Шина 12с в радиотехнических конструкциях

Видео:I2c шина в iPhone, способы диагностики, причины циклического перезапуска.Скачать

Семенов Б. Ю. Шина I2C в радиотехнических конструкциях

Видео:SPI шина на осциллографеСкачать

Семенов Б. Ю. Шина I2C в радиотехнических конструкциях

От автора

Однокристальные микроконтроллеры стремительно занимают ведущее место в электронной аппаратуре. И если каких-нибудь десять лет назад они могли быть использованы при проектировании только профессионалами – слишком много требовалось дорогостоящих средств для их программирования, – то сегодня «однокристалки» используют даже радиолюбители. Просмотрите подшивку журнала «Радио» за последние несколько лет, и вы убедитесь в справедливости сказанного.¶

Именно микроконтроллер сегодня формирует облик бытовой аудиотехники, видеотехники, средств связи. С передних панелей радиоприемников, магнитол, телевизоров исчезли шкальные индикаторы, ручки настройки, ползунковые регуляторы, переключатели. Их заменили жидкокристаллические табло и кнопки. Значительно усложнилась «начинка» аппаратуры. Очевидно, что десятки разнообразных микросхем, составляющих электронное «нутро» аппаратуры, должны согласованно функционировать, обеспечивая наилучшие технические характеристики и удобство эксплуатации. Решая задачу сопряжения цифровых устройств, разработчики компьютерной техники связали их между собой посредством шин, а способы передачи информации назвали протоколами и стандартизировали их основные принципы. Каждое устройство было снабжено интерфейсом, посредством которого стало возможным подключать его к шине.¶

Если говорить об аналоговой технике, то специализированные аналоговые микросхемы испокон веков имели уникальные собственные выводы для подключения элементов, с помощью которых устанавливались их рабочие режимы или осуществлялись регулировки в процессе эксплуатации. Например, регулировалась громкость звука, контрастность изображения и т. д. Объединять эти выводы с целью выполнения универсальной регулировки не представлялось возможным. Современные микросхемы, предназначенные для использования в новой аппаратуре, решено было снабдить цифровым интерфейсом, «спрятать» настроечные выводы внутрь микросборок, а управлять их режимами программно.¶

Видео:Логический анализатор шины i2cСкачать

Электроника для всех

Видео:Урок 26.3 Соединяем две arduino по шине I2C #iarduinoСкачать

Блог о электронике

Видео:Урок 24. Узнаём адреса устройств на шине I2CСкачать

Интерфейсная шина IIC (I2C)

Один из моих самых любимых интерфейсов. Разработан в компании Philips и право на его использование стоит денег, но все на это дружно положили и пользуют в свое удовольствие, называя только по другому. В Atmel его зовут TWI , но от этого ничего не меняется ? Обычно при разборе IIC во всех книгах ограничиваются примером с EEPROM на этом и ограничиваются. Да еще юзают софтверный Master. Не дождетесь, у меня будет подробный разбор работы этой шины как в режиме Master так и Slave, да еще на аппаратных блоках с полным выполнением всей структуры конечного автомата протокола. Но об этом после, а сейчас основы.

Физический уровень.
Данные передаются по двум проводам — провод данных и провод тактов. Есть ведущий (master) и ведомый (slave), такты генерирует master, ведомый лишь поддакивает при приеме байта. Всего на одной двупроводной шине может быть до 127 устройств . Схема подключения — монтажное И

Передача/Прием сигналов осуществляется прижиманием линии в 0 , в единичку устанавливается сама, за счет подтягивающих резисторов . Их ставить обязательно всегда ! Стандарт! 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. Именно поэтому у I 2 C скорость передачи намного ниже чем у SPI . Обычно IIC работает либо на скорости 10кбит/с — в медленном режиме, либо на 100кбит/с в быстром. Но в реальности можно плавно менять скорость вплоть до нуля.
Ни в коем случае нельзя переключать вывод микроконтроллера в OUT и дергать ногу на +5. Можно запросто словить КЗ и пожечь либо контроллер либо какой-нибудь девайс на шине. Мало ли кто там линию придавит.

