www.meccomeletronica.com página 1 Esse barramento foi criado pela empresa Holandesa (Philips) como Inter IC ou I2C que possibilita a utilização de grande quantidade de componentes padronizados, os quais podem realizar diversas funções, além de possibilitar a troca eficaz de informações entre eles. O conceito do barramento I2C é facilitar a integração de circuitos de caráter final de aplicação como por exemplo sensores e conversores, com um sistema de controle, de modo que eles possam trabalhar com seus sinais de maneira direta.
Uma característica bastante interessante deste barramento é a possibilidade de utilizar, em um mesmo sistema, componentes de tecnologias construtivas diferentes sem que haja incompatibilidade e nem conflitos na comunicação. No I2C a transmissão da informação entre os dispositivos é feita através de 2 fios (Serial Data DAS e Serial Clock SCL).
Os dispositivos ligados em Inter IC possuem um endereço fixo (cada componente recebe um endereço específico), e podemos configurá-los para receber ou transmitir dados, dessa maneira eles podem ser classificados de várias formas, como: mestres (MASTER), escravos (SLAVE), entre outras.
O barramento I2C é do tipo multi-mestre, isso significa que mais de um dispositivo de controle pode ser conectado a ele. No entanto, durante uma comunicação, somente um dos mestres pode estar ativo, ou ocorrerá uma colisão de dados no barramento.
www.meccomeletronica.com página 2 As linhas SDA como SCL são bidirecionais e devem ser ligadas ao positivo da alimentação através de uma fonte de corrente ou de um resistor pull-up, para garantir que ambas as linhas permaneçam em nível alto, quando o barramento está livre.
Uma das vantagens do padrão I2C é que ele não fixa a velocidade de transmissão (frequência), pois ela será determinada pelo circuito MASTER (transmissão do SCL).
A comunicação entre os dispositivos mestres e os escravos, conectados ao barramento I2C, é iniciada pela condição de start (início) e finalizada pela condição de stop (fim). Acompanhe a condição de start e stop na figura seguinte:
CONEXÃO UTILIZANDO I2C
I2C é um protocolo de barramento (ou bus), ou seja, com os mesmo fios conectamos todos os dispositivos do nosso setup. Essa característica, barramento, é um dos grandes atrativos do I2C, pois reduzimos em muito a necessidade de pinos de conexão no Arduino, pois usaremos sempre os mesmo fios para a conexão, não importa se estamos utilizando 1 ou 127 dispositivos.
www.meccomeletronica.com página 3 Um dispositivo conectado ao barramento, atuando como Master, e 3 dispositivos atuando como Slave, também conectados ao barramento
O Arduino vem com pinos próprios para a conexão I2C, no caso do Uno e derivados os
pinos são sempre o
4 (SDA)
e
5(SCL)
. No caso do Arduino Mega, os pinos utilizados
são o
20 (SDA)
e
21 (SCL)
.
DAS - Serial Data
SCL - Serial Clock
SDA é o pino que efetivamente transfere os dados, e SCL serve para temporização entre os dispositivos, de modo que a comunicação pela SDA possa ter confiabilidade. Como podem observar, tanto o envio quanto a recepção de dados é realizada utilizando a linha SDA, ou seja, é uma linha bi-direcional de comunicação, ora estamos enviando dados por este pino, ora estamos recebendo dados.
Existem uma variedade enorme de dispositivos que utilizam o protocolo I2C, como o próprio Arduino, Raspberry, memórias externas (EEPROM), I/O expanders, RTC (Real Time Clock), Visor (LCD, TFT, etc), sensores diversos (temperatura, acelerômetro, etc).
Além do SDA e SCL, os dispositivos utilizam o terra(GND) e o Vcc para alimentação. Abaixo um exemplo de ligação mais real:
www.meccomeletronica.com página 4 dispositivos I2C possuem um datasheet, e nele podemos encontrar o valor adequado dos resistores pull-up. Se estiver utilizando apenas um dispositivo slave conectado ao Arduino, não se preocupe, o Arduino já vem com resistores pull-up internos especializados para a comunicação I2C.
A ordem que conectamos os dispositivos não importa. Podemos ligar os dispositivos como quisermos, respeitando a pinagem certa, que o resultado final será o mesmo.
A distância normal de trabalho no barramento I2C é de aproximadamente 1 metro. Além disso podemos ter problemas de impedância. Existem dispositivos que podem estender esta distância de trabalho até aproximadamente 50 metros, com teoricamente 127 dispositivos.
I2C – ENDEREÇAMENTO DE DISPOSITIVOS
Dispositivos I2C possuem um endereço que os identifica. Esse endereço é composto normalmente por 7 bits. Se lembram do limite teórico de 127 dispositivos, pois então, com 7 bits podemos ter 127 valores diferentes. Aqui temos um pouco de confusão, pois além dos 7 bits que definem o endereçamento, temos ainda um último bit, totalizando 8 bits, que indicam se é uma operação de leitura ou escrita (read/write). Normalmente os dispositivos vem indicando o seu endereço no formato hexadecimal, considerando 7 bits. Neste caso o Arduino, atuando como master, insere estes 7 bits no início da transmissão, ajusta adequadamente o oitavo bit, e tudo funciona muito bem.
