8.5 Интерфейс i2c
Представляет синхронный полудуплексный обмен информацией между 2-мя устройствами в последовательном виде. Физически представляет 2 линии: SDA – линия последовательных данных. SCL – линия синхронизации.
Передача осуществляется младшим разрядом вперед. Синхронный обмен информацией предполагает, что передача 1 бита осуществляется 1-м импульсом на линии SCL. Организуется по принципу ведущего и ведомого устройства, обмен равнозначен.
Система с подключением нескольких устройств имеет вид:
Для организации соединения нескольких устройств адресность осуществляется протоколом интерфейса. Общие характеристики:
линии SDA и SCL – двунаправленные линии, связанные с положительным напряжением источника питания.
Когда шины свободны – они в состоянии 1. Выходные каскады устройств, соединяемые с шиной имеют DC и OK. Структура алгоритма интерфейса имеет следующий вид:
S –старт условие
адрес – адрес ведомого устройства.
R/W – бит направления
A – бит подтверждения.
P – стоп условие.
Старт и стоп условия – это особое состояние, определяющее начало и окончание передачи данных. Старт условие характеризуется переходом из 1 в 0 шины данных при состоянии SCL=1. Стоп условие – переход из 0 в 1 линии SDA при SCL=1. Данные условия генерируются ведущим. Считается, что шина занята после S и заняты после P. Подтверждение А – специальный бит завершения первых 8 разрядов. Тактированный обмен связан с этим битом.
В ходе процедуры приемник должен перевести в 0 данную линию на время данного импульса. Если ведомый приемник не подтверждает прием, то линия данных переводится в 1 ведомым, при этом генерируется стоп условие для обрыва передачи.
Передача данных. Все байты, проходящие по SDA должны быть 8-разрядными. Число передаваемых байт неограниченно. Данные передаются со старшего бита. Если приемник не может принять полные 8 бит, то он устанавливает SCL в 0, переводя передатчик в ожидание. Передача данных продолжается тогда, когда приемник будет готов освободить линию синхронизации. 1-й байт передачи данных представляет собой информацию об устройстве, с которым осуществляется обмен. Адрес имеет длину 7 бит, 8-ой бит определяет признак направления передачи (0 передача, 1 прием). Передача обрывается стоп условием, генерируемое ведущим. Существует стандартная таблица адресов устройств. Адреса ведомого устройства может иметь фиксированные и программные части. Тогда система позволяет подключать несколько однотипных датчиков с возможностью разделения.
Байт данных – 8 бит, несущие операнд. Существует несколько расширений шины I2C:
1)SBAS для организации интерфейса используется дополнительная линия и нет А.
2)I2C с быстрым режимом, обеспечивающего 4-х кратное увеличение скорости обмена.
3)I2C с 10-разрядным адресом, позволяющим подключать до 1024 устройств.
Данная шина позволяет подключать устройства, созданные по различным технологиям, с использованием подтягивающих R.
Данный интерфейс поддерживает большое количество устройств: АЦП, ЦАП, датчики температуры.
Достоинства: большое количество подключаемых устройств без увеличения количества линий, высокая скорость передачи.
Недостатки: сложность архитектуры, что влияет на:
а)сложность программной организации.
б)стоимость изделия с аппаратными модулями.
Существует 2 способа организации интерфейса:
1) аппаратный. Настройка интерфейса, определение устройств для передачи, передача информации.
2)программный. Процедура формирования условий, организация синхронизации, сдвигов и т.д.
8.6 UART (USAT)
Представляет собой модуль для согласования нескольких устройств. Физически интерфейс представляет 2 линии: RX – линия приема. TX – линия передачи. Данный интерфейс организует в общем виде полнодуплексную асинхронную передачу между 2-мя устройствами. Стандартный протокол на предполагает адресацию (существуют разновидности с адресацией).
Стандартно данный интерфейс представляет структуру интерфейса RS-232. Согласно стандарту Intel данный интерфейс может работать в 4-х режимах:
1)режим «1». Выражающий синхронный полудуплексный обмен информаций. Линия RX – линия синхронизации, TX – организует линию данных.
Передача осуществляется в формате 8 бит, старшим битом вперед. 1 бит – 1импульс на линии синхронизации. Организует простейшую передачу CPI.
2)режим «2». Асинхронная передача между 2-мя устройствами в полудуплексном режиме. Подключенные 2 устройства работают с собственными генераторами с равной частотой (отклонение 3%). Формат передачи – 10 разрядов (старт, 8 бит со старшего, стоп). Передача осуществляется формированием на линии передачи старт импульса блоком передатчика модуля UART. Далее приемник осуществляет прием данных побитно в середине передающего импульс. (существуют системы, в которых прием осуществляется в 3-х точках, а истинное значение определяется по можеритарному методу). Передача заканчивается выставлением стоп бита. При данном обмене 2 устройства полноценны.
3)режим «3». Асинхронный полнодуплексный обмен данными в 11 разрядном формате данных: старт, 8 бит, бит пользователя, стоп бит. Передача старшем разрядом вперед. Бит пользователя организуется для контроля передачи данных (флаг ошибки), по которому определяется точность передачи данных.
4)все остальные режимы аналогичны предыдущему. 2 подрежима определяют тактируемую сетку работы интерфейса (от системной тактовой частоты, независимо от работы всех модулей (таймера, модули PCA).
Работа с интерфейсом возможна в 2 режимах:
аппаратный. Цифровое устройство имеет встроенный UART, в котором с помощью регистров управления задается режим работы, организация функционирования. Работа сводится в 2 этапа:
а)инициализация модуля.
б)передача данных посредствам модуля
Все операции выполняются автоматически.
программный. Организация старт и стоп бит, организация передачи данных, математическое выполнение битов точности вычисления.
Применение UART: соединение цифровых устройств с вычислительной машиной (COM-порт). Соединение осуществляется через специальное согласование уровней (MAX 232). В системе безопасности для соединения удаленных датчиков к контрольным панелям (RS 485).
Достоинства UART:
--простое согласование с драйверами вычислительной системы.
--высокая дальность передачи.
--широкое распространение.
Недостатки:
--низкая скорость передачи.
--сложность формирования программного интерфейса.