I2C

1.

Ни у кого не может возникнуть необходимость иметь
компьютер в своем доме
(Кен Олсон — основатель и президент корпорации Digital Equipment Corp., 1977 г.)

2.

2
Интерфейс I C

3.

Общие сведения
• IIC, I2C, I2C (аббревиатура слов Inter-Integrated Circuit)
• Интерфейс был предложен фирмой Philips®, которая применила его
для организации связи между микросхемами в своих телевизорах и
музыкальных центрах.
Существуют аналоги: Atmel – интерфейс TWI.
• Представляет собой двунаправленную асинхронную шину с
последовательной передачей данных.
• Физически шина I2C представляет собой две сигнальные линии, одна
из которых (SCL) предназначена для передачи тактового сигнала, а
вторая (SDA) для обмена данными.

4.

• Для управления линиями применяются выходные каскады с
открытым коллектором, поэтому линии шины должны быть
подтянуты к источнику питания +5 В через резисторы
сопротивлением 1...10 кОм, в зависимости от физической длины
линий и скорости передачи данных.
• Длина соединительных линий в стандартном режиме может
достигать 2-х метров, однако интерфейс классифицируется как
внутриплатный или межмодульный.
• Скорость передачи данных – 100 кбит/с, 400 кбит/с, 1000 кбит/с.
• Общая паразитная емкость подключаемых на интерфейс
устройств – не более 400 пФ.

5.

Классификационные признаки
Интерфейс I2C является:
последовательным
двухпроводным
внутриплатным (межблочным)
передача данных последовательная асинхронная слева на право
(начиная со старших разрядов)
всего на одной двупроводной шине может быть до 127 устройств
или N устройств с общей паразитной емкостью 400 пФ.
схема подключения — монтажное И

6.

Подключение устройств

7.

Терминология в документации I2C

8.

Физический уровень интерфейса I2C
• Данные передаются по двум проводам — провод данных (SDA) и провод
тактов (SCL).
• Тактируется интерфейс
master-устройством, Slave-устройство лишь
подтверждает при приеме байта.
• Передача/Прием сигналов осуществляется «оттягиванием» линии в «0». В
«1» устанавливается сама, за счет подтягивающих резисторов. Их
ставить обязательно всегда (определено спецификацией). Резисторы на 10к
оптимальны. Чем больше резистор, тем дольше линия восстанавливается в
единицу (идет перезаряд паразитной емкости между проводами) и тем
сильней заваливаются фронты импульсов, а значит скорость передачи
падает.

9.

10.

• Передача/Прием сигналов осуществляется «оттягиванием»
линии в «0».
• В «1» линия устанавливается сама, за счет подтягивающих
резисторов. Их ставить обязательно всегда (определено
спецификацией).
• Резисторы на 10к оптимальны.
• Чем больше резистор, тем дольше линия восстанавливается в «1»
(идет перезаряд паразитной емкости между проводами) и тем
сильней заваливаются фронты импульсов, а значит скорость
передачи падает.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

Формат управляющего слова
(7-битная адресация)

18.

Формат управляющего слова
(10 битная адресация)

19.

20.

Типы подключаемых устройств
Наименование
• ЕЕPROM
• Часы реального времени
• Контроллер ЖК-дисплея
• Видео АЦП
• Видео ЦАП
• Аудио кодек
• и другие
тип
1010
1101
0111
1011
0100
0011

21.

Арбитраж
Арбитраж выполняется на линии SDA при высоком уровне сигнала на SCL. Устройство,
которое формирует на линии SDA высокий уровень, когда другое устройство передает
низкий, теряет право быть ведущим и должно перейти в режим ведомого.

22.

Преимущества интерфейса I²C
Для пользователя
• всего один микроконтроллер управляет набором устройств;
• всего два проводника для подключения устройств;
• возможна одновременная работа нескольких ведущих (Мaster), подключенных к одной шине;
• «горячее» подключение и отключение устройств в процессе работы системы;
• встроенный в микросхемы фильтр подавляет всплески, обеспечивая целостность данных;
• простота протокола.
Для конструкторов
• простая модификация и модернизация системы прототипа путём подключения/отключения устройств от шины
(микросхемы подключаются непосредственно к шине без каких-либо дополнительных цепей);
• переход от функциональной схемы к принципиальной происходит быстро (блоки на функциональной схеме
соответствуют микросхемам);
• шина интегрирована в микросхемы;
• интегрированные адресация устройств и протокол передачи данных позволяют системе быть полностью
программно определяемой;
• одни и те же типы микросхем могут быть использованы в разных приложениях;
• снижение времени разработки (простота знакомства с часто используемыми функциональными блоками и
соответствующими микросхемами);
• простая диагностика сбоев и отладка (нарушения немедленно отслеживаемые);
• Снижение времени разработки ПО за счет использования библиотек уже используемых программных модулей.

23.

Очевидные недостатки I²C
• ограничение на ёмкость линии — 400 пФ;
• программирование I²C контроллера затруднено из-за изобилия
возможных нештатных ситуаций на шине (чаще реализуются
системы на I²C c единственным ведущим – Master-устройством;
• трудность локализации неисправности, если одно из
подключенных устройств ошибочно устанавливает на шине
состояние низкого уровня.

24.

Производные технологии
• На основе I²C разработаны шины подключения компьютерной периферии ACCESS.bus (developed by
Philips and DEC in the early 1990), шины обмена данными между компьютером и монитором DDC,
шины управления системными функциями SMBus и другие. В этих технологиях возможно
использование различных напряжений, частоты обмена и отдельных линий прерываний.
• SMBus (разработка Intel, 1995 г.), является подмножеством I²C, определяющим более строгое ее
использование. Цель SMBus – повышение надежности и совместимости. Соответственно,
современные I²C-системы включают в себя некоторые политики и правила SMBus, иногда
поддерживающие как I²C, так и SMBus.
• Шина IPMB, основанная на использовании двух I²C с целью резервирования и являющаяся основой
интерфейса IPMI, применяется в высоконадёжных системах стандартов AdvancedTCA и MicroTCA.
• TWI (Two Wire Interface) или TWSI (Two Wire Serial Interface) – шина I²C с другим названием по
лицензионным причинам. Патенты не охраняют I²C с 1 октября 2006 года: отменены лицензионные
отчисления за использование протокола I²C, но сохраняются отчисления для выделения эксклюзивного
подчинённого адреса на шине I²C.
• Совместимый с I²C протокол использует шина для подключения видеокамер Serial Camera Control Bus
(SCCB) фирмы OmniVision