I2C busz használata

Embed Size (px)

Text of I2C busz használata

Philips Semiconductors

Az IC-busz s hasznlata (Specifikcikkal)1995-s kiads1.0 A TERVEZK S A GYRTK ELNYEI AZ IC-BUSSZALA htkznapi elektronika, a tvkzls s az ipari elektronika gyakran sok hasonlsgot mutat a ltszlag fggetlen konstrukcikban. Pldul majdnem minden rendszerben van Intelligens vezrl (ltalban egy egyszer mikrokontroller) ltalnos cl ramkrk, mint pl. LCD vezrl, nll I/O portok, RAM, EEPROM, adatkonverterek Alkalmazs-orientlt ramkrk, mint pl. rdi s televzi rendszerek digitlis hangol s jelfeldolgoz ramkrei, vagy hangtrcszs telefonok DTMF genertorai. A Philips kifejlesztett egy egyszer ktirny, ktvezetkes buszrendszert hatkony IC-k kzti vezrlsre azrt, hogy mind a rendszertervezk, mint a kszlkgyrtk kihasznlhassk ezen hasonlsgokban rejl elnyket, valamint maximalizlhassk a hardver hatkonysgt. A buszt Inter IC-nek, vagy csak rviden IC-busznak nevezik. Napjainkban a Philips gyrtmny IC-k vlasztka tbb mint 150 CMOS s bipolris IC -busszal kompatbilis tpust tartalmaz a korbban megemltett hrom fbb kategria feladatainak elvgzsre. Minden IC -busszal kompatbilis eszkz tartalmaz egy on-chip interfszt, ami az IC buszon lehetv teszi a tbbi eszkzzel a kzvetlen kommunikcit. E tervezsi koncepci szmos illesztsi problmt old meg digitlis vezrls ramkrk tervezsekor. Az IC-busz nhny jellemzje: Csak kt buszvezetk szksges a mkdshez, egy soros adatvonal (SDA) s egy soros rajel (SCL) Mindegyik csatlakoztatott eszkz programbl cmezhet egy egyedi cmmel s a kztk fennll egyszer master/slave kapcsolat segtsgvel, a master kpes adknt s vevknt is zemelni Valdi tbb master-es busz tkzsdetektlssal s arbitrcival az adatveszts elhrtsra, ha kt vagy tbb master egyidejleg kezdene kldeni Soros, 8-bit-es, ktirny adatforgalom, melynek sebessge norml zemmdban 100 kbit/s, gyors zemmdban 400 kbit/s A chipbe ptett szr az adatvonalon lv zavarokat szri ki, megrizve ezzel az adatintegritst Az egy buszra csatlakoztathat IC-k szmt csak a busz kapacitsa korltozza, ami maximum 400 pF lehet. Az egyes bra pldaknt mutat kt IC alkalmazst.

1.1 Tervezk elnyeiAz IC-busszal kompatbilis IC-k segtsgvel a rendszertervezs gyorsan, kzvetlenl haladhat a funkciblokk-diagrammtl a prototpusig. Tovbb az IC-k interfsz nlkl kzvetlen az IC-buszos csatlakozsa lehetsget nyjt egy olyan prototpus rendszerre, ahol a mdosts s a tovbbfejleszts megvalsthat az IC-k egyszer rktsvel, vagy levtelvel. Az IC-busszal kompatbilis IC-k nhny jellemzje, melyek klnsen fontosak a tervezk szmra: A funkcionlis blokkok a blokk-diagrammban megegyeznek a valdi integrlt ramkrkkel; a tervezk gyorsan haladhatnak a blokk-diagramtl a vgs elrendezsig Nem szksges megtervezni a busz interfszt, mert a chip mr tartalmazza azt Az integrlt cmzsi s adattviteli protokoll lehetv teszi a rendszer teljesen szoftveres definilst Ugyanazon IC tpusok sok eltr alkalmazsban is hasznlhatak A tervezsi id lervidl, mivel a tervezk hamar rutint szereznek a gyakran hasznlt funkcionlis blokkok IC-busszal kompatbilis IC-knt val brzolsa miatt IC-ket adhatunk, illetve vehetnk el a rendszerbl anlkl, hogy az a buszon ms ramkrkre kihatna A hibadiagnzis s a hibakeress egyszer; a zavarok azonnal felderthetek Az jrafelhasznlhat szoftvermodulok knyvtrba gyjtsvel a szoftverfejlesztsi id jelentsen rvidthet Ezen elnykn tl, CMOS IC-k az IC busz kompatibilis alkatrszek knlatban tallhat CMOS IC-k a tervezknek specilis lehetsgeket nyjtanak, amelyek klnsen vonzak a hordozhat berendezsek s telepek szmra. Mindegyikk rendelkezik: Rendkvl alacsony ramfelvtellel Nagy zajtrssel Szles zemi feszltsg tartomnnyal Szles zemi hmrsklet tartomnnyal

