Микросхемы с интерфейсом I2C

Концептуально, микросхемы с интерфейсом I2C делятся на 3 категории:

· I2C Bus master – микросхемы, выполняющие роль «ведущего» шины. Как правило, это интерфейсные мосты или микроконтроллеры с данным интерфейсом

· I2C Bus extender – микросхемы, служащие для расширения существующей шины. Необходимы для увеличения длины шины или обхода ограничения ёмкости шины в 400 пФ

· I2C Slaves – класс микросхем периферийных устройств, выступающих в качестве ведомых на шине и выполняющих непосредственно целевые функции.

I2C masters

Как уже было упомянуто выше, в большинстве случаев, микросхемы, выполняющие роль Master на шине I2C, представляют собой микроконтроллеры или микропроцессоры, имеющие уже готовую реализацию интерфейса (чаще – программную реализацию), либо интерфейсные мосты (например, SPI-I2C).

Одним из примеров данных микросхем может выступать микроконтроллер 1986ВЕ91Т фирмы «Миландр» (ядро ARM Cortex M3), имеющий в составе контроллер I2C. Микроконтроллер имеет широкий спектр применения в силу своей производительности (тактовая частота до 80 МГц) и активно используется в гражданской и военной технике.

Более простым и доступным для проведения тестов и решения прикладных задач примером является микроконтроллер ATMega32u4 фирмы «Atmel», использующийся в составе Arduino Leonardo. Он имеет интерфейс TWI, полностью совместимый с I2C.

Микроконтроллер значительно менее производителен чем Cortex M3 (8 МГц), но выигрывает в габаритах и энергопотреблении.

 

Пример схемы подключения микроконтроллера ATMega32u4 (в составе Arduino Leonardo) и цифрового потенциометра AD5171 по интерфейсу I2C:

Рисунок 16. Схема подключения цифрового потенциометра к Arduino по шине I2C

Пример подключения 2-х контроллеров ATMega32u4 (в составе Arduino Leonardo) для обмена данными между собой по интерфейсу I2C:

Рисунок 17. Схема подключения 2-х Arduino между собой по шине I2C

Примером интерфейсного моста, обеспечивающего работу с интерфейсом I2C может быть микросхема CP2120 фирмы «Silicon Labs». Микросхема представляет собой мост SPI-I2C и может быть использована для обеспечения работы с устройствами на шине I2C микроконтроллеров, имеющих только интерфейс SPI. Пример подключения с использованием данной микросхемы:

Рисунок 18. Схема подключения микросхемы CP2120

 

I2C Bus extenders

Как уже упоминалось выше, в отдельный класс микросхем, использующихся при организации взаимодействии по интерфейсу I2C являются расширители шины (bus extenders), позволяющие обеспечить работу с периферийными устройствами на большем расстоянии. В общем случае, данные микросхемы буферизируют данные, получаемые от одного из интерфейсов, подключенных к шине и ретранслируют на другой. В некоторых случаях, данные микросхемы используются для организации шин, в разных сегментах которых используются разные напряжения при передаче сигналов.

Примером данного класса микросхем является P82B715 фирмы «NXP», позволяющая поднять суммарную ёмкость шины до 3000 пФ. Микросхема не производит преобразования уровней или изоляции, но имеет защиту от бросков напряжения.

Пример схемы с использованием данной микросхемы:

Рисунок 19. Схема подключения с использованием микросхемы P82B715

 

Альтернативой данной микросхеме может быть TCA9517A фирмы «Texas Instruments», обеспечивающей прозрачное преобразование уровней сигнала и гальваническую развязку подключенных сегментов шины. Пример подключения периферийного устройства с использованием данной микросхемы:

Рисунок 20. Схема подключения устройства с использованием микросхемы TCA9517A

I2C Slaves

Интерфейс I2C также реализуется в микросхемах датчиков и периферийных устройств ввода-вывода.

Например, при необходимости организовать взаимодействие микроконтроллера по 8-битному параллельному интерфейсу или расширить набор портов ввода-вывода, может использоваться микросхема PCF8574 фирмы «Texas Instruments». PCF8574 содержит 8-битный порт ввода-вывода общего назначения, чтение или запись данных осуществляется любым микроконтроллером или другим устройством по шине I2C. Пример использования данной микросхемы:

Рисунок 21. Схема, использующая микросхему PCF8574

 

Также показательным примером будет DIP-переключатель PCA9561 разработанный «NXP». Переключатель может быть использован для автоматизированной коммутации подключений в электронном модуле или системе управления.