Вся передача данных состоит из Стартовой посылки , битов и стоповой посылки . Порядок изменения уровня на шинах задает тип посылки.

После старта передача одного бита данных идет по тактовому импульсу. То есть когда линия SCL в нуле master или slave выставляют бит на SDA (прижимают — если 0 или не прижимают — если 1 линию SDA ) после чего SCL отпускается и master/slave считывают бит. Таким образом, у нас протокол совершенно не зависит от временных интервалов , только от тактовых битов. Поэтому шину I 2 C очень легко отлаживать — если что то не так, то достаточно снизить скорость до байта в минуту и спокойно, обычными вольтметрами, смотреть что у нас происходит. Правда это не прокатит с железным I 2 C , там нет таких низких скоростей. Но что нам мешает затактовать микроконтроллер от ОЧЕНЬ медленного тактового генератора и отладить все по шагам? ?

Читайте также: Шина кама флейм 205 70 r15

Повторим для ясности:

То есть, изменение на шине данных в момент приема данных может быть только при низком уровне на SCL . Когда SCL вверху то идет чтение. Если же у нас SDA меняется при высоком SCL , то это уже служебные команды START или STOP .

Если Slave торомоз и не успевает (у EEPROM, например, низкая скорость записи), то он может насильно положить линию SCL в землю и не давать ведущему генерировать новые такты . Мастер должен это понять и дать слейву прожевать байт. Так что нельзя тупо генерить такты, при отпускании SCL надо следить за тем, что линия поднялась. Если не поднялась, то надо остановиться и ждать до тех пор, пока Slave ее не отпустит. Потом продолжить с того же места.

Логический уровень
Как передаются отдельные биты понятно, теперь о том что эти биты значат. В отличии от SPI тут умная адресная структура. Данные шлются пакетами, каждый пакет состоит из девяти бит. 8 данных и 1 бит подтверждения/не подтверждения приема.

Первый пакет шлется от ведущего к ведомому это физический адрес устройства и бит направления .
Сам адрес состоит из семи бит (вот почему до 127 устройств на шине), а восьмой бит означает что будет делать Slave на следующем байте — принимать или передавать данные . Девятым битом идет бит подтверждения ACK . Если Slave услышал свой адрес и считал полностью, то на девятом такте он придавит линию SDA в 0, сгенерировав ACK — то есть Понял! Мастер, заметя это, понимает, что все идет по плану и можно продолжать. Если Slave не обнаружился, прозевал адрес, неправильно принял байт, сгорел или еще что с ним случилось, то, соответственно, SDA на девятом такте будет прижать некому и ACK не получится. Будет NACK . Мастер с горя хлопнет водки и прекратит свои попытки до лучших времен.

После адресного пакета идут пакеты с данными в ту или другую сторону, в зависимости от бита RW в заголовочном пакете.
Вот, например, Запись. В квадратиках идут номера битов. W=0

Чтение практически также, но тут есть одна тонкость из-за которой я когда то убил кучу времени. При приеме последнего байта надо дать ведомому понять, что в его услугах больше не нуждаемся и отослать NACK на последнем байте. Если отослать ACK то после стопа Master не отпустит линию — такой уж там конечный автомат. Так что прием двух байтов будет выглядеть так (R=1):
Есть еще одно состояние, как повторный старт .
Это когда мы не обьявляя STOP вкатываем на шину еще один START . После него мы можем обратиться к другому устройству не освобождая шину. Но чаще идет обращение к тому же самому устройству и это связано с особенностями организации памяти.

Организация памяти.
Это относится уже не столько к самому протоколу I 2 C , сколько к заморочкам создателей разных EEPROM и прочих I 2 C устройств. Но встречается это повсеместно, поэтому я расскажу про этот момент. Но, повторюсь, это не аксиома, не стандарт и вообще зависит от конкретного Slave устройства. Так что датит в зубы и вкуривать, но обычно так принято.

Итак, о чем речь.
Как видно из протокола, в первом байте мы адресовываем само устройство , а их может быть до 127 штук. Но в самом устройстве вполне может быть очень сложная структура, с кучей ячеек. Например EEPROM с килобайтами данных внутри. Как обращаться с этими данными? Не считывать же все по очереди от нуля до конца — это долго. Поэтому приняли хитрый формат. Это не стандарт, но юзается повсеместно.

