I2C通信是如何工作？

MSP430是德州儀器為嵌入式項(xiàng)目提供的強(qiáng)大平臺(tái)，其多功能性使其能夠找到進(jìn)入許多應(yīng)用的方法，并且該階段仍在進(jìn)行中。從現(xiàn)在開(kāi)始，我們已經(jīng)介紹了我們可以進(jìn)入更有趣的東西（如通信門戶）的基礎(chǔ)知識(shí)。

在龐大的嵌入式應(yīng)用中，沒(méi)有微控制器可以自行執(zhí)行所有活動(dòng)。在某個(gè)階段，它必須與其他設(shè)備通信以共享信息，有許多不同類型的通信協(xié)議來(lái)共享這些信息，但最常用的是USART，IIC，SPI和CAN。每種通信協(xié)議都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。現(xiàn)在讓我們專注于I2C 部分，因?yàn)檫@是我們將在本教程中學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

什么是 I2C 通信協(xié)議？

IIC一詞代表“內(nèi)部集成電路”。它通常表示為 I2C 或 I 平方 C，甚至在某些地方表示為 2 線接口協(xié)議 （TWI），但含義相同。I2C是一種同步通信協(xié)議，意味著共享信息的兩臺(tái)設(shè)備必須共享一個(gè)共同的時(shí)鐘信號(hào)。它只有兩根線來(lái)共享信息，其中一根用于翹起信號(hào)，另一根用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

I2C 通信如何工作？

I2C通信最初是由菲利普斯引入的。如前所述，它有兩根電線，這兩根電線將跨兩個(gè)設(shè)備連接。在這里，一個(gè)設(shè)備稱為主設(shè)備，另一個(gè)設(shè)備稱為從設(shè)備。通信應(yīng)該而且將始終發(fā)生在兩個(gè)主站和從站之間。I2C通信的優(yōu)點(diǎn)是可以將多個(gè)從機(jī)連接到一個(gè)主站。

完整的通信通過(guò)這兩根線進(jìn)行，即串行時(shí)鐘（SCL）和串行數(shù)據(jù)（SDA）。

串行時(shí)鐘 （標(biāo)準(zhǔn)式高標(biāo)準(zhǔn)顯示）：與從機(jī)共享主站產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)

串行數(shù)據(jù) （SDA）：在主站和從站之間發(fā)送數(shù)據(jù)。

在任何給定時(shí)間，只有主機(jī)才能啟動(dòng)通信。由于總線中有多個(gè)從站，因此主站必須使用不同的地址來(lái)引用每個(gè)從站。當(dāng)尋址時(shí)，只有具有該特定地址的從站會(huì)回復(fù)信息，而其他人則退出。這樣，我們可以使用相同的總線與多個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信。

I2C 的電壓電平不是預(yù)定義的。I2C 通信非常靈活，意味著由 5v V 供電的設(shè)備可以使用 5v 進(jìn)行 I2C，3.3v 設(shè)備可以使用 3v 進(jìn)行 I2C 通信。但是，如果兩個(gè)以不同電壓運(yùn)行的器件需要使用I2C進(jìn)行通信，該怎么辦？5V I2C 總線不能與 3.3V 設(shè)備連接。在這種情況下，電壓轉(zhuǎn)換器用于匹配兩個(gè)I2C總線之間的電壓電平。

有一些條件可以框定交易。傳輸?shù)某跏蓟瘡腟DA的下降沿開(kāi)始，在下圖中定義為“START”條件，其中主控器在將SDA設(shè)置為低電平時(shí)使SCL保持高電平。

如下圖所示，

SDA 的下降沿是 START 條件的硬件觸發(fā)器。在此之后，同一總線上的所有設(shè)備都將進(jìn)入偵聽(tīng)模式。

以同樣的方式，SDA的上升沿停止傳輸，在上圖中顯示為“停止”條件，其中主站離開(kāi)SCL高電平，也釋放SDA以達(dá)到高電平。因此，SDA的上升沿會(huì)停止傳輸。

R/W 位表示后續(xù)字節(jié)的傳輸方向，如果為 HIGH 表示從機(jī)將傳輸，如果為 LOW 表示主站將傳輸。

每個(gè)位在每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸，因此傳輸一個(gè)字節(jié)需要 8 個(gè)時(shí)鐘周期。在發(fā)送或接收每個(gè)字節(jié)后，ACK/NACK（已確認(rèn)/未確認(rèn)）保持第九個(gè)時(shí)鐘周期。此ACK位由從機(jī)或主站根據(jù)情況生成。對(duì)于 ACK 位，SDA 由主站或從機(jī)設(shè)置為 9 時(shí)為低電平千時(shí)鐘周期。所以它被認(rèn)為是 ACK 否則 NACK。

在哪里使用 I2C 通信？

I2C通信僅用于短距離通信。它在一定程度上肯定是可靠的，因?yàn)樗哂型綍r(shí)鐘脈沖以使其智能。該協(xié)議主要用于與傳感器或其他必須向主站發(fā)送信息的設(shè)備進(jìn)行通信。當(dāng)微控制器必須使用最少的電線與許多其他從模塊通信時(shí)，它非常方便。如果您正在尋找遠(yuǎn)程通信，則應(yīng)嘗試RS232，如果您正在尋找更可靠的通信，則應(yīng)嘗試SPI協(xié)議。

MSP430 中的 I2C：控制數(shù)字電位計(jì) AD5171

Energia IDE是最簡(jiǎn)單的MSP430編程軟件之一。它與Arduino IDE相同。您可以在此處了解有關(guān)使用 Energia IDE 開(kāi)始使用 MSP430 的更多信息。

因此，要在Energia IDE中使用I2C，我們只需要包含wire.h頭文件。引腳聲明（SDA 和 SCL）位于導(dǎo)線庫(kù)內(nèi)，因此我們不需要在設(shè)置函數(shù)中進(jìn)行聲明。

可以在 IDE 的“示例”菜單中找到示例示例。下面解釋其中一個(gè)示例：

本例說(shuō)明如何控制ADI公司AD5171數(shù)字電位計(jì)，該電位計(jì)通過(guò)I2C同步串行協(xié)議進(jìn)行通信。使用MSP的I2C線庫(kù)，數(shù)字電位器將逐步通過(guò)64級(jí)電阻，使LED衰減。

首先，我們將包括負(fù)責(zé) i2c 通信的庫(kù)，即線庫(kù)

#include

在設(shè)置函數(shù)中，我們將通過(guò).begin（）函數(shù)啟動(dòng)線庫(kù)。

void setup() {

Wire.begin(); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

}

然后初始化一個(gè)變量val以存儲(chǔ)電位器的值

byte val = 0;

在環(huán)路功能中，我們將通過(guò)指定IC數(shù)據(jù)表中給出的器件地址，開(kāi)始向i2c從器件（在本例中為數(shù)字電位器IC）傳輸。

void loop() {

Wire.beginTransmission(44); // transmit to device #44 (0x2c)

隨后，隊(duì)列字節(jié)，即您要發(fā)送到IC的數(shù)據(jù)，以便使用write（）函數(shù)進(jìn)行傳輸。

Wire.write(byte(0x00)); ? ? ? ? ? ?

// sends instruction byte

Wire.write(val);

// sends potentiometer value byte

然后通過(guò)調(diào)用 endTransmission（） 來(lái)傳輸它們。

Wire.endTransmission();

// stop transmitting

val++;

// increment value

if (val == 64)

{ ? ? ? // if reached 64th position (max)

val = 0;

// start over from lowest value

}

delay(500);

}