[통신 상식] 장치를 근접하게 연결하기 위한 간단하면서도 강력한 방법, I2C 통신 프로토콜
장치를 근접하게 연결하기 위한 간단하면서도 강력한 방법, I2C 통신 프로토콜
1. I2C란 무엇입니까?
2. I2C 커뮤니케이션 기초
3. I2C의 주요 특징
4. I2C의 장점과 한계
5. I2C의 적용
상호 연결된 장치가 끊임없이 발전하는 세상에서 전자 부품 간의 효율적이고 신뢰할 수 있는 통신은 매우 중요합니다.
사용 가능한 다양한 통신 프로토콜 중 I2C(Inter-Integrated Circuit)는 장치를 근접하게 연결하기 위한 간단하면서도 강력한 방법입니다.
오늘은
I2C 통신 프로토콜의 기본 사항, 주요 기능, 장점, 제한 사항 및 응용 프로그램에 대해 알아보려고 합니다.
1. I2C란 무엇입니까?
I2C는 1980년대 초 필립스(현 NXP 세미컨덕터)가 개발한 동기식 직렬 통신 프로토콜입니다.
초기에는 단일 PCB(Printed Circuit Board)의 집적 회로 간 통신을 위해 설계되었습니다.
오늘날 I2C는 저속 주변기기 연결부터 마이크로컨트롤러, 센서 데이터 통신 및 시스템 관리 작업에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
2. I2C 커뮤니케이션 기초
I2C는 2와이어 양방향 버스를 사용하여 장치 간에 데이터를 전송합니다. 두 개의 와이어는 다음과 같습니다:
* SDA(직렬 데이터 라인): 이 회선은 I2C 버스의 장치 간에 데이터를 전송합니다.
* SCL(시리얼 클럭 라인): 이 라인은 장치 간 데이터 전송을 동기화하는 클럭 신호를 제공합니다.
I2C 버스 구성
I2C 버스 구성에는 다음 구성 요소가 포함됩니다.
* 마스터 장치:
마스터 장치는 클럭 신호를 생성하고, 통신을 시작하며, 버스의 장치 간 데이터 전송을 제어합니다.
* 슬레이브 장치:
슬레이브 장치는 명령에 응답하고 마스터 장치에서 데이터를 전송 또는 수신합니다.
* 풀업 저항기:
SDA 및 SCL 라인 모두 라인이 유휴 상태일 때 높은 로직 레벨을 유지하기 위해 풀업 저항기가 필요합니다.
이 저항기들은 공급 전압에 연결되어 어떤 장치도 버스를 능동적으로 구동하지 않을 때 알려진 전압 레벨을 보장합니다.
I2C 통신 프로세스
I2C 통신 프로세스에는 일반적으로 다음 단계가 포함됩니다.
1. 마스터 장치는 SCL 라인이 높은 상태로 유지되는 동안 SDA 라인을 낮게 당겨 시작 조건을 전송합니다. 마스터가 통신을 시작하고 있음을 나타냅니다.
2. 마스터 장치가 슬레이브 주소를 보낸 후 SDA 라인에서 읽기/쓰기 비트를 보냅니다. 슬레이브 주소는 통신 중인 슬레이브 장치를 고유하게 식별하며, 읽기/쓰기 비트는 마스터가 슬레이브 장치에서 읽기 또는 쓰기를 원하는지 여부를 나타냅니다.
3. 주소 지정 슬레이브 장치는 ACK(확인 응답 비트)를 전송하여 주소 수신 및 통신 준비 상태를 확인합니다. 그런 다음 마스터는 데이터 전송을 위해 클럭 펄스를 계속 생성합니다.
4. 마스터 및 슬레이브 장치는 읽기/쓰기 비트에 따라 마스터가 슬레이브로 데이터를 전송하거나 슬레이브가 마스터로 데이터를 전송하여 데이터를 교환합니다.
5. 각 데이터 바이트가 전송된 후 수신 장치에서 수신 확인 비트를 전송하여 데이터 수신이 성공했음을 확인합니다.
6. 마스터 장치는 SCL 라인이 높은 상태에서 SDA 라인을 해제하여 중지 조건을 전송합니다. 이것은 통신의 종료를 알리는 신호입니다.
3. I2C의 주요 특징
I2C 프로토콜은 인기와 광범위한 채택에 기여하는 몇 가지 주요 기능을 제공합니다.
* 간단한 2-와이어 인터페이스: I2C는 두 개의 와이어(SDA 및 SCL)만 필요로 하므로, 근접 장치에 대한 간단하고 비용 효율적인 통신 방법입니다.
