*مقاله I2C Protocol ویژگی ها و کاربرهای آن در صنعت*

چکیده:

­­در دنیای صنعتی امروز ، انتقال دیتا به عنوان یکی از مهمترین بخشهای پروسه های کنترلی شناخته شده است و طراحان در تلاش برای بوجود آمدن پروتکل های جدیدی با ایمنی ، صحت و سرعت بالا در انتقال دیتا هستند. در این مقاله ، در ابتدا به معرفی تبادل دیتا (Data Communication) پرداخته و برخی از مباحث کلیدی آن از جمله ارتباط سریال و موازی ، فزستنده و گیرنده ، اتصالات و تبادل شفاف ، ساختار Master-Slave ، سرعت انتقال ، مدوله سازی ، Handshaking را مختصراً توضیح می دهیم. سپس به قسمت اصلی مقاله ، معرفی پروتکل I²C می پردازیم . این پروتکل توسط شرکت فیلیپس در دهه 1980 جهت ارتباط دستگاههای TV با پردازشگر ابداع شده است. که بدلیل سادگی و سرعت مناسب آن مورد توجه دیگر سازندگان قطعات الکترونیک قرار گرفت و هم اکنون به عنوان یکی از پروتکل های کاربردی در صنعت شناخته شده است. در این مقاله به جزئیات فنی این پروتکل و کاربردهای آن در بخشهای مختلف پرداخته ایم.

چگونه تبادل دیتا انجام می پذیرد؟

هدف از تبادل دیتا ، انتقال دیت بین 2 یا تعداد بیشتری واحد می باشد. به عنوان یک اصل ، آنها می توانند کاراکتر، دستورات باشند که نیاز به نمایش دارند.ساده ترین سطح زبان کامپیوتر ، کاراکترهای باینری است که شامل 7 یا 8 ، عدد صفر یا یک می باشد. اکثر کامپیوترها با این سطح کار می کنند.

تبادل دیتا اساساً با صفر و یک صورت می گیرد.

یکی از استانداردهای معمول در کامپیوترها ، استاندارد ASCII می باشد که شامل 128 کاراکتر است که هر کدام از آنها از 7 بیت تشکیل شده است. باید توجه داشت که ارتباطات در داخل کامپیوتر با سرعت زیادی انجام می شود و برای ارتباط با محیط خارج باید ارتباطات همزمان شوند و همچنین باید صحت تبادل دیتا ، کنترل شود.

استانداردهای مختلفی از ASCII وجود دارد. به عنوان مثال Extended ASCII که از هشتمین بیت نیز برای انتقال data استفاده می کند.

یک بیت در هر زمان یا یک بایت بطور کامل

دو روش برای انتقال دیتا وجود دارد :

1- سریال

2- موازی

در انتقال موازی ، برای هر بیت یک مسیر در نظر گرفته شده است. بنابراین کاراکترها می توانند بطور همزمان ارسال شوند. با توجه به این مزیت، که سرعت بالای انتقال است این روش در سیستمهای ارتباطی کوتاه مورد استفاده قرار می گیرد.

در مقابل ، در روش سریال هر بیت در هر لحظه فرستاده می شود. بنابراین پروتکل ارتباطی ، باید بتواند برای مقصد ، ابتدا و انتها را مشخص کند. علاوه بر این، سرعت انتقال نیز با واحد bit/s معرفی می شود.

یک کاراکتر در یک زمان یا یک جمله کامل

ما دو روش برای انتقال سریال داریم :

1- انتقال غیر همزمان (Asynchronous)

2- انتقال همزمان (synchronous)

در انتقال غیر همزمان ، ترانسمیتر، کاراکترها را در یک لحظه با بیت start و stop می فرستد. و گیرنده هر بیت start را که دریافت می کند، بقیه بیتها را به عنوان کاراکتر تفسیر می کند. و بیت stop گیرنده را ریست می کند. در حدود 90 تا 95 درصد از انتقال نوع سریال data بصورت غیر همزمان است.

در انتقال همزمان همه پیام ها در یک لحظه فرستاده می شود. سرعت انتقال توسط خط clock بر روی یک سیم جداگانه یا بصورت مدوله شده بر روی سیگنال دیتا ، تعیین می شود. عیب روش غیر همزمان در مقابل روش همزمان این است که حدود 20 الی 25 درصد پیغام شامل بیتهای پریتی می باشد.