1995 prilis

1

Philips Semiconductors

Az IC-busz s hasznlata (Specifikcikkal)1995-s kiadsSDA SCL

MIKROKONTROLLER PCB83C528

PLL SZINTZER TSA5512

NEM FELEJT MEMRIA PCF8582E

M/S SZNDEKDER TDA9160A

STEREO/DUAL HANGDEKDER TDA9840 SDA SCL

KPJEL FELJAVTS TDA4670

DTMF GENERTOR PCD3311

HI-FI HANG FELDOLGOZ TDA9860

VONALI ILLESZT PCA1070

KPFELDOLGOZ TDA4685

ADPCM PCD5032

EGYCHIPES TEXT SAA52XX

BURST-MD VEZRL PCD5042

KIJELZS A KPERNYN PCA8510

MIKROKONTROLLER P80CLXXX

(a)

(b)

1. bra: kt plda I2C-buszos alkalmazsra (a) nagyteljestmny, ersen integrlt TV kszlk, (b) DECT vezetk nlkli alaplloms 1995 prilis 2

Philips Semiconductors

Az IC-busz s hasznlata (Specifikcikkal)1995-s kiads1.2 A gyrtk elnyeiAz IC-busszal kompatbilis integrlt ramkrk nem csak a tervezoket segtik, hanem szmos elnyt nyjtanak kszlkgyrtk szmra is: Az egyszer ktvezetkes soros IC-busz minimalizlja az sszekttetseket, gy kevesebb IC lbat s huzalozst tartalmaz a nyomtatott ramkr, melynek eredmnyeknt kisebb s olcsbb lesz. A teljesen integrlt IC-bus protokoll kiiktatja a szksges cmdekdereket s az egyb jrulkos logikai ramkrket Az IC-busz tbbmasteres kpessge lehetv teszi a gyors tesztelst s a vgfelhasznl mszerek kls csatlakoztatst egy assemly-line szmtgphez A helyignyt mgtovbb cskkenti, hogy az, hogy az IC -busszal kompatbilis IC-k rendelkezsre llnak SO (Small Outline), VSO (Very Small Outline), valamint DIL tokozsban Ez csak nhny az elnyk kzl. Tovbb az IC-busszal kompatbilis IC-k nvelik a rendszertervezs rugalmassgt azzal, hogy lehetv tesznek egyszer konstrukcij kszlkvltozatokat s a tpusok knny korszerstst. gy egy teljes kszlkcsald kifejlteszthet egy alaptpus krl. A tovbbfejleszts egy j kszlkre, vagy kivvtett kpessg modelekre mr knnyen megvalsthat a megfelel IC-k buszra csatlakoztatsval. Ha pl. nagyobb ROM szksges, akkor ez egyszeren egy nagyobb ROM-mal rendelkez mikrokontroller kivlasztsnak a krdse a szles tpusvlasztkbl. Amint egy j IC feleslegess tesz egy rgebbit, egyszer jabb jellemzket hozzadni, vagy nvelni a teljestmnyt, egyszeren az elavult IC-t levesszk a buszrl, az jat meg rktjk.

1.3 Az ACCESS.busAz IC-busz egy msik vonz tulajdonsga a tervezk s gyrtk szmra az, hogy az egyszer 2 vezetkes jellege s a szoftveres cmzs lehetsge idelis platformm teszi az Access.bus szmra (2. bra). Ez egy olcs alternativja az RS-232 interface-nek ahhoz, hogy perifrikat kssnk egy szmtgphez egy egyszer 4 ts csatlakozn keresztl.

