjën e të dhënave në mënyrë që master të mund të lëshojë një sinjal "Stop" ose të përsërisë përsëri sinjalin "Start".
Për të kontrolluar nëse pajisja po funksionon, mund të provoni të futni shembuj standardë të skicave për ndërfaqen I2C në Arduino, si në foton e mësipërme.
Arbitrazhi
Masters mund të fillojnë dërgimin e informacionit vetëm pasi autobusi është plotësisht i lirë, por dy ose më shumë master mund të gjenerojnë një sinjal nisjeje në kohën minimale të mbajtjes. Kjo përfundimisht rezulton në një sinjal specifik "Start" në autobus.
Arbitrazhi funksionon në autobusin SDA ndërsa autobusi SCL është i lartë. Nëse njëri nga masterat fillon të transmetojë një nivel të ulët në linjën e të dhënave, por në të njëjtën kohë tjetri është i lartë, atëherë ky i fundit shkëputet plotësisht prej tij, sepse gjendja SDL nuk korrespondon me gjendjen e lartë të linjës së saj të brendshme..
Arbitrazhi mund të vazhdojë për disa bit. Për shkak të faktit se adresa transmetohet fillimisht, dhe më pas të dhënat, arbitrazhi mund të zgjasë deri në fund të adresës, dhe nëse mjeshtrat do të adresojnëe njëjta pajisje, atëherë në arbitrazh do të marrin pjesë edhe të dhëna të ndryshme. Për shkak të kësaj skeme arbitrazhi, asnjë e dhënë nuk do të humbasë nëse ndodh ndonjë përplasje.
Nëse masteri humb arbitrazhin, atëherë ai mund të lëshojë pulse të orës në SCL deri në fund të bajtit, gjatë të cilit qasja humbi.
