I²C-Bus für Miningen Light?

Beflügelt durch die Erfindung von Stefan Raabs Duschkopf haben wir mal etwas weiter an „Miningen Light“ gebastelt. Jetzt kommt die große Frage: Verbinden wir die einzelnen µCons bzw. AVRs seriell, per DCC-Signal (den Digitalbahnern bestens bekannt) oder durch den I2C-Bus von Phillips… Doch was ist der I2C-Bus???

AVR-Serie: ATTINY13, ATmega8 und ATmega8515

I²C ist ein synchroner serieller Zweidraht-Bus (eine Daten- und eine Taktleitung), der für die Kommunikation zwischen ICs über kleine Distanzen geeignet ist. Entwickelt wurde er Anfang der 80er Jahre von Philips. Gesprochen „I quadrat C“ steht für IIC = Inter IC Bus. Aus Lizenzgründen heißt der I²C Bus bei manchen Herstellern auch TWI, two wire interface.

In einem I²C-Bus gibt es mindestens einen Master mit bis zu 127 Slaves und einen Broadcast Kanal. Ein I²C-Bus mit mehreren Mastern wird als „Multi-Master-Bus“ bezeichnet. Der (oder die) Master sprechen die Slaves an; ein Slave kann NIE selbstständig Daten senden. Dazu übenimmt der Master, der Daten senden oder empfangen möchte, den Bus und gibt die (7-bit- bzw. 10-bit-)Adresse des Slaves aus, mit dem er kommunizieren möchte. Nach der Adresse teilt der Master dem entsprechenden Slave mit, ob er Daten senden oder empfangen möchte. Danach werden die eigentlichen Daten (entweder vom Master oder Slave) auf den Bus gelegt. Hat der Master den Lese- oder Schreibvorgang abgeschlossen, so gibt er den Bus wieder frei. Sofern mehrere Master vorhanden sind, stellt ein Protokoll sicher, dass sich diese nicht gegenseitig stören.

Die Übertragungsrate beträgt beim standard mode bis zu 100 kbit/s, beim fast mode bis zu 400 kbit/s und beim high-speed mode bis zu 3,4 MBit/s. Falls die Taktrate für einen Slave zu hoch ist, kann er die Clock-Leitung auf Null ziehen und die Übertragung damit verlangsamen (sog. Clock Stretching). Dies ist auf Bit- wie auf Byte-Ebene möglich; ersteres allerdings nicht im high-speed mode. Um längere Übertragungswege zu realisieren, kann man die Taktrate fast beliebig vermindern (einige Bausteine erzeugen aber irgendwann ein Time-Out). Mit einer Taktfrequenz von nur 5 kbit/s können dann durchaus mehrere Meter überbrückt werden.

Im PC wird ein dem I²C-Bus sehr ähnliches System benutzt, um z. B. die Daten eines SDRAM-Modules auszulesen. Dieser nennt sich SMBus (System Management Bus).

Erfahrungen mit den Atmegas (gemessene I2C-Taktfrequenzen):

• 16,000MHz – schafft sauber bis zu 700KHz
• 18,432MHz – schafft sauber bis zu 950KHz

Selbst unter schlechten Bedingungen wie…

• 50cm 6-adriges Spiralkabel, frei schwingend verbaut in einem Rennwagen als Verbindung zwischen Lenkraddisplay und Amaturenbrett
• Nähe zu nicht geschirmten Leitungen mit 12V, GND und 5V PWM zum Dimmen von LEDs
• grausamen Umgebungsbedingungen, Fahrten im Regen, Schnee oder bei glühender Sonne und gefühlten 100° C 😉 auf der Rennstrecke.

hat der Bus ohne Probleme funktioniert.