* 멀티 마스터 기능:
I2C는 동일한 버스에서 여러 마스터 장치를 지원하므로 유연한 시스템 구성과 내결함성이 가능합니다.
*주소 지정 가능한 슬레이브 장치:
I2C 버스의 각 슬레이브 장치에는 고유한 주소가 있으므로 개별 장치와 선택적으로 통신할 수 있습니다.
* 중재 및 충돌 감지:
I2C 프로토콜에는 중재 및 충돌 감지를 위한 내장 메커니즘이 있어 여러 마스터 장치가 동시에 통신을 시도하더라도 데이터 통신이 안정적으로 유지되도록 보장합니다.
* 클럭 신장:
슬레이브 장치는 SCL 라인을 일시적으로 낮게 유지하여 효과적으로 클럭을 "신축"하여 마스터 장치에 작업을 완료하는 데 더 많은 시간이 필요하다는 신호를 보낼 수 있습니다.
이 기능을 사용하면 슬레이브 장치가 고유한 속도로 작동할 수 있습니다.
4. I2C의 장점과 한계
이점
* 단순성:
I2C의 2-와이어 인터페이스는 여러 장치가 있는 시스템에서 간단하게 구현하고 배선 복잡성을 줄입니다.
* 확장성:
I2C 버스는 여러 장치를 수용할 수 있으므로 구성 요소를 추가하거나 제거해야 하는 시스템에 적합한 확장성을 제공합니다.
* 전력 효율:
I2C는 상대적으로 낮은 속도와 낮은 전력 소비로 작동하므로 배터리 구동 장치 및 에너지에 민감한 애플리케이션에 적합합니다.
한계
* 제한된 데이터 전송률:
I2C는 고속 모드에서 최대 3.4Mbps의 데이터 전송률을 지원하므로 고대역폭 애플리케이션에는 충분하지 않을 수 있습니다.
* 단거리 통신:
I2C는 동일한 PCB 상의 장치 또는 근접한 장치 간의 통신을 위해 설계되었습니다. 신호 무결성 및 노이즈 내성이 문제가 될 수 있으므로 장거리 통신에는 적합하지 않습니다.
* 제한된 주소 공간:
표준 7비트 주소 지정 체계는 최대 128개의 고유 주소를 허용하며, 이는 장치 수가 많은 시스템에는 충분하지 않을 수 있습니다.
10비트 주소 지정을 사용할 수 있지만 일반적으로 사용되지는 않습니다.
5. I2C의 적용
I2C 프로토콜의 단순성, 확장성 및 전력 효율성은 다양한 산업 분야의 다양한 애플리케이션에 이상적입니다:
* Microcontroller Peripherals:
I2C는 일반적으로 마이크로컨트롤러를 센서, EEPROM, ADC, DAC와 같은 주변 장치에 연결하여 효율적인 데이터 교환 및 제어를 가능하게 하는 데 사용됩니다.
* 시스템 관리:
I2C는 온도 모니터링, 팬 제어 및 전원 공급 장치 모니터링을 포함한 시스템 관리 작업에 사용됩니다.
* 가전제품:
스마트폰, 태블릿 및 랩톱과 같은 장치는 터치 스크린, 가속도계 및 기타 센서와 같은 구성 요소 간의 통신에 I2C를 사용합니다.
* 산업 자동화:
I2C는 PLC(Programmable Logic Controller)와 다양한 센서, 액추에이터 및 기타 장치 간의 통신을 위한 산업 자동화 시스템에 사용됩니다.
I2C 통신 프로토콜은 장치를 근접하게 연결하기 위한 간단하고 효율적이며 다용도의 솔루션임이 입증되었습니다.
간편한 구현, 확장성 및 전력 효율성 덕분에 마이크로컨트롤러 주변기기에서 시스템 관리 및 가전제품에 이르기까지 다양한 애플리케이션에 적합합니다.
기술이 계속 발전함에 따라 장치 간의 신뢰할 수 있고 효율적인 통신에 대한 필요성이 점점 더 중요해지고 있습니다.
엔지니어, 설계자 및 기술자는 I2C 프로토콜의 기본 사항, 주요 기능, 이점 및 한계를 이해함으로써 I2C 프로토콜의 기능을 활용하여 최신 애플리케이션의 요구 사항을 충족하는 강력하고 효율적인 시스템을 구축할 수 있습니다.
I2C 프로토콜은 새로운 애플리케이션과 요구사항이 계속 등장함에 따라 장치 통신을 위한 인기 있는 선택으로 남을 가능성이 높습니다.