2. bra: Az ACCESS.bus egy alacsony kltsg alternatvja az RS-232C interfsznek

1995 prilis

3

Philips Semiconductors

Az IC-busz s hasznlata (Specifikcikkal)1995-s kiads2.0 BEVEZETS AZ IC-BUSZ LERSBAA 8-bites digitlis vezrls alkalmazsoknl, mint pl. a mikrokontrollert ignyeleknl, megllapthatak bizonyos tervezsi felttelek. ltalban egy komplett rendszer legalbb egy mikrokontrollerbl s tovbbi perifriaeszkzkbl ll, mint pl. memrik s I/O bvtsek A renszerben a klnbz eszkzk csatlakoztatsi kltsgnek minimlisnak kell lennie Egy vezrlsi feladatokat ellt renszer nem ignyel nagy sebessg adattvitelt Az egsz hatkonysga az eszkzk kivlasztstl s az sszekt buszstruktra termszettl fgg Egy olyan rendszer megvalstshoz, amely eleget tesz ezeknek a kritriumoknak, soros buszstruktra szksges. Br a soros buszok nem rendelkeznek olyan tviteli kapactssal, mint a prhuzamos buszok, de kevesebb vezetket s IC lbat ignyelnek. Egy busz nemcsak az sszekt vezetkekbl ll, hanem magba foglalja a kommunikcihoz szksges formtumokat s eljrsokat is. Az eszkzknek ahhoz, hogy ms eszkzkkel kommunikljanak egy soros buszon, rendelkeznik kell a protokoll nhny 1. Tblzat: Az IC-buszos kifejezsek definicija KIFEJEZS Kld (Transmitter) Vev (Receiver) Master Slave Multi-master Arbitrci Szinkronizci Eljrs kt vagy tbb eszkz rajelnek a szinkronizlsra Az az eszkz, amelyik adatokat kld a buszra Az az eszkz, amelyik adatokat fogad a buszrl Az az eszkz, amelyik kezdemnyezi az tvitelt, generlja az rajelet s befejezi az tvitelt A master ltal megcmzett eszkz formtumval, amely megsznteti az adatveszts, zrzavar s az informci elakads lehetsgt. A gyors eszkzknek tudniuk kell kommuniklni a lass eszkzkkel. A rendszer nem fgghet a rkttt eszkzktl, msklnben a vltoztatsok s tkletestsek nem lehetsgesek. Egy megtervezett eljrsnak kell lennie annak eldntsre, hogy melyik eszkz s mikor vezrli a buszt. Ha klnbz eszkzk klnbz sebessggel kapcsoldnak a buszra, akkor meghatrozottnak kell lennie a busz rajelforrsnak. Ezeket a kritriumokat mind magba foglalja az IC-busz specifikcija.

3.0 AZ IC-BUSZ ELGONDOLSAz IC-busz tmogat valamennyi IC gyrtsi technolgit (NMOS, CMOS, bipolris). Kt vezetk, a soros adat (SDA) s a soros rajel (SCL) tovbbtja az informcikat a buszra kttt eszkzk kztt. Minden eszkzt egy egyedi cm ltal ismernek fel vajon egy mikrokontroller, LCD driver, memria, vagy billentyzet interfsz-e s mkdhet akr kld, akr fogadknt is az eszkz funkcitl fggen. Nyilvnvalan egy LCD driver csak fogad, ezzel szemben egy memria tudja az adatokat fogadni s kldeni is. A tovbbiakban: kldk s fogadk. Amikor az eszkzk adattvitelt valstanak meg, tekinthetjk ket master-nek s slave-nek. A master az az eszkz, amely megkezd egy adattvitelt a buszon s generlja az rajeleket az tvitel lebonyoltshoz. Brmely ezalatt megcmzett eszkzt slave-nek tekintnk.

LERS

MIKROKONTROLLER 'A'

LCD MEGHAJT

STATIKUS RAM VAGY EEPROM

SDA

SCL

GATE ARRAY

ADC

MIKROKONTROLLER 'B'

3. bra: Plda kt mikrokontrollert hasznl I2C-busz konfigurcira

1995 prilis

4

Philips Semiconductors

Az IC-busz s hasznlata (Specifikcikkal)1995-s kiadsAz IC-busz egy tbbmasteres busz. Ez azt jelenti, hogy egynl tbb eszkz lehet a buszra ktve, mely kpes azt vezrelni. Minthogy a masterek ltalban mikrokontrollerek, vegyk szemgyre az adattvitelt kt IC-buszra kttt mikrokontroller kztt (3. bra). Ez rvilgt az IC-buszon tallhat masterslave s kld-fogad kapcsolatokra. Meg kell jegyeznnk, hogy ezek a kapcsolatok nem llandak, s csak az adott pillanat adattviteli rnytl fggenek. Az adattvitel a kvetkezkppen trtnik: 1. Tegyk fel, hogy az A mikrokontroller informcit akar kldeni a B mikrokontrollernek: - Az A mikrokontroller (master) megcmzi a B mikrokontrollert (