【esp32 项目】使用I2C——第一篇：I2C的科普

参考原文:<老宇哥带你玩转 ESP32：07 I2C协议，看这一篇就够了>

链接：https://www.eepw.com.cn/zhuanlan/315431.html

 

天我们来玩儿I2C。

I2C概述

I2C全称是Inter-Integrated Circuit，是飞利浦半导体公司（06年迁移到NXP了）在1982年发明的，是使用非常广泛的一种通信协议，很多传感器、存储芯片、OLED等，都是在使用I2C。标准输出模式下能达到100kbps的传输速率，快速模式下能达到400kbps的传输速率，高速模式下能达到3.4Mbps，超高速下最快能达到5Mbps。

与UART一样，IIC仅用两条线在设备间通信：

 

SCL -- 时钟信号

SDA -- 数据信号

I2C主机与从机之间共享时钟信号，时钟始终由主机控制，总线下面可以挂多个设备，是一种同步，多主，多从，半双工的通信协议，下面我们简单介绍一下通信原理：

 

默认情况下，两条线都被上拉，SCL=1，SDA=1。

启动与停止信号：

通信开始，要先发开启动信号，结束的时候，要发送结束信号。

开始信号由主设备发出启动，具体为在SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平；

停止信号由主设备发出结束，具体为在SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平；

 

当然，在传输过程中，有时候需要更改数据方向，重新传输等，我们没必要发停止信号，直接重新发启动信号启动即可。

 

地址字节

我们的总线上可能挂很多从设备，在我们主设备发送了启动信号之后，总线上的从设备就都被“唤醒”了，等着主设备发送地址宠幸。所以这里有一个从机地址的概念，从机地址以8位字节发送的，MSB在前，最后一位表示接下来读或写，所以高7位构成了从机地址，也可以看出，同一个总线上，可以寻址128个从设备。

一旦从设备的地址匹配，就继续读取最后一位，低电平代表写入，高电平代表读取。其它从设备就忽略后面的数据。

ACK与NACK

在每个字节传输之后，接收设备发送一个应答信号，确认或者不确认，接收设备通过在SCL高电平期间，将SDA拉低生成一个确认信号ACK，拉高生成一个不确认信号NACK，这里ACK主要用于表示字节正确传输了，NACK表示数据传输有错误，需要从新发送。应答信号主设备，从设备都可以产生，比如，主设备从从设备读取最后一个字节的数据后，就要发送NACK结束传输。

 

数据信号

数据以8位字节格式传输，高字节在前，传输的字节数量没有限制，但是每个字节后面必须要有一个数据接收方产生的应答信号。传输过程中，SCL为低的时候，SDA数据可以改变，SCL为高的时候，SDA的数据必须稳定。

 

命令字节

当写入或读取从设备中特定寄存器时，主机首先要向已寻址的从机写入寄存器地址，其实也是一个数据字节，我们这里称之为命令字节。

写入设备

主设备在发出启动信号之后，紧着着发送要操作从设备的地址，最后一位为低电平表示接下来写入数据，然后在时钟信号下一位一位的写入数据，在从设备发出ACK应答之后，发送结束信号结束通信。

 

读取数据

主设备在发出启动信号之后，紧着着发送要操作从设备的地址，最后一位为高电平表示接下来读取数据，然后接管SDA数据线并在时钟的控制下向主设备发送数据，主设备同样要在每个字节接收完毕的时候发送ACK响应，当主设备不想接收的时候，就在最后一个字节接收后发送NACK响应，然后恢复对总线的控制并发送结束信号。

SCL的控制权始终在主机这里。

 

当然，实际还要很多组合传输协议，这里由于篇幅问题就不展开说了，基本上大同小异，我们根据不同设备的数据手册来传输就可以啦。I2C还有很多特性，快速命令，仲裁，多主控等等，普通的应用接触不到，感兴趣的小伙伴自行研究下。