描述

i2c協(xié)議是什么？

I2C（Inter-Integrated Circuit），發(fā)音為 I-squared-C，是飛利浦半導(dǎo)體（現(xiàn)為 NXP 半導(dǎo)體）于 1982 年發(fā)明的同步、多主、多從、分組交換、單端、串行通信總線。它廣泛用于在短距離板內(nèi)通信中將低速外圍 IC 連接到處理器和微控制器。或者，I2C 拼寫(xiě)為 I2C（發(fā)音為 I-two-C）或 IIC（發(fā)音為 IIC）。

兩線協(xié)議由串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時(shí)鐘線（SCL）組成。開(kāi)始/停止條件分別確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)始和結(jié)束。

i2c 數(shù)據(jù)框

數(shù)據(jù)框

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• 起始位：當(dāng) SCL 為高時(shí)，SDA 為 0 -> 1。
• 停止位：當(dāng) SCL 為高時(shí)，SDA 為 1 -> 0。
• 設(shè)備地址位（7-10 位）：設(shè)備地址可以訪問(wèn)所有唯一的從設(shè)備。一個(gè) 7 位設(shè)備地址可以訪問(wèn) 2^7 個(gè)設(shè)備或 128 個(gè)設(shè)備，一個(gè) ACK?? 位“0”從特定的從設(shè)備發(fā)送到主設(shè)備，以確認(rèn)其存在于信號(hào)線中。
• 讀/寫(xiě)位：當(dāng)主設(shè)備寫(xiě)入從設(shè)備時(shí)，“0”被發(fā)送到從設(shè)備，反之亦然。
• ACK/NACK 位：如果成功接收到地址幀或數(shù)據(jù)幀，則接收方向發(fā)送方發(fā)送一個(gè)位“0”。
• 數(shù)據(jù)幀（8 位）：i2c 協(xié)議的數(shù)據(jù)幀為 8 位長(zhǎng)，在發(fā)送方收到接收方確認(rèn)確認(rèn) ACK 位后發(fā)送。成功接收數(shù)據(jù)后，接收器再次發(fā)送 ACK 位為“0”。

i2c 速度模式

雙向總線：-

• 標(biāo)準(zhǔn)模式 100 kbit/s
• 快速模式 400 kbit/s
• 快速模式 1 Mbit/s
• 高速模式3.4 Mbit/s

單向總線：-

• 超快速模式 5 Mbit/s

資料來(lái)源：NXP i2c 總線規(guī)范

主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

• 多從和多主協(xié)議。
• 使用 ACK 位進(jìn)行錯(cuò)誤處理。
• 時(shí)鐘延長(zhǎng)為使用慢速 IC 提供了靈活性。

缺點(diǎn)：

• 由于開(kāi)銷(xiāo)，傳輸速度慢。
• 半雙工。
• 復(fù)雜性隨著主設(shè)備和從設(shè)備數(shù)量的增加而增加。
• 數(shù)據(jù)幀的大小限制為 8 位。

i2c Wire.h 庫(kù)

Wire.h 庫(kù)在主設(shè)備和從設(shè)備之間建立 i2c 通信。

#include 

按照主從設(shè)備（微控制器）的引腳圖，定義 SDA 和 SCL 線。

#define SDA D1
#define SCL D2

主從地址保存在常量變量中。

const int16_t i2c_rpi=0x00; //master
const int16_t i2c_node=0x01; // slave 1
const int16_t i2c_ard=0x02; // slave 2
const int16_t i2c_disco=0x03; // slave 3
const int16_t i2c_esp32=0x04; // slave 4
const int16_t i2c_blue=0x05; // slave 5

在設(shè)置中，所有設(shè)備都與它們的特定 SDA、SCL 線和設(shè)備地址相連。

Wire.begin(SDA,SCL,i2c_address); /* slave or master address depending on the slave or the master device respectively */

對(duì)于 Slave 讀/寫(xiě)，還設(shè)置了特定的請(qǐng)求函數(shù)。

Wire.onRequest(requestEvent); /* for slave write request */
Wire.onReceive(receiveEvent); /* for slave read request */

此后，主設(shè)備使用其唯一地址向其從設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求或接收事件。

/*For read*/

Wire.requestFrom(i2c_slave_addr,data_size); /* slave address along with data bits requested. */
  while(Wire.available())
  {
    char c=Wire.read();
    Serial.println(c);
  }

/*For Write*/

Wire.beginTransmission(i2c_slave_addr);
Wire.write("xyz");
Wire.endTransmission();

為 i2c 配置 pi

要使用樹(shù)莓派實(shí)現(xiàn) i2c 通信，smbus2 庫(kù)是建立主從連接的合適庫(kù)。

Few initial set up is required for the i2c interface in raspberry pi.

After logging in to the pi, enter this command and enable the i2c from the interface dropdown. reboot the pi.

sudo raspi-config

Install the smbus2 package and i2c tools.

sudo pip install smbus2
sudo apt-get install i2c-tools

To check the slave devices that have established the i2c interface.

sudo i2cdetect -y 1

Thesmbus2 library

from smbus2 import SMBus, i2c_msg

Read some data

with SMbus(1) as bus:
    msg=i2c_msg.read(i2c_slave_addr,data_size)
    bus.i2c_rdwr(msg)

Write some data

with SMbus(1) as bus:
    msg=i2c_msg.write(i2c_slave_addr,data)
    bus.i2c_rdwr(msg)

Interfacing with various micro-controllers

• Raspberry Pi 3B Master
• Node MCU Slave1
• Arduino UNO Slave 2
• Blue-Pill(STM32F103C8T6) Slave 3
• DISCO-L475VG-IOT01A Slave 4
• ESP-32 Slave 5

Device connections

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