IIC通信协议

1.IIC 通信协议简介

I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备，被广泛地使用在多个集成电路(IC)间的通讯。

1.1 IIC 物理层

它的物理层有如下特点：

它是一个支持多设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
一个 I2C 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。
每个连接到总线的设备都有一个独立的设备地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。其中地址是一个七位或十位的数字。
总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。
连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制。

1.2 IIC 协议层

I2C 的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。

IIC 3 种基本读写过程

这些图表示的是主机和从机通讯时，SDA 线的数据包序列。

1.其中 S 表示由主机的 I2C 接口产生的传输起始信号(S)，这时连接到 I2C 总线上的所有从机都会接收到这个信号。

2.起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号 (SLAVE_ADDRESS)。在 I2C 总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据 I2C 协议，这个从机地址可以是 7 位或 10 位。

3.在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为 0，表示后面的数据传输方向是由主机传输至从机，即主机向从机写数据。该位为 1，则相反，即主机由从机读数据。

4.从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

写数据方向:

若配置的方向传输位为 “写数据” 方向，即第一幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后，主机开始正式向从机传输数据(DATA) ，数据包的大小为 8 位，主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输 N 个数据，这个 N 没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号(P)，表示不再传输数据。

读数据方向:

若配置的方向传输位为 “读数据” 方向，即第二幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后，从机开始向主机返回数据(DATA) ，数据包大小也为 8 位，从机每发送完一个数据，都会等待主机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以返回 N 个数据，这个 N 也没有大小限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NACK)，则从机自动停止数据传输。

复合格式:

除了基本的读写，I2C 通讯更常用的是复合格式，即第三幅图的情况，该传输过程有两次起始信号(S) 。一般在第一次传输中，主机通过 SLAVE_ADDRESS 寻找到从设备后，发送一段“数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它与 SLAVE_ADDRESS 的区别)；在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。

1.3 通讯的起始和停止信号

当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。
当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。

1.4 数据有效性

传输时，SCL 为高电平的时候 SDA 表示的数据有效，即此时的 SDA 为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。
当 SCL 为低电平时，SDA 的数据无效，一般在这个时候 SDA 进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。

1.5 地址及数据方向

I2C 总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过 SDA 信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。 I2C 协议规定设备地址可以是 7 位或 10 位，实际中 7 位的地址应用比较广泛。

紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位(R/)，第 8 位或第 11 位。数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。

读数据方向时，主机会释放对 SDA 信号线的控制，由从机控制 SDA 信号线，主机接收信号。
写数据方向时，SDA 由主机控制，从机接收信号。

1.6 应答信号

I2C 的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到 I2C 传输的一个字节数据或地址后：

若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送 “应答(ACK)” 信号，发送方会继续发送下一个数据；
若接收端希望结束数据传输，则向对方发送 “非应答(NACK)” 信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。如下图。

传输时主机产生时钟，在第 9 个时钟时，数据发送端会释放 SDA 的控制权，由数据接收端控制 SDA，若 SDA 为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。

2. linux 开发板使用 IIC

2.1 使能 IIC 驱动

通过 fire-config 命令，使能 IIC 驱动，如下图所示：

2.2 检查 IIC 设备

#查看系统存在的I2C总线

ls  /sys/bus/i2c/devices

2.3 安装 i2c-tools

#安装i2c-tools

sudo apt-get install i2c-tools

安装后可使用的命令有 i2cdetect、i2cdump、i2cset 以及 i2cget,它们分别用于扫描 I2C 总线上的设备、读写指定设备的寄存器内容。

2.4 i2cdetect 命令

i2cdetect [-y] [-a] [-q|-r] i2cbus [first last]：

参数说明：

参数 y：关闭交互模式，使用该参数时，不会提示警告信息。
参数 a：扫描总线上的所有设备。
参数 q：使用 SMBus 的“quick write”命令进行检测，不建议使用该参数。
参数 r：使用 SMBus 的“receive byte”命令进行检测，不建议使用该参数。
参数 i2cbus：指定 i2c 总线的编号
参数 first、last：扫描的地址范围

返回值说明：

‘–’：表示该地址被检测，但没有芯片应答；
‘UU’：表示该地址当前由内核驱动程序使用。
‘’：表示以十六进制表示的设备地址编号，如 “2d”或“4e”。

使用示例：

i2cdetect 主要用于查看当前总线上的设备，我们这里查看 IIC 1 接口上的设备，重点关注 MPU6050、显示屏触摸芯片、oled 显示屏（需要使用杜邦线外接）

IIC0 的引脚为:

SCL-->io1.28
SDA-->io1.29

i2cdetect -a 0

3C 就是 12864 屏幕的地址了

#查询i2c总线的功能，参数i2cbus表示i2c总线

i2cdetect -F i2cbus

#打印软件的

i2cdetect -V

#检测当前系统有几组i2c总线

i2cdetect -l

2.5 i2cset 命令

i2cset [-f] [-y] [-m mask] [-r] i2cbus chip-address data-address [value] … [mode]

参数说明：

参数f：强制访问设备。

参数y：关闭交互模式，使用该参数时，不会提示警告信息。

参数m：

参数r：写入后立即回读寄存器值，并将结果与写入的值进行比较。

参数i2cbus：指定i2c总线的编号

参数chip-address：i2c设备地址

参数data-address：设备的寄存器的地址

参数value：要写入寄存器的值

参数mode：参考i2cdump命令

使用示例：

#设置i2c总线的设备地址为0x3c的寄存器地址为0x00的值为0x12

i2cset 0 0x3c 0x00 0xAE  #关闭显示

2.6 i2cget 命令

i2cget [-f] [-y] [-m mask] [-r] i2cbus chip-address data-address [mode]

参数说明：

参数f：强制访问设备。

参数y：关闭交互模式，使用该参数时，不会提示警告信息。

参数i2cbus：指定i2c总线的编号

参数chip-address：i2c设备地址

参数data-address：设备的寄存器的地址

参数mode：参考i2cdump命令。

2.7 i2cdump 命令

i2cdump [-f] [-y] [-r] [-a] [-b] [-t] [-s start] [-e end] [-c count] i2cbus chip-address [mode]

参数说明：

参数r：指定寄存器范围，只扫描从first到last区域；

参数f：强制访问设备。

参数y：关闭人机交互模式；

参数i2cbus：指定i2c总线的编号

参数address：指定设备的地址

参数mode：指定读取的大小， 可以是b, w, s或i，分别对应了字节，字，SMBus块, I2C块