Поясню на примере:
Есть микросхема часов реального времени PCF8583 (я про нее еще напишу, следите за обновлениями), общающася по протоколу I 2 C . Внутри нее ячейки памяти, в которых хранятся часы, минуты, секунды, дата, состояние флагов и куча еще всего. До кучи там еще 240 байт просто так, для свободного пользования. Карта адресов этой микросхемы выглядит так:

И вот надо мне установить дату. Для этого надо мне записать две ячейки памяти с адресами 0х05 и 0x06 . Как это сделать? Из даташита я узнаю, что первый байт данных это адрес куда мы будем обращаться, а потом уже идут данные и со следующим байтом счетчик адреса увеличивается на 1. Там же, в даташите, написано что эти часы откликаются на Slave-адрес 1010000х где х — состояние ноги А0 микросхемы . Я эту ногу сразу посадил на 0 так что Slave-адрес у меня 10100000. Очевидно, что на одной шине может быть не более двух экземпляров этой микросхемы с адресами 10100000 и 10100001.

Задача решается так:
Вот и славно. Часы установлены и начали тикать. Но вот надо нам считать те же данные, а вдруг изменились?
С записью все понятно — записали вначале адрес, а потом следом записали данные. А умная микросхема все прекрасно поняла и рассовала по ячейкам. А с чтением? А с чтением все через задницу, в смысле через запись.

То есть, мы, вначале, записываем один байт — адрес. Потом делаем повторный старт, затем снова обращаемся к часам по ее Slave-адресу , но уже с битом R , на чтение. И умная микруха выдает нам байты с адреса который мы в нее вот только что записали. Выглядит это так:
В этих часах так, у других микрух может быть все по другому, но в 99% очень похоже. Адрес, например, может быть двухбайтным или страницу надо будет указать, но сути это не меняет. Цепочка запись-повстарт-чтение это повсеместно.
Вот так, кстати, выглядит чтение данных из часов PCF8583 на экране моего логического анализатора. Тут не полная посылка (все 5 байт просто не влезли в экран), но тут четко видно запись начального адреса, потом повторный старт, и чтение из девайса.

Скриншот с осциллографа RIGOL 1042CD

Арбитраж шины I 2 C.
Почему то все мануалы для начинающих в которых рассматривалась тема протокола IIC как то ссыкливо замалчивают возможность работы двух ведущих на линии. Master-Slave и все тут. А если у нас демократия? И каждый сам себе Master и сам себе Slave ? Согласен, редкий случай, но тем не менее, описывать так описывать. Короче, в случае подобного садо-мазо варианта действует железное правило — кто раньше встал того и тапки. В смысле кто первый начал вещать тот и текущий Master .
Но вот случилось вообще невероятное — два Ведущих начали вещать одновременно . Прям совсем одновременно. Как быть? А тут нам поможет свойство монтажного И — где против лома нуля нет приема. Короче, оба мастера бит за битом играют в простую игру ножик-камень(1 и 0 соответственно). Кто первый выкинет камень против ножика тот и побеждает арбитраж, продолжая вещать дальше. Так что очевидно, что самый важный адрес должен начинаться с нулей, чтобы тот кто к нему пытался обращаться всегда выигрывал арбитраж. Проигравшая же сторона вынуждена ждать пока шина не освободится.

Вроде бы все, практический пример с AVR будет потом, а пока помедитируйте над диаграммой работы конечного автомата TWI передатчика ATmega8. Скоро я вас буду этим грузить!

Страшна? ? На самом деле там все не так брутально. Можно обойтись вообще парой десятков строк кода на ассемблере.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

Видео:Лекция 308. Шина I2CСкачать

200 thoughts on “Интерфейсная шина IIC (I2C)”

(1) OpenID работает криво. Я зашёл как blacklion.livejournal.com и всё равно справа-сверху «войти» (а не «выйти») и не даю комментировать. Пришлось регистрироваться и теперь тут два меня.

(2) Софтового мастера сделать не сложно. А вот слейва как-то просто не получается.

