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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。主器件用于啟動總線傳送數(shù)據(jù)，并產生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件．在總線上主和從、發(fā)和收的關系不是恒定的，而取決于此時數(shù)據(jù)傳送方向。如果主機要發(fā)送數(shù)據(jù)給從器件，則主機首先尋址從器件，然后主動發(fā)送數(shù)據(jù)至從器件，最后由主機終止數(shù)據(jù)傳送；如果主機要接收從器件的數(shù)據(jù)，首先由主器件尋址從器件．然后主機接收從器件發(fā)送的數(shù)據(jù)，最后由主機終止接收過程。在這種情況下．主機負責產生定時時鐘和終止數(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．當總線空閑時．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，總線上擴展的器件數(shù)量主要由電容負載來決定，因為每個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．當電容過大時，有可能造成傳輸錯誤．所以，其負載能力為400pF，因此可以估算出總線允許長度和所接器件數(shù)量。
主器件用于啟動總線傳送數(shù)據(jù)，并產生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件．在總線上主和從、發(fā)和收的關系不是恒定的，而取決于此時數(shù)據(jù)傳送方向。如果主機要發(fā)送數(shù)據(jù)給從器件，則主機首先尋址從器件，然后主動發(fā)送數(shù)據(jù)至從器件，最后由主機終止數(shù)據(jù)傳送；如果主機要接收從器件的數(shù)據(jù)，首先由主器件尋址從器件．然后主機接收從器件發(fā)送的數(shù)據(jù)，最后由主機終止接收過程。在這種情況下．主機負責產生定時時鐘和終止數(shù)據(jù)傳送。
2C總線特點
（1）在硬件上，12C總線只需要一根數(shù)據(jù)線和一根時鐘線兩根線，總線接口已經(jīng)集成在芯片內部，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。因為12C芯片除了這兩根線和少量中斷線，與系統(tǒng)再沒有連接的線，用戶常用IC可以很容易形成標準化和模塊化，便于重復利用。
（2）I2C總線是一個真正的多主機總線，如果兩個或多個主機同時初始化數(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也可以作為從機，但同一時刻只允許有一個主機。數(shù)據(jù)傳輸和地址設定由軟件設定，非常靈活?？偩€上的器件增加和刪除不影響其他器件正常工作。
（3）I2C總線可以通過外部連線進行在線檢測，便于系統(tǒng)故障診斷和調試，故障可以立即被尋址，軟件也利于標準化和模塊化，縮短開發(fā)時問。
?。?）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)傳輸位速率在標準模式下可達100Kbit/s，快速模式下可達400Kbit/s，高速模式下可達3．4Mbit/s。
?。?）總線具有極低的電流消耗．抗高噪聲干擾，增加總線驅動器可以使總線電容擴大10倍，傳輸距離達到15m；兼容不同電壓等級的器件，工作溫度范圍寬。
Arduino主從機之間的I2C通訊實驗
I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構成的串行總線，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，但就像電話機一樣只有撥通各自的號碼才能工作，所以每個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通訊實驗把這10個I2C通訊命令全部應用到了。
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（），這一點要注意啊，看清楚自己下載應用的是什么版本的Arduino編程軟件。Arduino程序下載地址：http://arduino.cc/en/Main/Software
I2C實驗說明： 主機向從機循環(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。然后當主機通知從機向它上傳數(shù)據(jù)時，會把x值再上傳回主機，然后賦值給變量c。當主機程序判斷c為1，則點亮主機數(shù)字端口13相連的LED，否則熄滅LED。
通過這個實驗把主從機之間的雙向通訊都詮釋出來了。
實驗全景圖：
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Arduino分別獨立供電，您就要把雙Arduino控制器的VCC也連一起，它們共用一個電源。這次實驗就是把這四根線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”里的內容，博客里顯示不出來，所以我把頭文件聲明命令“被迫”進行了修改，以便在博客里看到頭文件，例如改成“#include 《Wire.h》”。
Arduino主機程序：（包括與I2C通訊相關的命令）
/*主機向從機循環(huán)發(fā)送字符串“l(fā)ight is ”和字節(jié)x，x為1或0
從機接收到主機發(fā)來的數(shù)據(jù)后，當主機通知從機向它上傳數(shù)據(jù)時
會把x值再上傳回主機，然后賦值給變量c。
當主機程序判斷c為1，則點亮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
pinMode（LED，OUTPUT）;//設置數(shù)字端口13為輸出
}
//主程序
void loop（）
{
Wire.beginTransmission（4）; //發(fā)送數(shù)據(jù)到設備號為4的從機
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值轉為0
x=0;
delay（1000）;//延時1s
Wire.requestFrom（4， 1）; //通知4號從機上傳1個字節(jié)
while（Wire.available（）》0） // 當主機接收到從機數(shù)據(jù)時
{
byte c = Wire.receive（）; //接收一個字節(jié)賦值給c
//判斷c為1，則點亮LED，否則熄滅LED。
if（c==1）
{digitalWrite（LED，LOW）;}
else
{digitalWrite（LED，HIGH）;}
}
delay（1000）;//延時1s
}
Arduino從機程序：（包括與I2C通訊相關的命令）
/*循環(huán)接收主機發(fā)送來的數(shù)據(jù)包，同時顯示在串口監(jiān)視器上
把數(shù)據(jù)包的最后一個字節(jié)，再上傳回主機
*/
#include 《Wire.h》//聲明I2C庫文件
int x;//變量x值決定主機的LED是否點亮
//初始化
void setup（）
{
Wire.begin（4）; // 加入 i2c 總線，設置從機地址為 #4
Wire.onReceive（receiveEvent）; //注冊接收到主機字符的事件
Wire.onRequest（requestEvent）; // 注冊主機通知從機上傳數(shù)據(jù)的事件
Serial.begin（9600）; //設置串口波特率
}
//主程序
void loop（）
{
delay（100）;//延時
}
// 當從機接收到主機字符，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
}
//接收主機發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的最后一個字節(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
}
//當主機通知從機上傳數(shù)據(jù)，執(zhí)行該事件
void requestEvent（）
{
//把接收主機發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的最后一個字節(jié)再上傳給主機
Wire.send（ x）; // 響應主機的通知，向主機發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)
}
我通過這次I2C通訊實驗把這10個Arduino的I2C通訊命令全部應用到了，仔細看實驗程序注釋，并實踐一次，就可以了解這Arduino控制器的I2C命令如何應用了。
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)外的整個系統(tǒng)之間通信的，“小”協(xié)議是用于系統(tǒng)內各芯片間的通信，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。
工商網(wǎng)監(jiān)
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