Steuerbus I²C. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Computer

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I²C ist eine von Philips entwickelte Zweidrahtschnittstelle. Die ursprüngliche Spezifikation für die Schnittstelle hatte eine maximale Datenrate von 100 Kbps. Im Laufe der Zeit sind jedoch Standards für schnellere Betriebsmodi entstanden I²C. Auf einen Reifen I²C können Geräte mit unterschiedlichen Zugriffsraten angeschlossen werden, da die Datenrate durch das Taktsignal bestimmt wird.

Das Datenübertragungsprotokoll ist so ausgelegt, dass ein zuverlässiger Empfang der übertragenen Daten gewährleistet ist.

Bei der Datenübertragung fungiert ein Gerät als „Master“, der die Datenübertragung initiiert und Synchronisationssignale generiert. Ein anderes Gerät „Slave“ – ​​beginnt mit der Übertragung nur auf einen Befehl vom „Master“.

Die PIC16CXXX-Mikrocontroller implementieren den „Slave“-Modus des Geräts im SSP-Modul in Hardware. Der „Master“-Modus ist softwaremäßig implementiert.

Grundbegriffe zur Beschreibung des Busbetriebs I²C:

Sender - ein Gerät, das Daten auf einem Bus überträgt

Empfänger - ein Gerät, das Daten vom Bus empfängt

"Meister" - ein Gerät, das die Übertragung initiiert und ein Taktsignal erzeugt

"Sklave" - das Gerät, auf das der „Master“ zugreift

Multi "Meister" - Busmodus I²C mit mehr als einem „Master“

Schiedsgerichtsbarkeit - ein Verfahren, um sicherzustellen, dass nur ein "Master" den Bus steuert

Synchronisation - Verfahren zum Synchronisieren des Taktsignals von zwei oder mehr Geräten

Die Ausgangsstufen der Synchronisationssignal- (SCL) und Datengeneratoren (SDA) müssen gemäß Open-Collector-Schaltungen (Drain) ausgeführt werden, um mehrere Ausgänge zu kombinieren, und über einen externen Widerstand mit dem positiven Netzteil verbunden werden, damit der Buspegel „ 1“, wenn keines der Geräte ein „0“-Signal erzeugt. Die maximale kapazitive Last ist auf 400 pF Kapazität begrenzt.

Initialisierung und Abschluss der Datenübertragung

Wenn auf dem Bus keine Datenübertragung stattfindet, sind die SCL- und SDA-Signale aufgrund eines externen Widerstands hoch.

Die START- und STOP-Signale werden vom "Master" generiert, um den Beginn bzw. das Ende der Datenübertragung festzulegen.

Das START-Signal wird durch einen Hoch-zu-Niedrig-Übergang des SDA-Signals erzeugt, während das SCL-Signal hoch ist. Das STOP-Signal ist als SDA-Übergang von niedrig nach hoch definiert, wenn SCL hoch ist. Somit kann sich das SDA-Signal beim Übertragen von Daten nur ändern, wenn das SCL-Signal niedrig ist.

Geräteadressierung auf Bus I²C

Zur Adressierung von Geräten werden zwei Adressformate verwendet:

Einfaches 7-Bit-Format mit R/W-Lese-/Schreibbit;

und 10-Bit-Format - im ersten Byte werden die beiden höchstwertigen Bits der Adresse und das Schreib-/Lesebit übertragen, im zweiten Byte wird der untere Teil der Adresse übertragen.

Abnahmebestätigung

Beim Senden von Daten muss der Empfänger nach jedem gesendeten Byte den Empfang des Bytes mit einem ACK-Signal bestätigen.

Quittiert der „Slave“ den Empfang der Adresse oder des Datenbytes nicht, muss der „Master“ die Übertragung durch Erzeugen eines STOP-Signals unterbrechen.

Bei der Übertragung von Daten vom „Slave“ zum „Master“ generiert „Master“ ACK-Datenbestätigungssignale. Wenn der „Master“ den Empfang des Bytes nicht bestätigt, stoppt der „Slave“ die Datenübertragung, indem er die SDA-Leitung „freigibt“. Danach kann der „Master“ ein STOP-Signal generieren.

Um die Datenübertragung zu verzögern, kann der „Slave“ eine logische Null setzen, die dem „Master“ anzeigt, dass er warten soll. Nach Freigabe der SCL-Leitung wird die Datenübertragung fortgesetzt.

Datenübertragung vom „Master“ zum „Slave“

Daten von „Slave“ lesen

Mit dem Re-START-Signal auf den „Slave“ zugreifen

Multi-Master-Modus

Kommunikationsprotokoll I²C ermöglicht Ihnen, mehr als einen „Master“ am Bus zu haben. Arbitrations- und Synchronisationsfunktionen werden verwendet, um Buskonflikte während der Übertragungsinitialisierung zu lösen.

Schiedsgerichtsbarkeit

Die Arbitrierung wird auf der SDA-Leitung durchgeführt, wenn die SCL-Leitung hoch ist. Ein Gerät, das auf der SDA-Leitung einen High-Pegel erzeugt, während ein anderes Low sendet, verliert das Recht, den „Master“ zu übernehmen, und muss in den „Slave“-Modus wechseln. Ein „Master“, der die Initiative am Bus verloren hat, kann bis zum Ende des Bytes, in dem er seine Mastereigenschaften verloren hat, Taktimpulse erzeugen.

Synchronisation

Der Takt auf dem Bus tritt auf, nachdem eine Arbitrierung am SCL-Signal durchgeführt wurde. Wenn das SCL-Signal von High auf Low geht, beginnen alle interessierten Geräte, die Dauer des Low-Pegels zu zählen. Die Geräte beginnen dann, den SCL entsprechend der erforderlichen Datenrate von niedrig auf hoch umzustellen. Nachdem die Pegelübergänge von niedrig nach hoch sind, zählen interessierte Geräte die Dauer des hohen Pegels. Das erste Gerät, das das SCL-Signal auf Low zieht, bestimmt die Taktparameter.

Veröffentlichung: cxem.net

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