I/O 확장기 IC

I2C는 내장형 시스템의 저속 주변 장치를 연결하기 위해 특별히 설계된 동기식 직렬 통신 버스입니다.- 연결된 장치 간 양방향 통신을 구현하려면 두 개의 신호 라인만 필요합니다. SDA(Serial Data Line)는 실제 서비스 데이터 전송을 담당하고 SCL(Serial Clock Line)은 동기 클록 신호를 출력하여 통신 타이밍을 조정합니다. I2C는 다중-마스터 다중{6}}슬레이브 아키텍처를 사용합니다. 이를 통해 여러 마스터 장치와 여러 슬레이브 장치를 단일 버스에 동시에 연결할 수 있으며 모든 마스터 장치가 통신 프로세스를 시작할 수 있습니다. 버스의 각 슬레이브 장치에는 고유한 7-비트 또는 10{14}}비트 주소가 할당되며, 이를 통해 마스터는 통신을 위한 대상 슬레이브 장치를 식별합니다. 이 설계를 통해 추가 칩 선택 신호 라인이 필요하지 않으므로 간단하고 명확한 하드웨어 배선이 가능합니다. I2C 통신은 개방형-드레인 출력 모드를 사용하며 정상적인 수준의 출력을 보장하려면 외부 풀업 저항이 필요합니다. 사양에 따라 I2C의 통신 속도는 표준 모드(100kbps), 고속 모드(400kbps) 및 고속-모드(3.4Mbps)로 구분되며, 이는 대부분의 저속 주변기기의 통신 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 일반적인 애플리케이션 시나리오에는 EEPROM 메모리 칩, 다양한 센서(예: 온도 센서, 가속 센서), OLED 디스플레이 및 실시간 클록(RTC)과 같은 장치와 메인 제어 칩 간의 연결이 포함됩니다.

SPI는 마스터-슬레이브 아키텍처를 채택하는 전이중 동기 직렬 통신 버스이며 일반적으로 하나의 마스터 장치와 하나 이상의 슬레이브 장치로 구성됩니다. 기본 통신에는 4개의 신호 라인이 필요합니다. MISO(Master In/Slave Out)는 슬레이브 장치에서 마스터 장치로 데이터를 전송하는 역할을 합니다. 마스터 장치에서 슬레이브 장치로 데이터 전송을 담당하는 MOSI(Master Out/Slave In); 통신 동기화를 달성하기 위해 마스터로부터 클록 신호를 생성하는 직렬 클록(SCK); 마스터가 대상 슬레이브 장치를 선택하기 위해 레벨을 낮추고 선택되지 않은 슬레이브 장치는 버스 통신에 응답하지 않는 슬레이브 선택(SS)입니다. SPI는 전이중 동시 데이터 전송을 지원하고 복잡한 주소 지정 프로세스가 필요하지 않으며 단순화된 통신 프로토콜을 제공합니다. 또한 SPI의 통신 속도는 I2C의 통신 속도보다 훨씬 높으며 일반적으로 수십 Mbps 이상에 도달할 수 있으므로 전송 속도에 대한 요구 사항이 높은 애플리케이션 시나리오에 적합합니다. 현재 SPI에 대한 통일된 공식 표준 사양은 없으며, 제조업체마다 장치의 통신 타이밍에 약간의 차이가 있습니다. 여러 슬레이브 장치가 연결된 경우 독립적인 칩 선택 라인을 통해 연결하거나 데이지-체인 구성의 계단식 연결을 구현할 수 있습니다. 일반적인 애플리케이션 시나리오에는 SPI 플래시 메모리 칩, LCD 디스플레이, ADC 아날로그--디지털 변환 칩, 네트워크 칩과 같은 고속 주변 장치가 포함됩니다.

I/O 확장기 IC는 마이크로컨트롤러 및 마이크로프로세서 칩에 통합된 가장 기본적인 프로그래밍 가능 핀입니다. 핀 기능은 소프트웨어를 통해 구성할 수 있으며 외부 전용 통신 인터페이스 회로 없이 레벨 출력 및 레벨 판독을 직접 구현할 수 있습니다. 출력 모드로 구성되면 GPIO는 외부 장치 제어를 위해 높은 수준과 낮은 수준이라는 두 가지 상태를 출력할 수 있습니다. 입력 모드로 구성하면 외부 회로에서 입력되는 하이 레벨과 로우 레벨을 읽어 외부 장치의 상태 신호를 얻을 수 있습니다. 일부 GPIO는 특정 통신 인터페이스의 핀으로 구성할 수 있는 멀티플렉싱 기능도 지원하고 외부 인터럽트 트리거링 및 펄스 폭 변조(PWM) 출력과 같은 특수 기능도 지원합니다. GPIO는 낮은 하드웨어 개발 비용으로 유연하고 편리한 애플리케이션을 제공하며 임베디드 시스템에서 가장 널리 사용되는 I/O 인터페이스로 다양한 단순 저속{4}}입력 및 출력 요구 사항에 적응할 수 있습니다. 일반 스위치 및 표시등에 직접 연결하는 것 외에도 개발자는 GPIO를 통해 통신 타이밍을 시뮬레이션하고 소프트웨어를 통해 I2C 및 SPI와 같은 직렬 통신 프로토콜을 구현하여 특수 하드웨어 시나리오의 적응 요구 사항을 충족할 수 있습니다.