1장에서 임베디드 시스템 UART 및 I2S의 두 가지 유형의 범용 주변 장치 인터페이스에 대해 논의했습니다 . 이제 2 장에서 I2C, ADC, CAN 버스에 대해 알아보자 .

I2C란 무엇입니까?

I2C(Inter-Integrated Circuit)는 Philips에서 개발한 2선식 직렬 반이중 버스로 근거리 및 저속 칩 간 통신에 주로 사용됩니다. 마이크로 전자 통신 제어 분야에서 널리 사용되는 버스 표준입니다. 인터페이스 회선 수가 적고 제어 방법이 간단하며 소형 장치 패키징과 같은 장점이 있는 특수한 형태의 동기식 통신입니다.

I2C는 SDA(직렬 데이터)와 SCL(직렬 시계)의 두 와이어만 사용하여 다중 마스터 노드와 다중 슬레이브 노드 간에 정보를 전송할 수 있습니다. 직렬 8비트 양방향 데이터 전송 속도는 표준에서 100Kbit/s, 고속 모드에서 400Kbit/s, 고속 모드에서 3.4Mbit/s에 도달할 수 있습니다. 장치 연결은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 I2C 버스 마스터에서 슬레이브로 연결

I2C는 어떻게 작동합니까?

SDA 라인의 데이터는 SCL 라인의 높은 기간 동안 안정적이어야 합니다. SDA 라인의 HIGH 또는 LOW 상태는 SCL 라인의 클록 신호가 낮을 때만 변경될 수 있습니다.

그림 2 동기식 데이터 신호

시작 조건 : SCL이 HIGH이고 SDA가 HIGH에서 LOW로 점프하면 데이터 전송이 시작된다.

중지 조건 : SCL이 HIGH이고 SDA가 LOW에서 HIGH로 점프하면 데이터 전송이 중지됩니다.

시작 조건과 정지 조건은 모두 마스터 장치에서 발행합니다. 시작 조건이 생성된 후 버스는 점유 상태입니다. 그리고 정지 조건이 발생한 후 버스는 해제되고 유휴 상태가 됩니다.

유휴 상태에서는 SCL과 SDA가 모두 높은 수준입니다. 프로세스는 아래 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 시작 조건 및 중지 조건

승인 신호: 1바이트 전송이 완료된 후, 즉 9번째 SCL 클록 주기 내에서 마스터는 SDA 버스를 해제하고 버스 제어를 슬레이브에 넘겨야 합니다. 풀업 저항의 역할로 인해 이 때 버스는 높은 수준입니다. 슬레이브가 마스터가 보낸 데이터를 올바르게 수신하면 승인 신호를 나타내는 SDA를 풀다운합니다.

미확인 신호 : 9번째 SCL 클럭 주기에 도달하면 SDA가 높게 유지되어 미확인 신호를 나타냅니다.

각 바이트는 8비트로 보장되어야 합니다. 데이터를 전송할 때 최상위 비트(MSB)가 먼저 전송되고 전송된 각 바이트 다음에는 승인 비트가 와야 합니다(즉, 한 프레임에 총 9비트가 있음). 일정 시간 내에 슬레이브에서 승인 신호가 없으면 자동으로 슬레이브가 데이터를 올바르게 수신한 것으로 간주하고 마스터는 중지 조건을 보내 통신을 종료합니다. 데이터 전송 형식은 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4 데이터 전송 형식

I2C는 일반적으로 MCU 주변 장치 또는 여러 MCU 간의 통신에 사용됩니다. I2C 인터페이스는 간단한 하드웨어와 쉬운 소프트웨어 프로그래밍의 특성을 가지고 있습니다.

아날로그-디지털 변환기 ( ADC ) 란 ?

계측기 시스템에서는 온도, 압력, 유속, 속도 및 광도와 같이 지속적으로 변화하는 감지된 아날로그 신호를 처리를 위해 컴퓨터에 입력하기 전에 개별 디지털 신호로 변환해야 하는 경우가 많습니다. 이러한 아날로그 신호는 센서를 통해 전기적 신호(보통 전압 신호)로 변환되고 증폭기에서 증폭된 후 디지털 신호가 되기 위해 일정한 처리를 거쳐야 합니다. 아날로그를 디지털 신호로 변환하는 장치는 일반적으로 A/D로 약칭되는 ADC(아날로그-디지털 변환기)라고 합니다.

A/D 변환 프로세스는 샘플링, 유지, 정량화 및 인코딩 프로세스입니다. ADC의 기본 아이디어는 입력 아날로그 전압과 기준 전압(직접 또는 간접)을 비교하여 디지털 출력으로 변환하는 것입니다. ADC에는 병렬 비교 유형, 연속 근사 유형 및 이중 적분 유형의 세 가지 유형이 있습니다.