Щас попробую с опен ид поиграться.

Более того, многие предпочитают делать софтовый И2С мастер чтобы не заморачиваться с встроенным в TWI конечным автоматом.

Более того, многие предпочитают делать софтовый И2С мастер чтобы не заморачиваться с встроенным в TWI конечным автоматом.
Я когда первый раз подходил к электронике смотрел на PIC (зачем я это делал!? Зачем на PIC?!) так реализовал мастера в качестве упражнения за вечер. А вот слейва так и не осилил…

Я сделал софтового слейва на AT89C2051, но работало жутко медленно.

плюсадин. я уже раз 5 жаловался что логины глючат ? нашел выход, что залогинился, пару минуток подождал и рефреш. работает, но бесит :\

DI HALT спасибо за статью. Давно ждал рассказ про I2C. ?

Могу поделицца опытом работы конкретно с DS1307. Он, сука, еще тот глючный девайс. Вроде просто, но не все просто. ПРопиши бит СН, запусти часы, не забудь про бит снова, ой а чо горим — а мы забыли Vbat на землю положить…

У меня их почти полный аналог ICL12008 ваще работать не хотят — не отзываются на свой адрес, не дают ACK

и у тебя, Брут? я изъебался с их инициализацией — не пашут и все. взял ds, который считал сгоревшим и не рабочим, по по недоразумению не выкинул — и он заработал. в топку эти ISL, от лукавого они..

А у меня 5 штук их лежит — сэмплы. Надо бы в ST гневный мессадж накатать. МОл чо вы за говно нам подсунули?

Да, есть такое дело ? Вообще при начале работы с IIC девайсом, желательно вдоль и поперек изучить Datasheet к нему. В свое время тоже поломал голову с m41 от ST. Вроде все пишется, все читается, но часы стоят и все тут. Оказалось там есть хитрый битик, который при пропадании всего питания — Vcc и Vbat, останавливает часы и пока его не сбросишь они не пойдут.
Ну и еще обычный прикол с часами, что не все могут работать при отключенной батарейке — даже если Vcc есть, внутри у них стоит контроль, который проверяет разницу между напругой и Vbat, и если Vbat нет, то часы просто ни на что не отвечают ?

p.s. а про NACK в конце чтения это да, самые популярные грабли наверно. Кстати для отлаживания шины если нет крутого осцила, можно прикрутить I2C Sniffer на Atmega8 — оч удобная штука, она в консоли показывает полностью весь обмен в удобоваримом виде.

А чё с ним было голову ломать? Кстати, m41t56 рекомендую, простые и удобные I2C часы. Про битик я давно знал — он у всех часовых изделий от ST присутствует. Наверное, как совместимость с m48t08 — который с батареей на борту. Чтобы батарею не сажать, пока таймкипер лежит на складе, они глушат часы.

О)) На самом деле классная тема! Мне бы сначала с простым UARTом разобраться, а потом только к творению Philips)) Буду ждать исходников…

Отличная статья! А есть последняя диаграмма только в чуть лучшем качестве? А то буквы трудно различить.

Красные пути — нормальная работа
Синие — возможные косяки.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  
  

  источники:

  https://fasad-adelante.ru/shina-12s-v-radiotehnicheskih-konstruktsiyah

  📽️ Видео

  Шина I2CСкачать

  

  Шина данных i2c - декодируем/синхронизируем с помощью осциллографа Lecroy!Скачать

  

  лекция 403 CAN шина- введениеСкачать

  

  Шины 6,00-16 Ozka, аналог Белшины Ф-122Скачать

  

  Введение в шину I2CСкачать

  

  Подключение нескольких устройств, датчиков по I2C (АйТуСи) шинеСкачать

  

  Трансиверы CAN шины TJA1050, MCP2551 как альтернатива RS485Скачать

  

  💡 Arduino - Экраны #1 - LCD1602 и i2c шина - EP6Скачать

  

  Лекция 309. 1-wire интерфейсСкачать

  

  Установщик адресов Flash-i2cСкачать

  

  О выборе шин увеличенной размерности.Скачать

  

  Шина I2C.Скачать