I/O Expander IC

Το I2C είναι ένας σύγχρονος σειριακός δίαυλος επικοινωνίας ειδικά σχεδιασμένος για τη σύνδεση περιφερειακών συσκευών χαμηλής-ταχύτητας σε ενσωματωμένα συστήματα. Απαιτούνται μόνο δύο γραμμές σήματος για την υλοποίηση αμφίδρομης επικοινωνίας μεταξύ συνδεδεμένων συσκευών: η Γραμμή Σειριακών Δεδομένων (SDA) είναι υπεύθυνη για τη μετάδοση των πραγματικών δεδομένων υπηρεσίας, ενώ η Γραμμή Σειριακού Ρολογιού (SCL) εξάγει σήματα σύγχρονων ρολογιών για να συντονίζει το χρονισμό της επικοινωνίας. Το I2C χρησιμοποιεί μια αρχιτεκτονική πολλαπλών-master multi-slave, η οποία επιτρέπει τη σύνδεση πολλαπλών βασικών συσκευών και πολλαπλών βοηθητικών συσκευών ταυτόχρονα σε έναν μόνο δίαυλο και επιτρέπει σε οποιαδήποτε κύρια συσκευή να εκκινεί διαδικασίες επικοινωνίας. Σε κάθε εξαρτημένη συσκευή στο δίαυλο εκχωρείται μια μοναδική διεύθυνση 7-bit ή 10-bit, μέσω της οποίας ο κύριος προσδιορίζει τη εξαρτημένη συσκευή-στόχο για επικοινωνία. Αυτός ο σχεδιασμός αφαιρεί την ανάγκη για πρόσθετες γραμμές σήματος επιλογής chip, με αποτέλεσμα την απλή και καθαρή καλωδίωση υλικού. Η επικοινωνία I2C χρησιμοποιεί μια ανοιχτή{19}}λειτουργία εξόδου αποστράγγισης και απαιτούνται εξωτερικές αντιστάσεις έλξης{{21} προς τα πάνω για να διασφαλιστεί η έξοδος κανονικού επιπέδου. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές, ο ρυθμός επικοινωνίας του I2C διαιρείται σε Standard Mode (100 kbps), Fast Mode (400 kbps) και High{25}}Speed ​​Mode (3,4 Mbps), που μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις επικοινωνίας της συντριπτικής πλειονότητας των περιφερειακών χαμηλής ταχύτητας. Τα τυπικά σενάρια εφαρμογών περιλαμβάνουν συνδέσεις μεταξύ του κύριου τσιπ ελέγχου και συσκευών όπως τσιπ μνήμης EEPROM, διάφορους αισθητήρες (π.χ. αισθητήρες θερμοκρασίας, αισθητήρες επιτάχυνσης), οθόνες OLED και ρολόγια πραγματικού χρόνου (RTC).

