(Верхняя диаграмма), передача данных (средняя диаграмма), приѐм данных от устройства (нижняя диаграмма).
Команды и данные посылаются бит за битом, причѐм вначале передаѐтся наименее значащий бит LSB (Least Significant Bit). Синхронизация master и slave происходит по спадающему срезу сигнала, когда master замыкает стоком выходного транзистора порта линию данных на провод земли. Через определѐнное время после среза сигнала происходит анализ (выборка) состояния данных на линии (логический «0» или логическая «1») для получения одного бита информации. В зависимости от направления передачи информации в данный момент эту выборку делает либо устройство master, либо устройство slave. Этот метод обмена информацией называют передачей данных в тайм-слотах. Каждый тайм-слот отсчитывается независимо от другого, и в обмене данными могут иметь место паузы без возникновения ошибок.
Почти сразу после присоединения к считывающему устройству (через несколько микросекунд) slave-устройство выдаѐт на линию импульс низкого уровня, чтобы сказать устройству master, что оно на линии и ожидаѐт получения команды. Этот сигнал называется presence pulse (импульс присутствия, далее просто presence). Master может также давать запрос на slave устройство с целью получения presence, путѐм выдачи специального импульса, называемого импульсом сброса (reset pulse, далее просто reset). Если slave принял reset или если он был отсоединѐн от считывающего устройства, он будет анализировать линию данных, и как только линия снова достигнет высокого уровня, slave сгенерирует presence.
3.10.3 Интерфейс i2c
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 однокристальная микроЭВМ;
Узлы общего назначения, такие как буферы ЖКИ, порты ввода-вывода, RAM, E2PROM или преобразователи данных.
Специфические узлы, такие как схемы цифровой настройки и обработки сигнала для радио- и видеосистем, или генераторы тонального набора для телефонии.
Для того чтобы использовать эти общие решения с выгодой для конструкторов и производителей (технологов), а также увеличить эффективность аппаратуры и упростить схемотехнические решения, компания Philips в 1980 году разработала простую двунаправленную двухпроводную шину для эффективного «межмикросхемного» (inter-IC) управления. Шина так и называется – Inter-Integrated Circuit, или IIC (I²C) шина. В настоящее время ассортимент продукции Philips включает более 150 КМОП и биполярных I²Cсовместимых устройств, функционально предназначенных для работы во всех трех вышеперечисленных категориях электронного оборудования. Все I²Cсовместимые 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 [12, 13, 19, 23, 24, 46, 55, 56, 81].
Основной режим работы шины I²C – 100 Кбит/с; 10 Кбит/с в режиме работы с пониженной скоростью. Заметим, что стандарт допускает тактирование с частотой вплоть до нулевой. Для адресации I²C-устройств используется 7 бит.
После пересмотра стандарта в 1992 году становится возможным подключение ещѐ большего количества устройств на одну шину (за счѐт возможности 10-битной адресации), а также большую скорость до 400 кбит/с в скоростном режиме. Соответственно, доступное количество свободных узлов выросло до 1008. Максимально допустимое количество микросхем, подсоединенных к одной шине, ограничивается максимальной емкостью шины в 400 пФ.
Версия стандарта 2.0, выпущенная в 1998 году представила высокоскоростной режим работы со скоростью до 3.4 Мбит/с с пониженным энергопотреблением. Последняя версия 2.1 2000 года включила лишь незначительные доработки.
1 октября 2006 года были отменены лицензионные отчисления за использование протокола I²C. Однако отчисления сохраняются для выделения эксклюзивного подчинѐнного адреса на шине I²C.
Список возможных применений I²C:
Доступ к модулям памяти (RAM, E2PROM, FLASH и др.).
Доступ к низкоскоростным ЦАП/АЦП.
Работа с часами реального времени (RTC).
Регулировка контрастности, насыщенности и цветового баланса мониторов.
Управление интеллектуальными звукоизлучателями (динамиками).
Управление ЖКИ, в том числе в мобильных телефонах.
Чтение информации с датчиков мониторинга и диагностики оборудования, например, термостат центрального процессора или датчик скорости вращения вентилятора охлаждения процессора.
Информационный обмен между микроконтроллерами.