简介

I2C 集成电路总线，一种串行通信总线，使用多主从架构
由飞利浦公司在20世纪80年代为了让主板和嵌入式系统以连接低速周边设备而开发

正确读法 “I平方C” 或者"I方C"
而"I二C"是错误读法

• I2C硬件连接方式
  

  • 在物理连接上十分简单，分别由SDA（串行数据线）,SCL（串行时钟线）及上拉电阻组成
  • 通信原理是通过控制SCL和SDA高低电平来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据传输
  • 在总线空闲状态时，SCL和SDA会上拉电阻拉高，保持着高电平
  • 通过其物理连接方式，我们就可以知道I2C协议是串行，同步通讯协议

• 特征

  • I2C总线上的每一个设备都会对应这唯一的I2C地址

  • 部分从设备可以·通过外围电路来改变I2C地址

  • 主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信

  • I2C总线上的主设备和从设备之间以字节（8位）为单位进行双向的数据传输

• 通讯速率

  • 

  • 然而只支持标准模式的设备不能向上兼容，因为它们不能支持更高的传输速率

  • 所以说不能在更高速率的I2C总线系统中存在

协议详解

• I2C协议规定，总线上数据的传输必须有个起始信号作为开始条件，以一个结束信号作为传输的停止条件

• 起始和结束信号均是由主设备产生，这也意味着从设备不可以主动发起通信，所以的设备都是主设备发起的

• 主设备可以发起询问的指令，然后等待从设备的通信

• 当总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持着高电平

• 当SCL为高电平而SDA由高到低的跳变，表示产生一个起始信号

• 当传输结束时，SCL为高而SDA由低到高的跳变，表示产生一个停止条件

• 在起始条件产生后，总线处于忙状态，由于本次数据传输的主从设备独占总线，其它的I2C器件无法访问总线

• 在停止信号产生后，本次数据传输的主从设备将释放总线，总线再次处于空闲状态

• 数据传输以字节单位，主设备在SCL线上产生每个时钟脉冲的过程中将SDA线上传输一个数据位

• 当一个字节按照数据位由高到低的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低SDA线

  • 回传给主设备一个应答位，此时才被认为一个字节真正的被传输完成

• 当然，并不是所有的字节传输都必须有一个应答位

  • 比如说从设备不能再接收主设备（发送的）数据时，从设备将不回传应答位

RP2040 I2C主要参数

函数讲解

• machine.I2C(i2c_id,scl,sda,freq=400000)

  • I2C对象构造函数，作用为初始化对应I2C通道和引脚.
  • i2c_id:使用I2C通道，可为0或者1；
  • scl：SCL引脚，应为Pin对象(I2C0默认为9，I2C1默认为7)
  • sda：SDA引脚，应为Pin对象(I2C0默认为8，I2C1默认为6)
  • freq：I2C时钟频率，默认为400Kb/S

• I2C.scan()

  • 扫描从设备函数，返回所有I2C总线上挂载从设备7位地址的列表。

• I2C.readfrom(addr, nbytes, stop=True)

  • readfrom函数其作用为通过I2C总线从设备读取数据并返回字节串。
  • addr：从设备地址。
  • nbytes：读取字符长度。
  • stop：是否在接收完成数据后发送结束信号。

• I2C.readfrom_into(addr, buf, stop=True)

  • readfrom_into函数其作用为readfro函数的升级版，可以将读取数据指定存放在字符数组中。
  • addr：从设备地址
  • buf：字符数组，用于存放数据
  • stop：是否在接收完成数据后发送结束信号

• I2C.writeto(addr, buf, stop=True)

  • writeto函数其作用为向从设备写入数据。
  • addr：从设备地址
  • buf：发送字符串
  • stop：是否在接收完成数据后发送结束信号

内存操作

• I2C.readfrom_mem(addr, memaddr, nbytes, *, addrsize=8)
  • readfrom_mem函数其作用为从设备的寄存器中读取数据。
  • addr：从设备地址
  • memaddr：寄存器地址
  • nbytes：读取字节长度
  • addrsize：寄存器地址长度

添加了寄存器操作的函数：

• I2C.readfrom_mem_into(addr, memaddr, buf, *, addrsize=8)

  • readfrom_mem_into函数其作用为从设备的寄存器中读取数据到指定字符数组。
  • addr：从设备地址
  • memaddr：寄存器地址
  • buf：字符数组，用于存放数据
  • addrsize：寄存器地址长度

• I2C.writeto_mem(addr, memaddr, buf, *, addrsize=8)

  • writeto_mem函数其作用为将数据写入从设备的寄存器
  • addr：从设备地址
  • memaddr：寄存器地址
  • buf：发送字符串
  • addrsize：寄存器地址长度

软件I2C

以下函数，MircoPython标注为只用于软件I2C

• I2C.start()
  • start函数其作用为在I2C总线中发送开始信号（SCL保持高电平，SDA转为低电平）
• I2C.stop()
  • start函数其作用为在I2C总线中发送终止信号（SCL保持高电平，SDA转为低电平）
• I2C.readinto(buf, nack=True,)
  • readinto函数其作用为从I2C总线读取数据到指定的字符数组，读取长度为字符数组的长度。
  • buf：存放数据的字符数组
  • nack：在接受最后一个数据后，是否发送nack信号
• I2C.write(buf)
  • write函数其作用为将buf字符数组的数据写入到I2C总线中。
  • buf：需要发送的字符数组

例程地址

• Github仓库

MicroPython源码

实操

• pico 1
• USB to Miscro USB 数据线 1
• Pico Eval Board 1

查看原理图，Pico 的GPIO6和GPIO7连接到LSF0204，这是一个双向电压电平转换器，它可以在不同工作电压的
器件中传递电平信号，防止器件损坏

然后通过LSF0204连接到ICM-20948，这是一个九轴传感器，分别有3轴加速度/陀螺仪/磁力计
可以用于检测运动姿势，方位和磁场

ICM20948相对重要的寄存器
![[Pasted image 20220923224853.png]]

• WHO_AM_I ，只读寄存器，寄存器地址为0X00，其中内容用于识别设备，如果其中值为0XEA则可以判读该设备为ICM_20948
• RED_ADD_ACCEL_XOUT_H,只读寄存器，寄存器地址为0X2D，存放X轴加速度读取值高8位
• 接下来几个连续地址的寄存器，都是用来存放加速度XYZ三轴读取数值，可以用于连续读取获取数值
• REG_BANK_SEL，可读可写寄存器，用于切换USER BANK
• 以上几个指令均位于USER BANK0下，切换USER BANK可切换对应不同的寄存器组

可以理解为USER BANK为页数，寄存器为行数

程序讲解

简单程序1：

from machine import I2C,Pin

i2c = I2C(id=1,scl=Pin(7),sda=Pin(6),freq=100_000)  # 初始化I2C通道1，使用引脚，I2C频率为100KHZ
addr_list = i2c.scan()      # 使用扫描函数，扫描I2C总线下所有的设备地址，并返回对应的列表
# 判断是否只有一个设备连接到了I2C总线
if len(addr_list) == 1:
     who = i2c.readfrom_mem(addr_lst[0],0x00,1)
     # Identify ICM20948
     if who[0] == 0xEA :
        print("Just a ICM20948 connected")
    else :
        print("Have a device connected but it is not ICM20948")
# Nothing connected 
elif len(addr_list) == 0:
        print("Nothing connected")
# More than one device is connected
else :
        print("More than one device is connected")
        

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