Em alguns casos, o fabricante do dispositivo especifica o endereço do dispositivo utilizando o oitavo bit. Nestes casos é comum o datasheet especificar um endereço para escrita e outra para leitura. Nesta situação temos que calcular o endereço correto (7 bits), ou dar um shift em nosso sketch de modo a desconsiderar o oitavo bit.
Como podem ver no exemplo acima, o dispositivo X possui dois endereços: ( 0X92 E 0X93)
Sendo que o valor que realmente nos interessa é o 0x49, que é obtido desconsiderando o ultimo bit de qualquer um dos endereços anteriores.
Caso não fique claro pelo datasheet se o seu dispositivo usa 7 ou 8 bits no endereçamento, outra forma é verificar se o endereço está na faixa de endereços I2C válidos.
www.meccomeletronica.com página 5 Como podem ver, a faixa disponível vai de 0x08 a 0x77. Não se esqueça que é em hexadecimal, e fazendo as conversões para decimal podemos concluir que o número de dispositivos possíveis na prática é 112.
I2C – ESCRITAS E LEITURAS
Todo o trabalho com dispositivos I2C se resume a uma operação de leitura ou uma operação de escrita. Em nossos sketches, independente do dispositivo, estaremos lendo alguma informação ou escrevendo alguma informação em um dispositivo especifico. Será comum encontrarmos dispositivos com alguma particularidade nas operações de escrita/leitura, mas em geral o datasheet do dispositivo fornece esses detalhes.
Uma observação importante para trabalharmos com I2C no Arduino, temos que dar um include na biblioteca Wire. No início de qualquer sketch inclua a linha #include <Wire.h>. Após incluirmos a biblioteca, é necessário inicializá-la dentro de setup() com Wire.begin().
I2C – ESCRITA
A escrita em dispositivos I2C é relativamente simples. O trecho de código abaixo mostra como funciona esse processo:
Wire.beginTransmission(endereço); Wire.write(memória);
Wire.write(valor); Wire.endTransmission();
WIRE.BEGINTRANSMISSION(ENDEREÇO) - Envia o endereço do dispositivo pela linha SDA, sinalizando o dispositivo correspondente que haverá uma comunicação. Todos os dispositivos “escutam” essa informação, mas apenas o dispositivo que possui o endereço informado estará apto a se comunicar.
WIRE.WRITE(MEMÓRIA) - A maioria possui diversos registradores que podem ser gravados, e precisamos informar em qual registrador queremos informação.
WIRE.WRITE(VALOR) - Envia o valor (sempre 1 byte) pela SDA para o dispositivo informado anteriormente. O dispositivo possui um registrador (ou memória) aguardando pela informação, e os outros dispositivos ignoram esta comunicação. O comum é enviarmos uma informação (um byte) em cada operação.
WIRE.ENDTRANSMISSION() - Após enviarmos a informação, devemos finalizar a operação com essa linha, liberando o dispositivo e o barramento I2C para novas operações.
Se observarmos utilizamos o mesmo comando tanto para informar onde queremos gravar e o que queremos gravar. Tudo dependo do datasheet do dispositivo, onde, no caso acima, teríamos a instrução de que, numa operação de escrita, o primeiro byte indica a posição de memória, e o segundo byte indica o valor a ser gravado. Poderíamos muito bem ter um dispositivo com apenas um registrador para gravação, e portanto não seria necessário informar em qual posição é para o valor ser gravado
www.meccomeletronica.com página 6 que informar de qual registrador queremos ler informação. Ainda, lembrando que cada registrador armazena um byte, podemos especificar o número de bytes que queremos ler. O trecho de código abaixo mostra como funciona esse processo:
Wire.beginTransmission(endereço); Wire.write(memoria); Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(endereço, 1); byte valor; if (Wire.available()){ valor=Wire.read(); } Wire.endTransmission();
As três primeiras linhas foram explicadas anteriormente e, basicamente, posicionam o registrador do dispositivo na posição que queremos fazer a leitura. Na sequência temos:
WIRE.REQUESTFROM(ENDEREÇO, 1) - Este comando informa o dispositivo identificado por endereço que queremos ler uma posição de memória(ou byte, ou registrador), a partir da posição de memória especificada anteriormente. Esta informação é posta imediatamente na linha SDA, e o dispositivo então responde informando também na SDA o valor contido no registrador. Neste exemplo estamos pedindo apenas o valor de um registrador, mas poderíamos pedir tantos quanto forem necessários. Neste caso o dispositivo iria informar sequencialmente, a partir da posição informada pelo write anterior.
