1.0 Преимущества I2C для конструкторов и технологов

Шина I2C и как её использовать (включая спецификацию)

1.0 Преимущества I2C для конструкторов и технологов

В бытовой технике, телекоммуникационном оборудовании и промышленной электронике часто встречаются похожие решения, в, казалось бы, никак не связанных изделиях. Например, практически каждая система включает в себя:

• Некоторый “умный” узел управления, обычно однокристалльная микроЭВМ.
• Узлы общего назначения, такие как буферы ЖКИ, порты ввода/вывода, ОЗУ, ЭСПЗУ или преобразователи данных.
• Специфические узлы, такие как схемы цифровой настройки и обработки сигнала для радио- и видео- систем, или генераторы тонального набора для телефонии.

Для того, чтобы использовать эти общие решения к выгоде конструкторов и производителей (технологов), а также для увеличения эффективности аппаратуры и упрощения схемотехнических решений, Philips разработала простую двунаправленную двухпроводную шину для эффективного “межмикросхемного” (inter-IC) управления. Шина так и называется – InterIC, или IIC (I2C) шина. В настоящее время ассортимент продукции Philips включает более 150 КМОП и биполярных I2C-совместимых устройств, функционально предназначенных работы во всех трех вышеперечисленных категориях электронного оборудования. Все I2C-совместимые устройства имеют встроенный интерфейс, который позволяет им связываться друг с другом по шине I2C. Это конструкторское решение разрешает множество проблем сопряжения различных устройств, которые обычно возникают при разработке цифровых систем.

Вот некоторые достоинства шины I2C:

• Требуется только две линии – линия данных (SDA) и линия синхронизации (SCL) Каждое устройство, подключённое к шине, может быть программно адресовано по уникальному адресу. В каждый момент времени существует простое отношение ведущий/ведомый: ведущие могут работать как ведущий-передатчик и ведущий-приёмник.
• Шина позволяет иметь несколько ведущих, предоставляя средства для определения коллизий и арбитраж для предотвращения повреждения данных в ситуации, когда два или более ведущих одновременно начинают передачу данных В стандартном режиме обеспечивается передача последовательных 8-битных данных со скоростью до 100 кбит/с, и до 400 кбит/с в “быстром” режиме.
• Встроенный в микросхемы фильтр подавляет всплески, обеспечивая целостность данных.
• Максимальное допустимое количество микросхем, подсоединённых к одной шине, ограничивается максимальной емкостью шины 400 пФ.

Рис. 1 показывает два примера применения шины I2C.

1.2 Преимущества для технолога (производителя)

I2C-совместимые микросхемы не только помогают конструкторам, но и дают широкий диапазон преимуществ для технологов, потому что:

• Простая двухпроводная последовательная шина I2C минимизирует соединения между микросхемами; микросхемы имеют меньше контактов и требуется меньше дорожек, результат – печатные платы становятся менее дорогими и меньше по размеру.
• Полностью интегрированный I2C-протокол устраняет нужду в дешифраторах адреса и другой внешней мелкой логике.
• Возможность нескольких “ведущих” на I2C-шине позволяет ускорить тестирование и настройку оборудования при помощи подключения шины к компьютеру сборочной линии.
• Доступность I2C-совместимых микросхем в SO и VSO корпусах, а также в DIL корпусе снижает требования к размеру еще больше.

Это лишь некоторые преимущества. Кроме того, I2C-совместимые микросхемы увеличивают гибкость системы, позволяя простое конструирование вариантов оборудования и легкую модернизацию для того, чтобы поддерживать разработки на современном уровне. Таким образом, целое семейство оборудования может быть разработано, основываясь на базовой модели. Модернизация оборудования или расширение его функций (например, дополнительная память, дистанционное управление и т.п.) может быть произведена путем простого подключения соответствующей микросхемы к шине. Если требуется бoльшая ПЗУ, то дело лишь в выборе микроконтроллера к большим объемом ПЗУ из нашего ряда. Поскольку новые микросхемы могут замещать старые, легко добавлять новые свойства в оборудование или увеличивать его производительность путем простого отсоединения устаревшей микросхемы и подключения к шине новой.

1.1 Преимущества для конструктора

I2C-совместимые микросхемы позволяют ускорить процесс разработки от функциональной схемы до прототипа. Более того, поскольку такие микросхемы подключаются непосредственно к шине без каких-либо дополнительных цепей, появляется возможность модификации и модернизации системы прототипа путем подключения и отключения устройств от шины.

Вот некоторые достоинства I2C-совместимых микросхем, которые касаются конструкторов:

• Блоки на функциональной схеме соответствуют микросхемам, переход от функциональной схемы к принципиальной происходит быстро.
• Нет нужды разрабатывать шинные интерфейсы, т.к. шина уже интегрирована в микросхемы.
• Интегрированные адресация устройств и протокол передачи данных позволяют системе быть полностью программно определяемой.
• Одни и те же типы микросхем могут быть часто использованы в разных приложениях.
• Время разработки снижается, так как конструкторы быстро знакомятся с часто используемыми функциональными блоками и соответствующими микросхемами.
• Микросхемы могут быть добавлены или убраны из системы без оказывания влияния на другие микросхемы, подключенные к шине.
• Простая диагностика сбоев и отладка; нарушения в работе могут быть немедленно отслежены.
• Время разработки программного обеспечения может быть снижено за счет использования библиотеки повторно используемых программных модулей.

Помимо этих преимуществ, КМОП I2C-совместимые микросхемы предоставляют для конструкторов специальные решения, которые в частности привлекательны для портативного оборудования и систем с батарейным питанием:

• Крайне низкое потребление.
• Высокая стойкость к помехам.
• Широкий диапазон питающего напряжения.
• Широкий рабочий температурный диапазон.

Рисунок 1. Два примера применения I2C
(a)Высокоинтегрированный телевизор
(b) базовая станция радиотелефона стандарта DECT

1. Микроконтроллер
2. ФАПЧ синтезатор
3. Флеш-память
4. Декодер цвета
5. Стереодекодер звука
6. Улучшение сигнала картинки
7. HI-FI аудиопроцессор
8. Видеопроцессор
9. Одночиповый текст
10. Экранный дисплей
11. Генератор DTMF
12. Интерфейс телефонной линии
13. Кодек АДИКМ
14. Пакетный контроллер
15. Микроконтроллер

SDA – линия данных, SCL – линия синхронизации

1.3 ACCESS.bus

Двухпроводная природа шины и возможность программной адресации делает шину I2C идеальной платформой для ACCESS.bus (Рис. 2). Это более дешевая альтернатива интерфейсу RS-232C для подключения периферии к компьютеру при помощи простого 4-контактного коннектора. (См. Раздел 19.0)

Рисунок 2. ACCESS.bus – дешевая альтернатива интерфейсу RS-232C