電子發(fā)燒友App
I2C簡介
I2C總線是由Philips公司開發(fā)的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。主器件用于啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時(shí)鐘以開放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件．在總線上主和從、發(fā)和收的關(guān)系不是恒定的，而取決于此時(shí)數(shù)據(jù)傳送方向。如果主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)給從器件，則主機(jī)首先尋址從器件，然后主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)至從器件，最后由主機(jī)終止數(shù)據(jù)傳送；如果主機(jī)要接收從器件的數(shù)據(jù)，首先由主器件尋址從器件．然后主機(jī)接收從器件發(fā)送的數(shù)據(jù)，最后由主機(jī)終止接收過程。在這種情況下．主機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生定時(shí)時(shí)鐘和終止數(shù)據(jù)傳送。
I2C工作原理
SDA（串行數(shù)據(jù)線）和SCL（串行時(shí)鐘線）都是雙向I/O線，接口電路為開漏輸出．需通過上拉電阻接電源VCC．當(dāng)總線空閑時(shí)．兩根線都是高電平，連接總線的外同器件都是CMOS器件，輸出級也是開漏電路．在總線上消耗的電流很小，因此，總線上擴(kuò)展的器件數(shù)量主要由電容負(fù)載來決定，因?yàn)槊總€(gè)器件的總線接口都有一定的等效電容．而線路中電容會影響總線傳輸速度．當(dāng)電容過大時(shí)，有可能造成傳輸錯(cuò)誤．所以，其負(fù)載能力為400pF，因此可以估算出總線允許長度和所接器件數(shù)量。
主器件用于啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時(shí)鐘以開放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件．在總線上主和從、發(fā)和收的關(guān)系不是恒定的，而取決于此時(shí)數(shù)據(jù)傳送方向。如果主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)給從器件，則主機(jī)首先尋址從器件，然后主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)至從器件，最后由主機(jī)終止數(shù)據(jù)傳送；如果主機(jī)要接收從器件的數(shù)據(jù)，首先由主器件尋址從器件．然后主機(jī)接收從器件發(fā)送的數(shù)據(jù)，最后由主機(jī)終止接收過程。在這種情況下．主機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生定時(shí)時(shí)鐘和終止數(shù)據(jù)傳送。
2C總線特點(diǎn)
（1）在硬件上，12C總線只需要一根數(shù)據(jù)線和一根時(shí)鐘線兩根線，總線接口已經(jīng)集成在芯片內(nèi)部，不需要特殊的接口電路，而且片上接口電路的濾波器可以濾去總線數(shù)據(jù)上的毛刺．因此I2C總線簡化了硬件電路PCB布線，降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)可靠性。因?yàn)?2C芯片除了這兩根線和少量中斷線，與系統(tǒng)再?zèng)]有連接的線，用戶常用IC可以很容易形成標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，便于重復(fù)利用。
?。?）I2C總線是一個(gè)真正的多主機(jī)總線，如果兩個(gè)或多個(gè)主機(jī)同時(shí)初始化數(shù)據(jù)傳輸，可以通過沖突檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)破壞，每個(gè)連接到總線上的器件都有唯一的地址，任何器件既可以作為主機(jī)也可以作為從機(jī)，但同一時(shí)刻只允許有一個(gè)主機(jī)。數(shù)據(jù)傳輸和地址設(shè)定由軟件設(shè)定，非常靈活。總線上的器件增加和刪除不影響其他器件正常工作。
?。?）I2C總線可以通過外部連線進(jìn)行在線檢測，便于系統(tǒng)故障診斷和調(diào)試，故障可以立即被尋址，軟件也利于標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，縮短開發(fā)時(shí)問。
?。?）連接到相同總線上的IC數(shù)量只受總線最大電容的限制，串行的8位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100Kbit/s，快速模式下可達(dá)400Kbit/s，高速模式下可達(dá)3．4Mbit/s。
?。?）總線具有極低的電流消耗．抗高噪聲干擾，增加總線驅(qū)動(dòng)器可以使總線電容擴(kuò)大10倍，傳輸距離達(dá)到15m；兼容不同電壓等級的器件，工作溫度范圍寬。
Arduino主從機(jī)之間的I2C通訊實(shí)驗(yàn)
I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既可以是主控器（或被控器），又可以是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。
Arduino通訊命令見網(wǎng)址：http://www.arduino.cc/en/Reference/Wire，我通過這次IIC通訊實(shí)驗(yàn)把這10個(gè)I2C通訊命令全部應(yīng)用到了。
我現(xiàn)在采用老版本A rduino-0018編程，老版本I2C通訊的發(fā)送數(shù)據(jù)命令是send（），接受數(shù)據(jù)命令是receive（），最新版本Arduino 1.0的發(fā)送數(shù)據(jù)的命令是write（），接受數(shù)據(jù)的命令是read（），這一點(diǎn)要注意啊，看清楚自己下載應(yīng)用的是什么版本的Arduino編程軟件。Arduino程序下載地址：http://arduino.cc/en/Main/Software
I2C實(shí)驗(yàn)說明： 主機(jī)向從機(jī)循環(huán)發(fā)送字符串“l(fā)ight is ”和字節(jié)x，x為1或0，從機(jī)接收后，把數(shù)據(jù)顯示在它的串口監(jiān)視器中，如上圖。然后當(dāng)主機(jī)通知從機(jī)向它上傳數(shù)據(jù)時(shí)，會把x值再上傳回主機(jī)，然后賦值給變量c。當(dāng)主機(jī)程序判斷c為1，則點(diǎn)亮主機(jī)數(shù)字端口13相連的LED，否則熄滅LED。
