36 / 82
В соответствии с последними изме
нениями в нормативных документах,
касающихся как разработки, так и ис
пользования промышленных прибо
ров и оборудования, практически лю
бые промышленные комплексы или
интерфейсы должны иметь гальвани
ческую развязку. Шина I
2
C (Inter Inte
grated Circuit) представляет собой
несимметричную мультимастерную
двухпроводную шину. Несмотря на то
что эташина предназначена исключи
тельно для передачи данных между
близко расположеннымимикросхема
ми, к ней тоже предъявляются требова
ния по развязке.
Основная проблема при реализа
ции изолированного интерфейса ши
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
36
WWW.SOEL.RUСОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
◆
№ 6 2011
ны I
2
C с использованием стандарт
ных цифровых изоляторов состоит в
том, что режим работы шины отли
чается от того режима, на который
рассчитаны микросхемы изоляторов.
Шина I
2
C работает в двунаправлен
ном полудуплексном режиме, тогда
как стандартные микросхемы циф
ровых изоляторов представляют со
бой однонаправленные устройства.
Для эффективного совместного ис
пользования обеих упомянутых тех
нологий необходимы дополнитель
ные компоненты, которые позволят
преобразовать двунаправленнуюши
ну в два однонаправленных сигналь
ных тракта без внесения значитель
ных задержек.
Ш
ИНА
I
2
C
Выходные каскады устройств, под
ключаемых к шине I
2
C, выполняются
по схеме с открытым стоком, поэтому
линия данных (SDA) и линия тактово
го сигнала (SCL) должныбыть подтяну
ты резисторами к шине питания V
DD
(рис. 1). Соответственно, выдача на ли
нию лог. 0 осуществляется подтяжкой
её к общему проводу, а выдача лог. 1 –
переключением выхода в высокоим
педансное состояние. Смена логичес
кого уровня на линии данных должна
производиться только при низком
уровне на линии SCL, поскольку изме
нение уровня на линии SDA при высо
ком уровне на линии SCL используется
для формирования специальных со
стояний СТАРТ и СТОП. Как правило,
шина I
2
C работает при напряжении 3,3
или 5 В, однако ничто не мешает ис
пользовать её в системах с большим
или меньшим напряжением питания.
При обмене по шине I
2
C использует
ся семибитное адресное пространство с
16 зарезервированными адресами, т.е.
теоретическик однойшинеможет быть
подключено до 112 устройств. На прак
тике же число устройств ограничено
максимально допустимой ёмкостью
шины (400 пФ), из за чего расстояние
между узлами шины не может превы
шать нескольких метров. В стандарте
определенычетыре скоростипередачи
данных: 100 Кбит/с (стандартный ре
жим), 400 Кбит/с (быстрый режим),
1 Мбит/с (быстрый режим «плюс») и
3,4Мбит/с (высокоскоростнойрежим).
Узлы шины могут выступать в двух
качествах: ведущего и ведомого. Веду
щее устройство генерирует тактовый
сигнал и формирует адреса ведомых
устройств, а также инициирует и за
вершает процесс обмен данными. Ве
домое устройство получает от ведуще
го тактовый сигнал, принимает посы
лаемые им адреса и отвечает на его
запросы. На рис. 2 показан типичный
процесс передачи данных между веду
щим и ведомым устройствами.
Для запуска процедуры обмена веду
щий формирует на шине состояние
СТАРТ, после чего передаёт семибит
SDA
SDA
SDA
SDA
SCL
SCL
SCL
SCL
GND
GND
GND
GND
Ведущий МК
Ведомый МК
Ведомый ЦАП
Ведомый АЦП
SDA
SCL
V
DD
R
PU
R
PU
R
PU
R
PU
R
PU
R
PU
R
PU
R
PU
Рис. 1. Шина I
2
C
От ведущего к ведомому
От ведомого к ведущему
A = Подтверждено
S = Старт
P = Стоп
R = Чтение
A = Не подтверждено
W = Запись
S Адрес ведомого W
Данные
Данные
Данные
Данные
Ведущий#передатчик осуществляет запись в ведомый#приёмник
Ведущий#приёмник осуществляет чтение из ведомого#передатчика
A
AR
A
A
A
A
P
P
S Адрес ведомого
Рис. 3. Переключение между режимами передачи и приёма во время пересылки данных
Реализация изолированного интерфейса шины
I
2
C с использованием цифровых изоляторов
Томас Кюгельштадт (США)
В данной статье вкратце описывается работа шины I
2
С, после чего
рассматривается реализация изолированного интерфейса на основе
микросхемы цифрового изолятора с ёмкостным изоляционным
барьером и некоторого числа дополнительных компонентов.
1–7
Адрес
(7#битный)
Данные
(7#битные)
Данные
(7#битные)
1–8
8
9
9
1–8
9
SDA
SCL
Состояние
СТАРТ
Состояние
СТОП
ACK/
NACK
ACK
ACK
R/W
P
S
Рис. 2. Временная диаграмма законченной процедуры пересылки данных
Печатается с разрешения Texas Instruments
(www.ti.com)© СТА-ПРЕСС