ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИФИКАЦИЮ l2C

Обычно для многих приборов выдвигаются следующие критерии:

•полная система обычно состоит, по крайней мере, из одного микроконтроллера и периферийных устройств типа блоков памяти и расширителей ввода - вывода.

•стоимость соединения различных элементов внутри системы должна быть минимальной.

•система, которая выполняет только функции управления, как правило, не требует быстродействующей передачи данных.

•общая эффективность зависит от выбранных элементов и характера межсоединений.

Последовательная структура шины удовлетворяет этим условиям. Хотя последовательные шины не имеют такой производительности как параллельные шины, они требуют меньшего количества проводов и меньшего количества выводов микросхемы.

Элементы, общающиеся друг с другом по последовательной шине должны иметь некоторый протокол, который определяет логику функционирования, избегает всех возможностей беспорядка, потерь данных и блокирования информации, при этом быстрые элементы должны быть способны связаться с медленными элементами.

КОНЦЕПЦИЯ ШИНЫ

Все операции по шине l2C осуществляются при помощи двух проводов:

•линия последовательных данных (SDA):

•линия синхронизации (SCL).

Каждый элемент определяется своим уникальным адресом, в который входит группа приборов и номер конкретного прибора. Группа определяет, является ли это микроконтроллером, LCD-индикатором, памятью или чем-то еще. Например, все устройства памяти имеют код OAh, таймеры и часы реального времени - ODh, устройства телетекста - O2h и т.д.

Любой элемент, инициирующий передачу, является мастером, любой адресуемый элемент является подчиненным. В системах с несколькими мастерами, один и тот же элемент может в разное время выступать или как мастер или как подчиненный.

ТЕРМИНОЛОГИЯ ШИНЫ l2C

Передатчик - элемент, который посылает данные в шину. Приемник - элемент, который получает данные из шины. Master - элемент, который инициализирует передачу, генерирует сигналы синхронизации, и завершает передачу. Slave (подчиненный) - элемент, адресованный мастером Multi-master - система с более чем одним мастером. Арбитраж - процедура, гарантирующая, что, если больше чем один мастер одновременно пробуют управлять шиной, только один из них получит полное управление шиной и обеспечит передачу данных без ошибок.

Синхронизация - синхронизация передачи данных между элементами.

Рисунок 3. Пример конфигурации шины I2C, использующей два микроконтроллера

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

SDA и SCL - двунаправленные линии с открытым стоком (коллектором), соединенные с положительным питающим напряжением через резистор (см. Рисунок 4). Когда шина свободна, обе линии находятся в состоянии "1". Данные могут передаваться по шине I2C со скоростью до 100 kbit/s в стандартном режиме, или до 400 kbit/s в быстром режиме. Число интерфейсов, соединенных с шиной исключительно зависит от емкости шины, максимальное значение которой - 400pF.

PULL-UP RESISTORS

SDA (SERIAL DATA LINE)

SCL (SERIAL CLOCK LINE

-1 Г "

SCLKN1 OUT

SCLK IN

DATAN1 OUT

DATA IN

SCLK N2 OUT

SCLK IN

DATAN2 OUT

DATA IN

. J l .

Рисунок 4. Соединение l2C устройств. ПЕРЕДАЧА БИТА

Из-за разнообразия различных технологий (CMOS, NMOS, биполярные приборы) которые могут быть использованы с шиной l2C, уровни логического "O" и "1" не установлены и зависят от величины питающего напряжения VDD. Для передачи одного бита данных используется один импульс сигнала синхронизации, при этом уровень на линии SDA должен быть неизменным в течение высокого уровня на линии SCL, и может изменяться только при низком уровне на SCL (Рисунок 5). Исключениями служат два особых состояния - START и STOP.

Рисунок 5. Передача бита.

START и STOP.

Существуют два особых состояния шины l2C - start и stop, которые служат для индикации начала и конца передачи и соответственно перехода шины в неактивное состояние. Следует отметить, что до тех пор, пока не установлено состояние start, сигналы на линиях SDA и SCL могут быть совершенно произвольными (Рисунок 6). Это позволяет, в частности, использовать одну линию SDA и несколько линий SLC (например, при нехватке, адресов на одной шине).

Состояние START - переход от "1" к "O" на линии SDA при "1" на линии SCL.