通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)把主從機(jī)之間的雙向通訊都詮釋出來了。
實(shí)驗(yàn)全景圖：
把雙Arduino控制器的SCL和SDA以及GND三根引腳用杜邦線相連，如果不是兩個(gè)Arduino分別獨(dú)立供電，您就要把雙Arduino控制器的VCC也連一起，它們共用一個(gè)電源。這次實(shí)驗(yàn)就是把這四根線SCL和SDA以及GND、VCC都互連起來了。Arduino的SCL引腳位于模擬端口5，SDA引腳位于模擬端口4。
Arduino控制器源于DFRobot官方網(wǎng)址：http://item.taobao.com/item.htm？spm=1101*r1F.1-1mJ7T.3-1MYgQs&id=3136612323
注意：由于“單三角括號”里的內(nèi)容，博客里顯示不出來，所以我把頭文件聲明命令“被迫”進(jìn)行了修改，以便在博客里看到頭文件，例如改成“#include 《Wire.h》”。
Arduino主機(jī)程序：（包括與I2C通訊相關(guān)的命令）
/*主機(jī)向從機(jī)循環(huán)發(fā)送字符串“l(fā)ight is ”和字節(jié)x，x為1或0
從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)后，當(dāng)主機(jī)通知從機(jī)向它上傳數(shù)據(jù)時(shí)
會把x值再上傳回主機(jī)，然后賦值給變量c。
當(dāng)主機(jī)程序判斷c為1，則點(diǎn)亮LED，否則熄滅LED。*/
#include 《Wire.h》//聲明I2C庫文件
#define LED 13
byte x = 0;//變量x決定LED的亮滅
//初始化
void setup（）
{
Wire.begin（）; // 加入 i2c 總線，作為主機(jī)
pinMode（LED，OUTPUT）;//設(shè)置數(shù)字端口13為輸出
}
//主程序
void loop（）
{
Wire.beginTransmission（4）; //發(fā)送數(shù)據(jù)到設(shè)備號為4的從機(jī)
Wire.send（“l(fā)ight is ”）; // 發(fā)送字符串“l(fā)ight is ”
Wire.send（x）; // 發(fā)送變量x中的一個(gè)字節(jié)
Wire.endTransmission（）; // 停止發(fā)送
x++;//變量x加1
if（x==2）//如果變量x的值為2，則把x值轉(zhuǎn)為0
x=0;
delay（1000）;//延時(shí)1s
Wire.requestFrom（4， 1）; //通知4號從機(jī)上傳1個(gè)字節(jié)
while（Wire.available（）》0） // 當(dāng)主機(jī)接收到從機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)
{
byte c = Wire.receive（）; //接收一個(gè)字節(jié)賦值給c
//判斷c為1，則點(diǎn)亮LED，否則熄滅LED。
if（c==1）
{digitalWrite（LED，LOW）;}
else
{digitalWrite（LED，HIGH）;}
}
delay（1000）;//延時(shí)1s
}
Arduino從機(jī)程序：（包括與I2C通訊相關(guān)的命令）
/*循環(huán)接收主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，同時(shí)顯示在串口監(jiān)視器上
把數(shù)據(jù)包的最后一個(gè)字節(jié)，再上傳回主機(jī)
*/
#include 《Wire.h》//聲明I2C庫文件
int x;//變量x值決定主機(jī)的LED是否點(diǎn)亮
//初始化
void setup（）
{
Wire.begin（4）; // 加入 i2c 總線，設(shè)置從機(jī)地址為 #4
Wire.onReceive（receiveEvent）; //注冊接收到主機(jī)字符的事件
Wire.onRequest（requestEvent）; // 注冊主機(jī)通知從機(jī)上傳數(shù)據(jù)的事件
Serial.begin（9600）; //設(shè)置串口波特率
}
//主程序
void loop（）
{
delay（100）;//延時(shí)
}
// 當(dāng)從機(jī)接收到主機(jī)字符，執(zhí)行該事件
void receiveEvent（int howMany）
{
while（ Wire.available（）》1） // 循環(huán)執(zhí)行，直到數(shù)據(jù)包只剩下最后一個(gè)字符
{
char c = Wire.receive（）; // 作為字符接收字節(jié)
Serial.print（c）; // 把字符打印到串口監(jiān)視器中
}
//接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的最后一個(gè)字節(jié)
x = Wire.receive（）; // 作為整數(shù)接收字節(jié)
Serial.println（x）; //把整數(shù)打印到串口監(jiān)視器中，并回車
}
//當(dāng)主機(jī)通知從機(jī)上傳數(shù)據(jù)，執(zhí)行該事件
void requestEvent（）
{
//把接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的最后一個(gè)字節(jié)再上傳給主機(jī)
Wire.send（ x）; // 響應(yīng)主機(jī)的通知，向主機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)
}
我通過這次I2C通訊實(shí)驗(yàn)把這10個(gè)Arduino的I2C通訊命令全部應(yīng)用到了，仔細(xì)看實(shí)驗(yàn)程序注釋，并實(shí)踐一次，就可以了解這Arduino控制器的I2C命令如何應(yīng)用了。
在數(shù)字通信各種協(xié)議中，相對Ethernet， USB， SATA， PCI-Express等傳輸速度達(dá)數(shù)百上千兆字節(jié)每秒的總線，I2C和SPI常稱為“小”協(xié)議。但是，我們不能忘記的是各種總線的用途是什么?！按蟆眳f(xié)議是用于系統(tǒng)外的整個(gè)系統(tǒng)之間通信的，“小”協(xié)議是用于系統(tǒng)內(nèi)各芯片間的通信，沒有跡象表明“大”協(xié)議有必要取代“小”協(xié)議。I2C和SPI的存在和流行體現(xiàn)了“夠用就好”的哲學(xué)。
工商網(wǎng)監(jiān)
評論