I/O bővítő IC

Az I2C egy szinkron soros kommunikációs busz, amelyet kifejezetten kis sebességű perifériaeszközök beágyazott rendszerekben való csatlakoztatására terveztek. A csatlakoztatott eszközök közötti kétirányú kommunikáció megvalósításához mindössze két jelvonalra van szükség: a soros adatvonal (SDA) a tényleges szolgáltatási adatok továbbításáért felelős, míg a soros órajel (SCL) szinkron órajeleket ad ki a kommunikáció időzítésének koordinálására. Az I2C egy több-master több-szolga architektúrát alkalmaz, amely lehetővé teszi több mestereszköz és több szolgaeszköz egyidejű csatlakoztatását egyetlen buszra, és lehetővé teszi bármely mestereszköz számára kommunikációs folyamatok kezdeményezését. A buszon minden szolgaeszközhöz egyedi 7-bites vagy 10-bites cím van hozzárendelve, amelyen keresztül a master azonosítja a célzott szolgaeszközt a kommunikációhoz. Ez a kialakítás szükségtelenné teszi a további chipválasztó jelvonalakat, ami egyszerű és áttekinthető hardverbekötést eredményez. Az I2C kommunikáció nyitott-leeresztő kimeneti módot használ, és külső felhúzó{21}}ellenállásokra van szükség a normál szintű kimenet biztosításához. A specifikáció szerint az I2C kommunikációs sebessége standard módra (100 kbps), gyors módra (400 kbps) és nagy sebességű módra (3,4 Mbps) van felosztva, amelyek kielégítik a kis sebességű perifériák túlnyomó többségének kommunikációs követelményeit. A tipikus alkalmazási forgatókönyvek közé tartoznak a fő vezérlőchip és az olyan eszközök közötti kapcsolatok, mint az EEPROM memóriachipek, különféle érzékelők (pl. hőmérséklet-érzékelők, gyorsulásérzékelők), OLED-kijelzők és valós idejű órák (RTC).

Az SPI egy full-duplex szinkron soros kommunikációs busz, amely master-szolga architektúrát alkalmaz, és általában egy mestereszközből és egy vagy több szolgaeszközből áll. Az alapvető kommunikációhoz négy jelvonalra van szükség: Master In/Slave Out (MISO), amely az adatok továbbításáért felelős a slave eszköztől a mester eszközhöz; Master Out/Slave In (MOSI), amely felelős az adatok átviteléért a mester eszköztől a slave eszközig; Serial Clock (SCK), amely órajeleket generál a mastertől a kommunikáció szinkronizálása érdekében; és Slave Select (SS), ahol a master lehúzza a szintet a cél slave eszköz kiválasztásához, és a ki nem választott slave eszközök nem reagálnak a busz kommunikációra. Az SPI támogatja a teljes-duplex egyidejű adatátvitelt, nem igényel bonyolult címcímzési folyamatot, és egyszerűsített kommunikációs protokollt tartalmaz. Ezen túlmenően az SPI kommunikációs sebessége lényegesen magasabb, mint az I2C-é, és általában több tíz Mbps-t vagy még magasabbat is elérhet, így alkalmas olyan alkalmazási forgatókönyvekre, ahol magas az átviteli sebesség követelménye. Jelenleg nincs egységes, hivatalos szabvány specifikáció az SPI-re vonatkozóan, és a különböző gyártók eszközeinek kommunikációs időzítésében is vannak kisebb eltérések. Ha több szolgaeszköz van csatlakoztatva, a kapcsolat megvalósítható független chip-kiválasztó vonalakon keresztül, vagy lépcsőzetes lánckonfigurációban. Az általános alkalmazási forgatókönyvek közé tartoznak a nagy sebességű perifériák, például az SPI Flash memóriachipek, LCD-kijelzők, ADC analóg{12}}digitális konverziós chipek és hálózati chipek.

Az I/O Expander IC a mikrokontroller és mikroprocesszor chipekbe integrált legalapvetőbb programozható érintkező. A pin funkció szoftverrel konfigurálható, és közvetlenül megvalósítja a szintkimenetet és a szintolvasást külső dedikált kommunikációs interfész áramkörök nélkül. Kimeneti módban konfigurálva a GPIO két állapotot tud kiadni, nevezetesen magas és alacsony szintet a külső eszközök vezérléséhez; Ha bemeneti módban van konfigurálva, képes kiolvasni a külső áramkörök magas és alacsony szintű bemenetét, hogy megkapja a külső eszközök állapotjeleit. Egyes GPIO-k támogatják a multiplexelési funkciókat is, amelyek meghatározott kommunikációs interfészek lábaiként konfigurálhatók, és támogatják az olyan speciális funkciókat is, mint a külső megszakítás triggerelés és az impulzusszélesség-modulációs (PWM) kimenet. A GPIO rugalmas és kényelmes alkalmazásokat kínál alacsony hardverfejlesztési költségek mellett, és a beágyazott rendszerek legszélesebb körben használt I/O interfésze, amely képes alkalmazkodni a különféle egyszerű, alacsony sebességű bemeneti és kimeneti követelményekhez. A közönséges kapcsolókhoz és jelzőlámpákhoz való közvetlen csatlakozás mellett a fejlesztők a GPIO-n keresztüli kommunikációs időzítést is szimulálhatják, és soros kommunikációs protokollokat, például I2C-t és SPI-t implementálhatnak szoftveren keresztül, hogy megfeleljenek a speciális hardverforgatókönyvek adaptációs követelményeinek.