ADC를 사용할 때 가장 중요한 고려 사항은 변환 정확도와 변환 시간입니다. 변환 정확도는 주로 전원 전압 및 기준 전압의 안정성, 연산 증폭기의 안정성 및 환경 온도와 같은 외부 요인의 영향을 받습니다. 칩 자체의 영향을 받는 요소에는 해상도, 양자화 오류, 상대 오류, 선형 오류 등이 포함됩니다.

CAN 버스(Controller Area Network)란?

CAN 버스의 전체 이름은 Controller Area Network입니다. 직렬, 동기 및 반이중 버스입니다. 독일의 BOSCH Company에서 개발한 이 주변 인터페이스는 국제적으로 가장 널리 사용되는 필드 버스 중 하나입니다.

CAN 버스의 특성은 다음과 같습니다.

• 두 개의 신호 라인, 차동 신호.
• 최대 속도는 1Mbps에 도달할 수 있습니다.
• CAN 컨트롤러에는 강력한 오류 감지 및 처리 메커니즘이 내장되어 있으며 강력한 내결함성이 있습니다.
• CAN 메시지의 프레임은 최대 8바이트의 사용자 데이터를 전송할 수 있습니다.
• 버스 중재 메커니즘을 갖추고 있어 다중 마스터 시스템을 형성할 수 있습니다.

CAN 통신 프로토콜은 다음과 같습니다.

CAN은 패킷이라고도 하는 총 5가지 유형의 프레임을 지정합니다. 데이터 프레임은 CAN 통신에서 가장 중요하고 복잡합니다. 데이터 프레임은 하나의 명시적 비트(논리 0)로 시작하여 7개의 연속적인 암시적 비트(논리 1)로 끝납니다.

CSMA(Carrier-sense multiple access): 각 노드는 메시지 전송을 시도하기 전에 버스를 수신해야 합니다. 버스가 유휴 상태일 때만 보낼 수 있습니다.

CD+AMP(Collision Detection+Arbitration on Message Priority): 각 메시지의 식별 도메인에 있는 메시지 우선 순위를 사용하여 비트 중재를 통해 사전 프로그래밍된 메시지 우선 순위를 통해 충돌을 해결합니다. 우선 순위가 더 높은 식별자를 가진 메시지는 항상 버스 액세스를 얻을 수 있습니다. 즉, 논리적으로 높게 남아 있는 식별자의 마지막 메시지가 우선 순위가 더 높기 때문에 계속 전송됩니다.

그림 5 CAN 버스 데이터 프레임

표준 CAN : 메시지의 우선 순위를 결정하는 데 11비트 식별자만 사용됩니다. 이 필드의 값이 작을수록 우선순위가 높아집니다. 그림 6과 같이.

그림 6 표준 CAN 11비트 식별자

 

확장 CAN : 29비트 식별자. 그림 7과 같이.

그림 7 확장 CAN 29비트 식별자

CAN 버스는 산업용 제어 분야에서는 주로 저속 CAN(즉, ISO11898-3 규격)을 사용하고, 자동차 분야에서는 125Kbps 고속 CAN을 사용한다. CAN 프로토콜은 승용차, 대형 트럭, 다목적 차량, 농업용 차량을 포함한 모든 유형의 자동차 산업 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

대부분의 RF-star 모듈은 하드웨어에 UART, ADC, I2C 및 I2S 주변 장치가 내장되어 있습니다. 시장 요구로 인해 UART는 소프트웨어에서 가장 중요한 통신 모드 중 하나입니다. TI, Silicon Labs, Nordic, Realtek 및 자체 개발 IC를 기반으로 하는 거의 모든 RF-star의 BLE 모듈 및 Wi - Fi 모듈은 최종 통합 개발을 용이하게 하기 위해 투명한 전송을 위한 UART 직렬 포트 프로토콜을 특징으로 합니다. 제품, 개발 주기 단축, 인증된 모듈로 인증 자격 시간 및 비용 절약, 더 많은 모듈 RF 설계로 더 많은 유연성. 예를 들어 다음 무선 모듈은 매우 환영합니다.

RF-BM-2642B1 , RF-BM-BG22A1 , RF-BM-ND04 , RSBRS02ABR , RF-WM-20CMB1

RF-스타 기술에 대하여

Shenzhen RF-star Technology Co., Ltd.(RF-star)는 무선 주파수 장치에 중점을 둔 하이테크 회사이며 10년 이상 Texas Instruments의 공식 제3자 IDH였습니다. RF-star는 BLE, Wi-Fi, ZigBee, Thread, Matter, Wi-SUN, Sub-1G 등 IoT 무선 모듈과 전체 솔루션 세트를 제공합니다. 자세한 내용은 공식 웹사이트 https://를 참조하십시오 . www.rfstariot.com/ 또는 info@szrfstar.com으로 문의하십시오.