Το SPI είναι ένας πλήρης-αμφίδρομος δίαυλος σύγχρονης σειριακής επικοινωνίας που υιοθετεί μια κύρια-υποτελή αρχιτεκτονική και γενικά αποτελείται από μία κύρια συσκευή και μία ή περισσότερες υποτελείς συσκευές. Η βασική επικοινωνία απαιτεί τέσσερις γραμμές σήματος: Master In/Slave Out (MISO), η οποία είναι υπεύθυνη για τη μετάδοση δεδομένων από τη εξαρτημένη συσκευή στην κύρια συσκευή. Master Out/Slave In (MOSI), το οποίο είναι υπεύθυνο για τη μετάδοση δεδομένων από την κύρια συσκευή στη δευτερεύουσα συσκευή. Σειριακό ρολόι (SCK), το οποίο παράγει σήματα ρολογιού από την κύρια μονάδα για την επίτευξη συγχρονισμού επικοινωνίας. και Slave Select (SS), όπου ο κύριος τραβάει το επίπεδο χαμηλά για να επιλέξει τη στοχευόμενη εξαρτώμενη συσκευή και οι μη επιλεγμένες υποτελείς συσκευές δεν θα ανταποκρίνονται στην επικοινωνία διαύλου. Το SPI υποστηρίζει πλήρη-αμφίδρομη ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων, δεν απαιτεί σύνθετη διαδικασία διευθυνσιοδότησης διευθύνσεων και διαθέτει ένα απλοποιημένο πρωτόκολλο επικοινωνίας. Επιπλέον, ο ρυθμός επικοινωνίας του SPI είναι σημαντικά υψηλότερος από αυτόν του I2C και συνήθως μπορεί να φτάσει δεκάδες Mbps ή και υψηλότερος, καθιστώντας το κατάλληλο για σενάρια εφαρμογών με υψηλές απαιτήσεις ταχύτητας μετάδοσης. Επί του παρόντος, δεν υπάρχει ενοποιημένη επίσημη τυπική προδιαγραφή για το SPI και υπάρχουν μικρές διαφορές στον χρονισμό επικοινωνίας συσκευών διαφορετικών κατασκευαστών. Όταν είναι συνδεδεμένες πολλές εξαρτημένες συσκευές, η σύνδεση μπορεί να υλοποιηθεί είτε μέσω ανεξάρτητων γραμμών επιλογής τσιπ είτε μέσω διαδοχικής διαμόρφωσης αλυσίδας-. Τα κοινά σενάρια εφαρμογών περιλαμβάνουν περιφερειακά{11}}υψηλής ταχύτητας, όπως τσιπ μνήμης SPI Flash, οθόνες LCD, τσιπ μετατροπής αναλογικών-σε-ψηφιακών ADC και τσιπ δικτύου.

Το I/O Expander IC είναι η πιο βασική προγραμματιζόμενη ακίδα που είναι ενσωματωμένη σε τσιπ μικροελεγκτή και μικροεπεξεργαστή. Η λειτουργία pin μπορεί να διαμορφωθεί μέσω λογισμικού και μπορεί να εφαρμόσει απευθείας την έξοδο επιπέδου και την ανάγνωση στάθμης χωρίς εξωτερικά αποκλειστικά κυκλώματα διεπαφής επικοινωνίας. Όταν ρυθμιστεί σε λειτουργία εξόδου, το GPIO μπορεί να εξάγει δύο καταστάσεις, δηλαδή υψηλό επίπεδο και χαμηλό επίπεδο, για τον έλεγχο εξωτερικών συσκευών. όταν ρυθμίζεται σε λειτουργία εισόδου, μπορεί να διαβάσει την είσοδο υψηλών και χαμηλών επιπέδων από εξωτερικά κυκλώματα για να λαμβάνει σήματα κατάστασης εξωτερικών συσκευών. Ορισμένα GPIO υποστηρίζουν επίσης λειτουργίες πολυπλεξίας, οι οποίες μπορούν να διαμορφωθούν ως ακίδες συγκεκριμένων διεπαφών επικοινωνίας και υποστηρίζουν επίσης ειδικές λειτουργίες όπως η ενεργοποίηση εξωτερικής διακοπής και η έξοδος διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM). Το GPIO διαθέτει ευέλικτη και βολική εφαρμογή με χαμηλό κόστος ανάπτυξης υλικού και είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη διεπαφή εισόδου/εξόδου σε ενσωματωμένα συστήματα, η οποία μπορεί να προσαρμοστεί σε διάφορες απλές απαιτήσεις εισόδου και εξόδου χαμηλής-ταχύτητας. Εκτός από την άμεση σύνδεση με συνηθισμένους διακόπτες και ενδεικτικές λυχνίες, οι προγραμματιστές μπορούν επίσης να προσομοιώσουν το χρονισμό επικοινωνίας μέσω GPIO και να εφαρμόσουν σειριακά πρωτόκολλα επικοινωνίας όπως I2C και SPI μέσω λογισμικού, ώστε να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις προσαρμογής ειδικών σεναρίων υλικού.