I²C

Az I²C (Inter-Integrated Circuit) egy multi-master, multi-slave, csomagkapcsolt szerial busz, melyet a Philips Semiconductor (ma NXP Semiconductors) feljesztett ki.

Az I²C jellemzően kis távolságú, viszonylag alacsony sebességű IC és fedélzeti rendszerek közötti kommunikációra szokás alkalmazni.

2006. október 10 óta az I²C protokoll alkalmazásához már nem szükséges engedélyezési díjat fizetni, ez a felmentés azonban nem vonatkozik az NXP által kiosztott I²C slave címekre, azokért továbbra is fizetni kell.

Több versenytárs, mint például a Siemens AG (később Infineon Technologies AG, jelenleg Intel mobilkommunikáció), az NEC, a Texas Instruments, az STMicroelectronics (korábban SGS-Thomson), a Motorola (később Freescale, most az NXP), a Nordic Semiconductor és az Intersil, az 1990-es évek közepe óta I²C kompatibilis termékeket dobott a piacra.

Az 1995-ben az Intel által definiált SMBus az I²C részhalmaza, amely azonban kötöttebb szabályokat alkalmaz. Az SMBus egyik célja a robusztusság és az interoperabilitás előmozdítása volt, ennek megfelelően a modern I²C rendszerek jó pár eljárást átemeltek az SMBus-ból, néha támogatva mind az I²C, mind az SMBus-t.

A busz maximális távolsága elvileg 7,6 m, de jellemzően 2-3 m-en szokás alkalmazni.

• 1982-ben az eredeti 100 kHz-es I²C rendszert egyszerű belső buszrendszerként hozták létre az épületvezérlő elektronika számára, különböző Philips chipekkel.
• 1992-ben az 1. verzió 400 kHz gyors módot (FM) és 10 bites címzési módot adott hozzá az 1008 csomópontos kapacitás növeléséhez. Ez volt az első szabványosított változat.
• 1998-ban a 2. verzió hozzáadta a 3,4 MHz -es nagysebességű módot (HS) és kibővítette az energiatakarékossági követelményekkel.
• 2000-ben a 2.1-es változat tisztázta a 2. verziót, jelentős funkcionális változások nélkül.
• 2007-ben a 3-as verzió 1 MHz-es Fast-mode plus (FM+) (20 mA-es meghajtók használatával) és egy eszközazonosító mechanizmust adott a szabványhoz.
• 2012-ben a 4-es verzió az új USDA (adat) és az USCL (óra) vonalakhoz 5 MHz - es ultragyors módot (UFM) adott a szabványhoz, és egy pull-up ellenállás nélküli push-pull logikával hozzárendelt egy gyártói azonosító táblát. Ez csak egy egyirányú busz.
• 2012-ben az 5. változat kijavította a hibákat.
• 2014-ben a 6. verzió két grafikont korrigált. Ez az aktuális szabvány.

Az I²C az adatátvitelhez egy nyitott végű vezetékpárt használ, a soros adatvonalat (SDA) és a soros órajelet (SCL). A két vezetéket ellenállásokkal kell üzemi feszültségre húzni, a vezetékek jellemzően 5V, vagy 3,3V feszültséggel üzemelnek, de ettől eltérő feszültség-specifikáció sem kizárt.

A busz jellemzően 7 vagy 10 bites címzést alkalmaz, de esetenként a 16 bites megoldás is előfordul. Az átvitel jellemző sebességei:

Minden I²C busz két jelből áll: SCL és SDA. Az SCL az órajel, az SDA az adatjel. Az órajelet mindig az aktuális busz-master generálja; egyes slave eszközök időnként alacsonyabb sebességre kényszeríthetik az órát. Ez az úgynevezett clock stretching, és a protokoll is tartalmazza ezt a funkciót.

Ellentétben az UART vagy SPI kapcsolatokkal, az I²C buszvezérlők "nyitott lefolyásúak", vagyis a jelvezetéket alacsonyra húzhatják, de magasra nem. Minden jelvezetéknek kell, hogy legyen egy felhúzó ellenállása arra az esetre, ha egyetlen eszköz sem használja azt, akkor a jelszint magas állapotba kerüljön "magától".

Az ökölszabály szerint a felhúzóellenállások mindig 4.7k-ok, de ez nem minden esetben válik be. Az I²C egy meglehetősen robusztus protokoll, de jellemzően csak rövid vezetékekkel (2-3m) használható. Hosszabb vezetékek esetén az alkalmazott ellenállások értékét érdemes csökkenteni.

Az I²C jelszintjei jellemzően 5V, vagy 3,3V, amik, ha a TTL logikai szintjeik még összeegyeztethetőek, lehetővé teszik, hogy különböző jelszintű eszközöket is közvetlenül egy I²C hálózatba illesszünk. Ha a jelszintkülömbségek túl nagynak bizonyulnának, a kritikus részek közé jelszintváltót kell beiktatni.

A 10 és 7 bites címzés egy hálózaton, egyidejűleg is bonyolódhat, mivel a 7 bites címzésben nem létezhet a vezető "11110" címsorozat.

Néha fontos, hogy egy master sorozatban egyszerre több üzenetet is cserélhessen, anélkül, hogy a buszon lévő többi master belezavarna ebbe a forgalmazásba. Ilyenkor a kell a master-nek az "ismétlődő indulási feltételek"-et alkalmaznia.

A megismételt indítás érdekében az SDA-nak magasnak kell lennie, míg az SCL alacsony. Ezután az SCL-nek magasba vált, majd az SDA újra alacsonyra kerül, miközben az SCL magas.

• Arduino kommunikációs megoldások / példák
• NodeMCU I²C kommunikáció

https://learn.sparkfun.com/tutorials/i2c