I²C

I²C (Inter-Integrated Circuit) je synchronní sériová sběrnice, která používá pouze dva vodiče: SDA (Serial Data) a SCL (Serial Clock). Vyvinula ji Philips (nyní NXP) pro komunikaci mezi integrovanými obvody na jedné desce plošných spojů.

Elektrické vodiče

• SDA – datová linka (obousměrná, half-duplex)
• SCL – hodinová linka (řídí master)
• Obě linky jsou open-drain (otevřený kolektor/drain) – vyžadují pull-up rezistory na napájecí napětí (obvykle 1,8–5 V). To umožňuje více zařízením sdílet stejnou sběrnici.

Logické hodnoty a napěťové úrovně

Protože linky jsou open-drain, logické úrovně jsou:

• Logická 0 – zařízení aktivně stáhne linku k zemi (GND) (nízká úroveň).
• Logická 1 – zařízení linku uvolní, pull-up rezistor vytáhne linku k napájecímu napětí (vysoká úroveň).

Komunikace tedy probíhá aktivním stahováním k zemi pro log. 0 a pasivním uvolněním pro log. 1. Tím je zajištěno, že žádné dva obvody nemohou zkratovat napájení.

Komunikační sekvence (protokol)

Komunikaci vždy zahajuje master (řídicí zařízení). Přenos probíhá v těchto krocích:

1. START podmínka – master stáhne SDA z 1 na 0, zatímco SCL je v log. 1.
2. Adresní bajt – master pošle 7bitovou adresu slave + 1 bit směru (R/W). Adresa 0x00 je rezervována pro broadcast, 0x7F pro speciální účely.
3. ACK/NACK – každý přijímač potvrzuje přijetí bajtu stažením SDA k 0 během 9. hodinového pulzu. Nestažení = NACK (konec nebo chyba).
4. Datové bajty – přenos dat po 8 bitech (MSB first), každý bajt následovaný ACK/NACK.
5. STOP podmínka – master uvolní SDA z 0 na 1, zatímco SCL je v log. 1. Tím ukončí přenos.

Režimy přenosu

• Zápis (Write) – master → slave (bit R/W = 0)
• Čtení (Read) – slave → master (bit R/W = 1); master generuje hodinový signál, slave ovládá SDA
• Opakovaný START (Repeated START) – změna směru bez STOP, umožňuje např. zápis adresy následovaný čtením

Topologie a adresace

• Až 127 zařízení na jednu sběrnici (7bitové adresy, v praxi méně).
• Multi-master – více masterů může sdílet sběrnici; kolize se řeší arbitráží (zařízení, které stáhne linku k 0, vyhrává – ztratí zařízení, které posílalo log. 1).
• Clock stretching – slave může prodloužit hodinový pulz (držet SCL v log. 0), pokud potřebuje více času na zpracování.

Rychlosti

Vztahy

• Sériová komunikace – I²C je sériová sběrnice
• Co je sběrnice – obecná definice
• USB – jiná sériová sběrnice (diferenciální, point-to-point)
• Druhy přenosu a implementace – synchronní, half-duplex, master-slave

Zdroj

Poznámky vytvořené z výukových materiálů sběrnice.