I2C - 回路間バス

I2Cバスは、組み込みの領域で非常によく使われています。その仕組みとRaspberry Piでの設定方法を例を挙げて説明します。

I2C特性

Inter-Integrated Circuit Busは、同期式シリアル通信バスである。1982年にフィリップスセミコンダクターズが発明を担当したが、このインターフェースはすぐに人気を博した。

よく使われる同義語はI²C、I2CまたはIICを使用します。このインタフェースは、コントローラ-ターゲット・アーキテクチャを利用し、コントローラはわずか2本のワイヤで最大112台のデバイスと通信することができます。

コントローラは、特定のターゲットのニーズに合わせてビットレートを調整することができます。従って、I2Cはセンサー、EEPROMデバイス、クロック、モータードライバなど、多くのデバイスと互換性があります。

配線

I2Cバスの配線は2本で済むので、これ以上ないくらい簡単です。コントローラのシリアルクロック（SCL）ピンをターゲットのシリアルクロックピンに接続し、同様にターゲットのシリアルデータ（SDA）ピンを接続します。あとは、I2Cソフトウェアがやってくれます。

I2Cデバイスに電源を供給する必要がある場合は、Raspberry Piの3V3、5V、GROUNDピンを使用することができます。

のようなデバイスもあります。 BME688ブレイクアウトボード はI2Cヘッダを持つので、接続に配線は不要です。

I2C通信

集積回路バスは、わずか2本の配線で128台の機器を接続することができます。これを可能にしたのは、通信原理の工夫です。

SDA と SCL は決してアクティブにハイに駆動されることはありません。デバイスがロジック 1 を送信したい場合は、ワイヤーをフローティングのままにします。ロジックゼロを送信する場合は、ワイヤーをグランドに引き出します。

コントローラが通信を開始する。ネットワーク上のどの機器もコントローラーとターゲットとして機能することができます。

下の図は、それぞれのビットを示しています。

通信を開始するために、コントローラはStartビットに続いて、ターゲットのI2Cアドレスと希望の動作モード（R - リードまたはW - ライト）を送信します。

I2C通信では、ターゲットは8ビット毎（1バイト毎）にACKビットを返さなければならない。アドレス空間は通常7ビットなので、128（0〜127）個のアドレスがあります。そのうち16個は予約されています。そのうち16個は予約されているので、112個がデバイスのアドレスになります。

ターゲットアドレスと動作モードは1バイトなので、ターゲットはACKビットを返さなければならない。次にコントローラは（8ビットの）レジスタアドレスを送り、ターゲットはそれを再度確認する。これ以降、リードとライトの通信が異なる。

書き込みの場合、コントローラはデータを8ビットブロック単位で送信するだけです。ターゲットは各ブロックを確認します。コントローラは、書き込みを終了すると、ストップビットを送信します。

読み出しの場合、コントローラはStartビットを再度送信し、その後にターゲットアドレスを送信します。ターゲットが確認し、8ビットブロックでのデータ送信を開始します。このとき、コントローラは各バイトを確認する必要があります。読み出しを停止するには、コントローラはNACKビットを送信し、最後にStopビットを送信します。

メリット・デメリットとアプリケーション

メリット

I2C Busの利点ははっきりしています。たった2本のワイヤーと2本のピンだけで128個のデバイスを接続することができるのです。これは実に強力です。さらに、スピードも自在です。ハードウェアのセットアップも非常に簡単です。SPIとは異なり、コントローラはターゲットがデータを正しく受信したかどうかを知ることができます。

デメリット

インターインテグレート回路バスは、プルアップ抵抗を使用するため、スペースと電力を必要とします。SPIに比べ、速度が遅い。2つのデバイスが同じI2Cアドレスを使用する場合、トラブルになる可能性がある。デバイスに直接格納されているアドレスです。デバイスによっては、デバイスの特定の場所にジャンパをはんだ付けすることで、2つの可能なアドレスから選択することができます。

アプリケーション

を検索すると センサー 当店では、アナログ以外のセンサーはほとんどI2Cインターフェースを使っていることにお気づきでしょう。組み込み分野では非常に一般的です。I2Cメモリのようなものがあります。マイクロコントローラが通信にこのバスを使うこともよくあります。それ以外にも、多くのDAC(Dイグジット Aナログ Cオンバーター)、ADC(Aナログ Dイグジット Cオンバーター)はインターフェースに対応しています。

Raspberry PiのI2C

私たちの ビデオ は、Raspberry Piに集積回路バスをセットアップする方法を示しています。