IC mở rộng I/O

I2C là bus truyền thông nối tiếp đồng bộ được thiết kế đặc biệt để kết nối các thiết bị ngoại vi tốc độ thấp-trong hệ thống nhúng. Chỉ cần hai đường tín hiệu để thực hiện giao tiếp hai chiều giữa các thiết bị được kết nối: Đường dữ liệu nối tiếp (SDA) chịu trách nhiệm truyền dữ liệu dịch vụ thực tế, trong khi Đường đồng hồ nối tiếp (SCL) xuất tín hiệu đồng hồ đồng bộ để điều phối thời gian giao tiếp. I2C sử dụng kiến ​​trúc đa{5}}chính đa{6}}nô lệ, cho phép nhiều thiết bị chính và nhiều thiết bị phụ được kết nối đồng thời với một bus duy nhất và cho phép mọi thiết bị chính bắt đầu quá trình giao tiếp. Mỗi thiết bị phụ trên bus được gán một địa chỉ 7{13}}bit hoặc 10{14}}bit duy nhất, qua đó thiết bị chính xác định thiết bị phụ mục tiêu để liên lạc. Thiết kế này loại bỏ sự cần thiết của các đường tín hiệu chọn chip bổ sung, dẫn đến việc nối dây phần cứng đơn giản và rõ ràng. Giao tiếp I2C sử dụng chế độ đầu ra thoát nước mở và cần có điện trở kéo lên bên ngoài để đảm bảo đầu ra ở mức bình thường. Theo thông số kỹ thuật, tốc độ giao tiếp của I2C được chia thành Chế độ tiêu chuẩn (100 kbps), Chế độ nhanh (400 kbps) và Chế độ tốc độ cao (3,4 Mbps), có thể đáp ứng yêu cầu giao tiếp của đại đa số các thiết bị ngoại vi tốc độ thấp. Các tình huống ứng dụng điển hình bao gồm các kết nối giữa chip điều khiển chính và các thiết bị như chip nhớ EEPROM, các cảm biến khác nhau (ví dụ: cảm biến nhiệt độ, cảm biến gia tốc), màn hình OLED và Đồng hồ thời gian thực (RTC).

SPI là một bus truyền thông nối tiếp đồng bộ{0}}song công hoàn toàn sử dụng kiến ​​trúc phụ-chính và thường bao gồm một thiết bị chính và một hoặc nhiều thiết bị phụ. Giao tiếp cơ bản yêu cầu bốn đường tín hiệu: Master In/Slave Out (MISO), chịu trách nhiệm truyền dữ liệu từ thiết bị phụ đến thiết bị chính; Master Out/Slave In (MOSI), chịu trách nhiệm truyền dữ liệu từ thiết bị chính đến thiết bị phụ; Đồng hồ nối tiếp (SCK), tạo ra tín hiệu đồng hồ từ máy chủ để đạt được sự đồng bộ hóa giao tiếp; và Chọn phụ (SS), trong đó thiết bị chính kéo mức xuống thấp để chọn thiết bị phụ mục tiêu và các thiết bị phụ không được chọn sẽ không phản hồi với giao tiếp bus. SPI hỗ trợ truyền dữ liệu đồng thời-song công hoàn toàn, không yêu cầu quy trình xử lý địa chỉ phức tạp và có giao thức truyền thông đơn giản hóa. Hơn nữa, tốc độ truyền thông của SPI cao hơn đáng kể so với I2C và thường có thể đạt hàng chục Mbps hoặc thậm chí cao hơn, khiến nó phù hợp với các tình huống ứng dụng có yêu cầu cao về tốc độ truyền. Hiện tại, không có thông số kỹ thuật tiêu chuẩn chính thức thống nhất cho SPI và có một chút khác biệt về thời gian liên lạc của các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau. Khi nhiều thiết bị phụ được kết nối, kết nối có thể được thực hiện thông qua các đường chọn chip độc lập hoặc xếp tầng theo cấu hình chuỗi-kết nối. Các tình huống ứng dụng phổ biến bao gồm các thiết bị ngoại vi tốc độ cao-chẳng hạn như chip nhớ SPI Flash, màn hình LCD, chip chuyển đổi tương tự{12}}sang{13}}kỹ thuật số ADC và chip mạng.

IC mở rộng I/O là chân lập trình cơ bản nhất được tích hợp trên vi điều khiển và chip vi xử lý. Chức năng chân cắm có thể được cấu hình thông qua phần mềm và nó có thể thực hiện trực tiếp đầu ra mức và đọc mức mà không cần các mạch giao diện truyền thông chuyên dụng bên ngoài. Khi được định cấu hình ở chế độ đầu ra, GPIO có thể xuất ra hai trạng thái là mức cao và mức thấp để điều khiển các thiết bị bên ngoài; khi được cấu hình ở chế độ đầu vào, nó có thể đọc đầu vào mức cao và mức thấp bằng các mạch bên ngoài để thu được tín hiệu trạng thái của thiết bị bên ngoài. Một số GPIO cũng hỗ trợ các chức năng ghép kênh, có thể được cấu hình như các chân của giao diện truyền thông cụ thể và cũng hỗ trợ các chức năng đặc biệt như kích hoạt ngắt bên ngoài và đầu ra Điều chế độ rộng xung (PWM). GPIO có ứng dụng linh hoạt và tiện lợi với chi phí phát triển phần cứng thấp, đồng thời là giao diện I/O được sử dụng rộng rãi nhất trong các hệ thống nhúng, có thể thích ứng với nhiều yêu cầu đầu vào và đầu ra tốc độ thấp-đơn giản khác nhau. Ngoài kết nối trực tiếp với các công tắc và đèn báo thông thường, các nhà phát triển cũng có thể mô phỏng thời gian giao tiếp thông qua GPIO và triển khai các giao thức giao tiếp nối tiếp như I2C và SPI thông qua phần mềm, để đáp ứng các yêu cầu thích ứng của các tình huống phần cứng đặc biệt.