例說 I2C 通信

背景介紹：
Sugar 這兩天玩了玩 JetBot，就是用 Nvidia Jetson Nano 做的智能小車。
其中小車馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)模塊用的是 I2C 的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)板。
本篇 Sugar 就從硬件角度說一說 I2C 總線。

I2C 設(shè)備的電路約定

一、典型電路

二、約定

1、設(shè)備空閑，輸出高阻態(tài)。若所有設(shè)備空閑，則總線(SCL、SDA)被上拉成高電平。
2、總線上的設(shè)備開漏輸出（輸出 1 是高阻態(tài)）。
3、大多數(shù)是 7 位設(shè)備地址（最多 128 個(gè)設(shè)備）。當(dāng)說成 8 位地址的時(shí)候帶上“讀”、“寫”以與 7 位地址做區(qū)分，如：8位寫地址（末位0），8位讀地址（末位1）。
4、從調(diào)試經(jīng)驗(yàn)講（忽略微觀上的“數(shù)據(jù)建立時(shí)間”）：在 SCL 上升沿讀取 SDA。
5、二進(jìn)制數(shù)據(jù)位的排列方式：MSB 在左， LSB 在右。
6、數(shù)據(jù)發(fā)送方每發(fā)送一個(gè) Byte，數(shù)據(jù)接收方要在總線上回一個(gè)應(yīng)答(即：ACK-低電平/NACK-高電平)
7、主機(jī)主動(dòng)：通信由主機(jī)發(fā)起，由主機(jī)結(jié)束。

在以上約定下，以主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)為例，描述一下通信過程：主機(jī)在收到從機(jī)應(yīng)答（0）后開始發(fā)送數(shù)據(jù)，每個(gè)字節(jié)從機(jī)都會(huì)有應(yīng)答（0），若收到非 0 的應(yīng)答（NACK）則主機(jī)停止寫入。

通信的起止

1、起：SDA 在 SCL 高時(shí)產(chǎn)生下降沿。
2、止：SDA 在 SCL 高時(shí)產(chǎn)生上升沿。

注：起、止信號(hào)均由主機(jī)發(fā)出。

交替應(yīng)答

在約定中說道“數(shù)據(jù)發(fā)送方每發(fā)完 1 個(gè) Byte，數(shù)據(jù)接收方要在總線上回一個(gè)應(yīng)答（ACK/NACK）?！?/p>

這里說的“數(shù)據(jù)發(fā)送方”和“數(shù)據(jù)接收方”與 I2C 通信的“主機(jī)”與“從機(jī)”不是一個(gè)范疇的概念，千萬不要混淆。

按照約定，數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)完一個(gè) Byte 后要釋放總線控制權(quán)（即 SDA 線的控制權(quán)），以便讓數(shù)據(jù)接收方能通過總線（SDA 線）給出應(yīng)答。這個(gè)“釋放總線控制權(quán)”與約定的“開漏輸出”是相關(guān)的，即：發(fā)送完成后輸出高阻態(tài)，從而使得 I2C 總線的 SDA 通過上拉電阻取得高電平，以便對(duì)方能夠得知總線空閑并給出應(yīng)答。

用邏輯分析儀看 I2C 通信

1、在多線程下，總線的 SCK 不一定是均勻的。

2、在通信未結(jié)束時(shí)，主機(jī)可以由寫入轉(zhuǎn)為讀取。轉(zhuǎn)換時(shí)重新發(fā)一個(gè)“起始”信號(hào)就可以了。

3、主機(jī)結(jié)束通信。

這里注意：一次通信結(jié)束后必須釋放總線控制權(quán)，讓 SCL 和 SDA 都是高電平。

4、二進(jìn)制“高位在前”，或者說 MSB 在左、LSB 在右。

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