O protocolo I2C (Inter-Integrated Circuit) é um barramento de comunicação serial amplamente utilizado para conectar dispositivos eletrônicos, proporcionando uma forma eficiente de transferência de dados entre eles.
Desenvolvido pela Philips Semiconductors na década de 1980, o I2C oferece simplicidade, eficiência e baixo custo, sendo aplicado em uma variedade de dispositivos, como microcontroladores, sensores, módulos de memória, entre outros.
O que é I2C?
O I2C é um barramento de comunicação serial síncrono, multi-controlador/alvo, comutado por pacotes, de terminação única.
Sua principal característica é a capacidade de conectar CIs periféricos de baixa velocidade a processadores e microcontroladores em comunicação intra-placa de curta distância.
Funcionamento do Protocolo I2C
O Inter-Integrated Circuit utiliza apenas duas linhas de comunicação: SDA (Serial Data Line) e SCL (Serial Clock Line). Cada dispositivo possui um endereço único que o identifica na rede, permitindo a seleção do dispositivo desejado para transmitir ou receber dados.
O protocolo suporta transferência bidirecional e oferece recursos como detecção de colisão de dados e detecção de dispositivos.
Versões do Protocolo I2C
| Versão | Detalhes | Exemplos de Uso |
|---|---|---|
| I2C Standard Mode (100 kbit/s) | Velocidade de 100 kbit/s | Sensores de temperatura, sensores de umidade |
| I2C Fast Mode (400 kbit/s) | Velocidade de 400 kbit/s | Módulos de memória EEPROM, sensores de pressão |
| I2C Fast Mode Plus (1 Mbit/s) | Velocidade de 1 Mbit/s | Monitores de energia, sensores de proximidade |
| I2C High-Speed Mode (3.4 Mbit/s) | Velocidade de 3.4 Mbit/s | Dispositivos de áudio, controladores de display LCD |
| I2C Ultra Fast-Mode (5 Mbit/s, 20 Mbit/s) | Velocidade de 5 Mbit/s ou 20 Mbit/s | Dispositivos de armazenamento de dados, acelerômetros |
Competidores e Derivados
Diversos concorrentes, como Siemens, NEC, Texas Instruments, STMicroelectronics, Motorola, Nordic Semiconductor e Intersil, apresentaram produtos compatíveis. O System Management Bus (SMBus), derivado do Inter-Integrated Circuit, foi definido pela Intel em 1995, promovendo robustez e interoperabilidade.
Aplicações do Protocolo I2C
O Inter-Integrated Circuit é ideal para aplicações que exigem simplicidade e baixo custo, como comunicação entre sensores e microcontroladores, controle de periféricos, leitura de dados de sensores e configuração de dispositivos.
Benefícios e Limitações
Benefícios:
- Requer apenas duas linhas de sinal.
- Taxas flexíveis de transmissão de dados.
- Endereçamento independente para cada dispositivo.
- Suporte a comunicações simultâneas.
- Pode lidar com várias comunicações principais.
Limitações:
- Limitação no número de dispositivos devido aos bits de endereçamento.
- Velocidades de transmissão limitadas.
- Consumo de energia mais elevado que outros barramentos.
- Risco de falhas no barramento devido à natureza compartilhada.
Estendendo o Comprimento das Linhas I2C
É possível estender o comprimento das linhas, mas isso pode resultar em degradação do sinal. O uso de buffers de sinal, cabos blindados e limitação da velocidade são recomendados.
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Identificação de Dispositivos I2C
Cada dispositivo possui um endereço único especificado pelo fabricante. Ferramentas como analisadores lógicos ou scanners Inter-Integrated Circuit podem identificar dispositivos em execução.
Revisões do Protocolo I2C
O protocolo Inter-Integrated Circuit passou por várias revisões ao longo dos anos, adicionando modos de alta velocidade, mecanismos de ID de dispositivo e melhorias na eficiência.
Aqui está uma tabela que resume as revisões do protocolo I2C ao longo dos anos:
| Ano | Versão | Notas |
|---|---|---|
| 1981 | Patente | Patente US 4.689.740 depositada em 2 de novembro de 1981 pela US Philips Corporation. |
| 1982 | Original | O sistema I2C de 100 kbit/s foi criado como um sistema de barramento interno simples para a construção de componentes eletrônicos de controle com vários chips Philips. |
| 1992 | 1 | Adicionado modo rápido de 400 kbit/s (Fm) e um modo de endereçamento de 10 bits para aumentar a capacidade para 1008 nós. Esta foi a primeira versão padronizada. |
| 1998 | 2 | Adicionado o modo de alta velocidade (Hs) de 3,4 Mbit/s com requisitos de economia de energia para tensão e corrente elétrica. |
| 2000 | 2,1 | Esclarecida a versão 2, sem alterações funcionais significativas. |
| 2007 | 3 | Adicionado 1 Mbit/s Fast-mode plus (Fm +) e um mecanismo de ID de dispositivo. |
| 2012 | 4 | Adicionado 5 Mbit/s Fast-mode Ultra (UPM) para novo USDA (dados) e linhas USCL (relógio) usando push-pull lógica sem resistores pull-up e acrescentou uma tabela fabricante ID atribuído. É apenas um barramento unidirecional. |
| 2012 | 5 | Erros corrigidos. |
| 2014 | 6 | Dois gráficos corrigidos. Este é o padrão atual. |
Essa tabela fornece um resumo cronológico das principais revisões do protocolo I2C ao longo do tempo.
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Tecnologias Derivadas
O I2C serviu como base para diversas tecnologias, como ACCESS.bus, DDC, SMBus, PMBus e IPMB, sendo implementado em processadores system-on-chip como TWI.
O padrão de interface do sensor MIPI I3C (I3C) é um desenvolvimento do I2C, em desenvolvimento desde 2017.
Conclusão
O protocolo I2C é uma ferramenta valiosa na comunicação entre dispositivos eletrônicos, oferecendo simplicidade e eficiência. Suas vantagens superam as limitações em muitos casos, tornando-o uma escolha popular para uma variedade de aplicações.
Perguntas Frequentes
O Inter-Integrated Circuit é um barramento de comunicação serial criado pela Philips Semiconductors em 1982, utilizado para transferir dados entre dispositivos eletrônicos.
O Inter-Integrated Circuit apresenta vantagens como a necessidade de apenas duas linhas de sinal, endereçamento independente, suporte a comunicações simultâneas e flexibilidade nas taxas de transmissão.
O comprimento das linhas Inter-Integrated Circuit pode ser estendido, mas é recomendável o uso de técnicas como buffers de sinal, cabos blindados e limitação da velocidade de transmissão.
Cada dispositivo Inter-Integrated Circuit possui um endereço único especificado pelo fabricante. Ferramentas como analisadores lógicos ou scanners I2C podem identificar dispositivos em execução.
