Được Philips phát triển vào những năm 1980, I2C (cách đánh vần là I2C) đã trở thành một trong những giao thức truyền thông nối tiếp được sử dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực điện tử. I2C tạo điều kiện giao tiếp giữa các thành phần điện tử hoặc mạch tích hợp, cho dù các thành phần nằm trên cùng một PCB hoặc được kết nối bằng cáp.
Giao thức I2C là gì?
I2C là một giao thức truyền thông nối tiếp chỉ yêu cầu hai đường tín hiệu. Nó được thiết kế để giao tiếp giữa các chip trên bảng mạch in (PCB). I2C ban đầu được thiết kế cho giao tiếp 100 Kbps. Tuy nhiên, các chế độ truyền dữ liệu nhanh hơn đã được phát triển trong nhiều năm để đạt được tốc độ lên đến 3.4 Mbit.
Tính năng chính của I2C là khả năng có nhiều thành phần trên một bus truyền thông duy nhất chỉ với hai dây, điều này làm cho I2C trở nên hoàn hảo cho các ứng dụng đơn giản. Giao thức I2C đã được thiết lập như một tiêu chuẩn chính thức, cho phép tương thích ngược giữa các triển khai I2C.
Tín hiệu I2C
Giao thức I2C sử dụng hai đường tín hiệu hai chiều để giao tiếp với các thiết bị trên bus truyền thông. Hai tín hiệu được sử dụng là:
- Dòng Dữ liệu Nối tiếp (SDL)
- Đồng hồ dữ liệu nối tiếp (SDC)
Lý do mà I2C chỉ có thể sử dụng hai tín hiệu để giao tiếp với một số thiết bị ngoại vi là ở cách xử lý giao tiếp dọc theo bus. Mỗi giao tiếp I2C bắt đầu bằng một địa chỉ 7 bit (hoặc 10 bit) gọi ra địa chỉ của thiết bị ngoại vi.
Điều này cho phép nhiều thiết bị trên bus I2C đóng vai trò của thiết bị chính khi hệ thống ra lệnh. Để ngăn chặn xung đột giao tiếp, giao thức I2C bao gồm khả năng phân xử và phát hiện xung đột, cho phép giao tiếp thông suốt dọc theo xe buýt.
Lợi ích của I2C
Là một giao thức truyền thông, I2C có những ưu điểm sau:
- Tốc độ truyền dữ liệu linh hoạt.
- Giao tiếp khoảng cách xa hơn SPI.
- Mỗi thiết bị trên xe buýt đều có thể định địa chỉ độc lập.
- Thiết bị có mối quan hệ chính / phụ đơn giản.
- Nó chỉ yêu cầu hai đường tín hiệu.
- Nó có khả năng xử lý nhiều giao tiếp chính bằng cách cung cấp khả năng phân xử và phát hiện xung đột giao tiếp.
Hạn chế của I2C
Với tất cả những ưu điểm trên, I2C cũng có một vài hạn chế có thể cần được thiết kế xung quanh. Các hạn chế quan trọng nhất của I2C bao gồm:
- Vì chỉ có 7-bit (hoặc 10-bit) có sẵn để định địa chỉ thiết bị, các thiết bị trên cùng một bus có thể chia sẻ cùng một địa chỉ. Một số thiết bị có thể định cấu hình một vài bit cuối cùng của địa chỉ, nhưng điều này đặt ra hạn chế đối với các thiết bị trên cùng một bus.
- Chỉ có một số tốc độ truyền thông giới hạn và nhiều thiết bị không hỗ trợ truyền ở tốc độ cao hơn. Cần hỗ trợ một phần cho mỗi tốc độ trên xe buýt để ngăn các thiết bị chậm hơn bắt được các đường truyền một phần có thể dẫn đến trục trặc khi vận hành.
- Tính chất dùng chung của bus I2C có thể dẫn đến treo toàn bộ bus khi một thiết bị duy nhất trên bus ngừng hoạt động. Đạp xe cấp nguồn cho xe buýt có thể khôi phục lại hoạt động bình thường.
- Vì các thiết bị tự đặt tốc độ truyền thông, các thiết bị hoạt động chậm hơn có thể trì hoãn hoạt động của các thiết bị nhanh hơn.
- I2C tiêu thụ nhiều năng lượng hơn các bus truyền thông nối tiếp khác do cấu trúc liên kết hở của các đường truyền thông.
- Những hạn chế của bus I2C thường giới hạn số lượng thiết bị trên bus ở mức khoảng chục.
Ứng dụng I2C
I2C là một lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng yêu cầu chi phí thấp và thực hiện đơn giản hơn là tốc độ cao. Ví dụ, các cách sử dụng phổ biến của giao thức truyền thông I2C bao gồm:
- Đọc IC nhớ nhất định.
- Truy cập DAC và ADC.
- Truyền và kiểm soát các hành động do người dùng hướng dẫn.
- Đọc cảm biến phần cứng.
- Giao tiếp với nhiều bộ điều khiển vi mô.
