Разработанный Philips в 1980-х годах, I2C (альтернативное название I2C) стал одним из наиболее часто используемых протоколов последовательной связи в электронике. I2C облегчает связь между электронными компонентами или интегральными схемами, независимо от того, находятся ли они на одной печатной плате или соединены кабелем.
Что такое протокол I2C?
I2C - это протокол последовательной связи, для которого требуется только две сигнальные линии. Он был разработан для связи между микросхемами на печатной плате (PCB). I2C изначально был разработан для связи со скоростью 100 Кбит/с. Однако с годами были разработаны более быстрые режимы передачи данных для достижения скорости до 3.4 Мбит.
Ключевой особенностью I2C является возможность иметь множество компонентов на одной коммуникационной шине с использованием всего двух проводов, что делает I2C идеальным для простых приложений. Протокол I2C был установлен в качестве официального стандарта, обеспечивающего обратную совместимость между реализациями I2C.
Сигналы I2C
Протокол I2C использует две двунаправленные сигнальные линии для связи с устройствами на коммуникационной шине. Используются два сигнала:
- Последовательная линия передачи данных (SDL)
- Часы последовательных данных (SDC)
Причина, по которой I2C может использовать только два сигнала для связи с несколькими периферийными устройствами, заключается в том, как обрабатывается связь по шине. Каждое соединение I2C начинается с 7-битного (или 10-битного) адреса, который вызывает адрес периферийного устройства.
Это позволяет нескольким устройствам на шине I2C играть роль основного устройства в соответствии с потребностями системы. Для предотвращения коллизий связи протокол I2C включает возможности арбитража и обнаружения коллизий, которые обеспечивают бесперебойную связь по шине.
Преимущества I2C
Как протокол связи, I2C имеет следующие преимущества:
- Гибкие скорости передачи данных.
- Связь на большем расстоянии, чем SPI.
- Каждое устройство на шине имеет независимую адресацию.
- Устройства имеют простые первичные/вторичные отношения.
- Требуется только две сигнальные линии.
- Он способен обрабатывать несколько первичных коммуникаций, обеспечивая арбитраж и обнаружение коллизий связи.
Ограничения I2C
При всех этих преимуществах I2C также имеет несколько ограничений, которые, возможно, придется обойти. Наиболее важные ограничения I2C включают:
- Поскольку для адресации устройства доступны только 7 бит (или 10 бит), устройства на одной шине могут использовать один и тот же адрес. Некоторые устройства могут настраивать последние несколько битов адреса, но это накладывает ограничение на количество устройств на одной шине.
- Доступно лишь несколько ограниченных скоростей связи, и многие устройства не поддерживают передачу на более высоких скоростях. Требуется частичная поддержка каждой скорости на шине, чтобы более медленные устройства не перехватывали частичные передачи, что может привести к сбоям в работе.
- Общий характер шины I2C может привести к зависанию всей шины, когда одно устройство на шине перестает работать. Включение и выключение питания шины может восстановить правильную работу.
- Поскольку устройства сами устанавливают скорость передачи данных, более медленные работающие устройства могут задерживать работу более быстрых устройств.
- I2C потребляет больше энергии, чем другие шины последовательной связи, из-за топологии линий связи с открытым стоком.
- Ограничения шины I2C обычно ограничивают количество устройств на шине примерно дюжиной.
Приложения I2C
I2C - отличный вариант для приложений, требующих низкой стоимости и простой реализации, а не высокой скорости. Например, обычное использование протокола связи I2C включает:
- Чтение некоторых микросхем памяти.
- Доступ к ЦАП и АЦП.
- Передача и управление действиями пользователя.
- Чтение аппаратных датчиков.
- Обмен данными с несколькими микроконтроллерами.
