Αναπτύχθηκε από τη Philips τη δεκαετία του 1980, το I2C (εναλλακτικά γράφεται I2C) έχει γίνει ένα από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα πρωτόκολλα σειριακής επικοινωνίας στα ηλεκτρονικά. Το I2C διευκολύνει την επικοινωνία μεταξύ ηλεκτρονικών εξαρτημάτων ή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, είτε τα εξαρτήματα βρίσκονται στο ίδιο PCB είτε συνδέονται με ένα καλώδιο.
Τι είναι το Πρωτόκολλο I2C;
Το I2C είναι ένα σειριακό πρωτόκολλο επικοινωνίας που απαιτεί μόνο δύο γραμμές σήματος. Σχεδιάστηκε για επικοινωνία μεταξύ τσιπ σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB). Το I2C σχεδιάστηκε αρχικά για επικοινωνία 100 Kbps. Ωστόσο, έχουν αναπτυχθεί ταχύτεροι τρόποι μετάδοσης δεδομένων με την πάροδο των ετών για να επιτυγχάνονται ταχύτητες έως και 3.4 Mbit.
Το βασικό χαρακτηριστικό του I2C είναι η δυνατότητα να διαθέτει πολλά εξαρτήματα σε έναν μόνο δίαυλο επικοινωνίας με μόνο δύο καλώδια, γεγονός που καθιστά το I2C ιδανικό για απλές εφαρμογές. Το πρωτόκολλο I2C έχει καθιερωθεί ως επίσημο πρότυπο, επιτρέποντας συμβατότητα προς τα πίσω μεταξύ των υλοποιήσεων I2C.
Σήματα I2C
Το πρωτόκολλο I2C χρησιμοποιεί δύο αμφίδρομες γραμμές σήματος για την επικοινωνία με τις συσκευές στο δίαυλο επικοινωνίας. Τα δύο σήματα που χρησιμοποιούνται είναι:
- Σειρά δεδομένων γραμμής (SDL)
- Ρολόι σειριακών δεδομένων (SDC)
Ο λόγος που το I2C μπορεί να χρησιμοποιήσει μόνο δύο σήματα για να επικοινωνήσει με πολλά περιφερειακά είναι ο τρόπος χειρισμού της επικοινωνίας κατά μήκος του διαύλου. Κάθε επικοινωνία I2C ξεκινά με μια διεύθυνση 7-bit (ή 10-bit) που καλεί τη διεύθυνση της περιφερειακής συσκευής.
Αυτό επιτρέπει σε πολλές συσκευές στο δίαυλο I2C να παίζουν το ρόλο της κύριας συσκευής όπως επιβάλλουν οι ανάγκες του συστήματος. Για την αποφυγή συγκρούσεων επικοινωνίας, το πρωτόκολλο I2C περιλαμβάνει δυνατότητες διαιτησίας και ανίχνευσης σύγκρουσης, οι οποίες επιτρέπουν την ομαλή επικοινωνία κατά μήκος του διαύλου.
Οφέλη του I2C
Ως πρωτόκολλο επικοινωνίας, το I2C έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
- Ευέλικτοι ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων.
- Μεγαλύτερη απόσταση επικοινωνίας από το SPI.
- Κάθε συσκευή στο λεωφορείο είναι ανεξάρτητα διευθυνσιοδοτούμενη.
- Οι συσκευές έχουν μια απλή κύρια/δευτερεύουσα σχέση.
- Απαιτούνται μόνο δύο γραμμές σήματος.
- Είναι ικανό να χειρίζεται πολλαπλές κύριες επικοινωνίες παρέχοντας διαιτησία και ανίχνευση σύγκρουσης επικοινωνίας.
Περιορισμοί του I2C
Με όλα αυτά τα πλεονεκτήματα, το I2C έχει επίσης μερικούς περιορισμούς που μπορεί να χρειαστεί να σχεδιαστούν. Οι πιο σημαντικοί περιορισμοί I2C περιλαμβάνουν:
- Δεδομένου ότι μόνο 7-bit (ή 10-bit) είναι διαθέσιμα για διευθυνσιοδότηση συσκευών, οι συσκευές στον ίδιο δίαυλο μπορούν να μοιράζονται την ίδια διεύθυνση. Ορισμένες συσκευές μπορούν να διαμορφώσουν τα τελευταία bit της διεύθυνσης, αλλά αυτό επιβάλλει έναν περιορισμό των συσκευών στον ίδιο δίαυλο.
- Μόνο λίγες περιορισμένες ταχύτητες επικοινωνίας είναι διαθέσιμες και πολλές συσκευές δεν υποστηρίζουν τη μετάδοση σε υψηλότερες ταχύτητες. Απαιτείται μερική υποστήριξη για κάθε ταχύτητα στο λεωφορείο για να αποτρέψει τις πιο αργές συσκευές να πιάσουν μερικές μεταδόσεις που μπορεί να οδηγήσουν σε λειτουργικές δυσλειτουργίες.
- Η κοινόχρηστη φύση του διαύλου I2C μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα να κρέμεται ολόκληρο το λεωφορείο όταν σταματήσει να λειτουργεί μια μεμονωμένη συσκευή στο λεωφορείο. Η ανακύκλωση του ρεύματος στο λεωφορείο μπορεί να αποκαταστήσει τη σωστή λειτουργία.
- Δεδομένου ότι οι συσκευές ορίζουν τη δική τους ταχύτητα επικοινωνίας, οι πιο αργές λειτουργικές συσκευές μπορούν να καθυστερήσουν τη λειτουργία ταχύτερων συσκευών.
- Το I2C αντλεί περισσότερη ισχύ από άλλους σειριακούς διαύλους επικοινωνίας λόγω της τοπολογίας ανοιχτής αποστράγγισης των γραμμών επικοινωνίας.
- Οι περιορισμοί του διαύλου I2C συνήθως περιορίζουν τον αριθμό των συσκευών σε ένα λεωφορείο σε περίπου μια ντουζίνα.
Εφαρμογές I2C
Το I2C είναι μια εξαιρετική επιλογή για εφαρμογές που απαιτούν χαμηλό κόστος και απλή υλοποίηση και όχι υψηλή ταχύτητα. Για παράδειγμα, οι συνήθεις χρήσεις του πρωτοκόλλου επικοινωνίας I2C περιλαμβάνουν:
- Ανάγνωση ορισμένων IC μνήμης.
- Πρόσβαση σε DAC και ADC.
- Μετάδοση και έλεγχος ενεργειών που κατευθύνονται από τον χρήστη.
- Ανάγνωση αισθητήρων υλικού.
- Επικοινωνία με πολλαπλούς μικροελεγκτή.