فرستنده و گیرنده

در مبحث تبادل دیتا ، سخت افزارهایی با نام فرستنده و گیرنده وجود دارد. مانند PC و ربات که می توانند هم به عنوان گیرنده و هم به صورت فرستنده در یک زمان عمل کنند.

این انتقال به سه روش می تواند انجام شود:

1- simplex : انتقال دیتا تنها یک طرفه است و از جانب فرستنده به گیرنده ، روی یک line می باشد.

2- Half duplex : انتقال دیتا ، به صورت دو طرفه می باشد ولی نه بصورت همزمان بلکه روی دو line جداگانه انجام می پذیرد.

3- Full duplex : انتقال دیتا ، به صورت دو طرفه ، همزمان روی یک line انجام می پذیرد.(مانند انتقال دیتا در مکالمات تلفنی)

اتصال صحیح :

DTE(data terminal equipment) و DCE(data communication equipment) از جمله اصطلاحاتی است که در تبادل دیتا وجود دارد. کامپیوترها و ترمینالها معمولاً DTE هستند، مودم و سخت افزارهای ارتباطی معمولاً DCE هستند در حالی که تجهیزات دیگری تظیر مولتی پلکسرها و پرینترها می توانند هم DTE و هم و هم DCE باشند. در DTE پینهای استفاده شده برای انتقال و دریافت دیتا متفاوت با پینهای کانکتور DCE می باشند. بدین ترتیب می توان DTE را مستقیماً به DCE متصل کرد. در صورتی که دو DCE را به هم متصل کنیم مجبوریم که فرمت اتصال را تغییر دهیم تا خط TD(Transmit Data) بر خط RD(receive data) منطبق شود.

تبادل شفاف (transparent communication)

در سیستمهای کامپیوتری که بوسیله تعدادی مودم با هم شبکه شده اند از ارتباط شفاف استفاده می کند. شفافیت به معنای این است که همه واحدها همه پیغامها را می شنوند.

ساختار Master-Slave

بخش گسترده ای از شبکه های صنعتی از این ساختار استفاده می کنند بدین صورت که چندین Master پیغام ها را بطور متناوب به Slaveهایی که پاسخ می دهند می فرستد. این توالی را polling می نامند. در این سیستم هر Slave آدرس مخصوص به خود را دارد.

Master فرمان خود را به همراه آدرس Slave مورد نظر می فرستد. Slave مورد نظر پس از تشخیص آدرس ، فرمان را انجام داده و در بعضی مواقع سنگنال تاییدی برای master می فرستد تا به کار خود ادامه دهد.

ساختار و شکل آدرس و پیغام بستگی به نوع پروتکل ارتباطی که استفاده می شود، دارد. پیغامی که برای همه slave ها فرستاده می شود پیغام broadcast نامیده می شود. این می تواند پیغامی باشد که توسط master به تمامی slave ها دستور داده می شود که آن وظیفه را انجام می دهند. به عنوان مثال می توان plc های کنترل کننده آژیر را نام برد. درهنگام خطر همه آژیرها باید به صدا درآیند بنابراین یک پیغام broadcast باید فرستاده شود.

اصول و نحوه عملکرد میکروکنترلرها، فرستنده ها و گیرنده های رادیویی

مقدمه:

از آنجایی که ساخت و ارائه پروژه یکی از مهمترین ارکان تحصیل یک دانشجو در رشته الکترونیک میباشد لذا انتخاب و ارائه پروژه ای متناسب با رشته تحصیلی بسیار شایان اهمیت است.

پروژه ای که در اینجا به بررسی آن می‎پردازیم به ما این امکان را می‎دهد که اطلاعات را در باند 433M بین دو میکروکنترلر انتقال دهیم این کار بصورت بی سیم و بدون استفاده از پورت سریال صورت گرفته ما در این پروژه ابتدا از ماژولهای RF استفاه کردیم اما به دلیل ساخت نامناسب آنها و فرکانس بالایی که ما در آن کار می کردیم شاهد نویزهایی بودیم که نتیجه دلخواه را به ما نمی داد بنابراین برای اخذ نتیجه بهتر تصمیم بر استفاده ازکیتهای PT گرفتیم. PT ها به ما این امکان را می دادند که با کد کردن اطلاعات در برد فرستنده آنها را بدون هیچ پارازیتی درگیرنده ببینیم البته برنامه نویسی مربوط به PT ها نقش مهمی را در این امر ایفا می‎کند که ما در پیوست برنامه فرستنده و گیرنده را خواهیم دید.

بدین ترتیب هر عددی که ما در برد و فرستنده بوسیله کیبرد انتخاب می کنیم پس از نمایش روی LCD بوسیله pt22 کد می‎شود و به برد گیرنده فرستاده می‎شود pt22 وظیفه Dcode کردن دیتا را به عهده دارد و پس از بازگشایی کد میکرو آن را روی LCD نمایش می‎دهد.

فهرست مطالب

مقدمه

فصل 1: اصول و نحوه عملکرد میکروکنترلرها

فصل 2: اصول و نحوه عملکرد فرستنده ها و گیرنده های رادیویی

فصل 3: مدار فرستنده و گیرنده

میکروکنترلر 8051

فصل اول : میکروکنترلر 8051
1-1 دراین بخش ابتدا به اعضای مختلف خانواده میکروکنترلر 8051 و ویژگی های آنها نگاه می کنیم . به علاوه خواهیم دید که سازندگان 8051 چه کسانی هستندوچه نوع محصولی ارائه می دهند .
تاریخچه مختصری از 8051
درسال 1981 شرکت Intel میکروکنترلربه نام 8051 را معرفی کرد . این میکروکنترلردارای 128 بایت 4k , RAM بایت ROM دو تایمر ، یک پورت سریال وچهار پورت موازی ( هریک 8 بیت ) بود که همه آنها دریک تراشه تعبیه شده بودند . زمانی به آن سیستم در یک تراشه می گفتند . 8051 یک پروسسور 8 بیت است ، یعنی CPU هر بار می تواند فقط روی 8بیت داده کار کند . داده های بزرگتر از 8 بیت باید به قطعات 8 بیت بشکنند وسپس بوسیلهCPU پردازش شوند . 8051 کلا دارای چهار پورت I/O با عرض 8 بیت است . شکل 2-1 را ملاحظه کنید گرچه 8051 می تواندحداکثر 64K حافظه ROM درتراشه داشته باشد ، بسیاری از سازندگان فقط 4K بایت را درتراشه کار گذاشته اند .این مطلب بعدا بطور مفصل بحث شده است .
پس از آنکه Intel بشرط حفظ سازگاری با 8051 اجازه تولید را به دیگر سازندگان داد تراشه مذکور بسیار مورد توجه قرار گرفت .این توافق منجر به تولید انواع 8051 با سرعت های متفاوت مقداری ROM در تراشه بوسیله نیم دو جین سازنده شد . ما بعضی از آنها را بعدا بررسی خواهیم کرد . آنچه اهمیت دارداین است که گرچه انواع مختلف 8051 با سرعت ومقدار ROM متفاوت در تراشه موجودند ولی همه آنها با 8051 اصلی از نظر دستورات سازگارند . این بدان معنی است که اگرشما برنامه ای برای یکی بنویسید ، مستقل از سازنده روی دیگری هم قابل اجرا ست .
میکروکنترلر 8051
8051 عضواصلی خانواده 8051 است Intel آن را MCS-51 می نامد . جدول 1-1 امکانات اصلی 8051 را نشان می دهد .
جدول 1-1 امکانات 8051
Quantity Feature
4K bytes ROM
128 bytes RAM
2 Timer
32 I/O Pins
1 Serial port
6 Interrupt sources

توجه : مقدار ROM د رتراشه حجم برنامه را نشان می دهد .
دیگر اعضای خانواده 8051
دو عضو دیگر از میکروکنترلهای خانواده 8051 با نام 8052 و 8031 نیز وجود دارند .
میکروکنترلر 8052
8052 عضوی دیگر از خانواده 8051 است این کنترلر همه امکانات 8051 بعلاوه 128 بایت RAM ویک تایمر اضافی را دارد به بیان دیگر ، 8052 دارای 256 بایت RAM و 3تایمر است این کنترلر بجای 8K,4K حافظه ROM را در تراشه داراست .جدول 2-1 ملاحظه شود .
میکروکنترلرها و پردازنده های درونی
همانطور که از جدول 4-1 ملاحظه می شود ، 8051 زیر مجموعه ای از 8052 است بنابراین همه برنامه های نوشته شده برای 8051 قابل اجرا بر روی 8052 نیز هستند ولی عکس آن صحیح نیست .