01 IIC-原理

1.1 基本原理

I2C(IIC)属于两线式串行总线，由飞利浦公司开发用于微控制器(MCU)和外围设备(从设备)进行通信的一种总线，属于一主多从(一个主设备(Master)，多个从设备(Slave))的总线结构，总线上的每个设备都有一个特定的设备地址，以区分同一I2C总线上的其他设备。

物理I2C接口有两根双向线，串行时钟线（SCL）和串行数据线（SDA）组成，可用于发送和接收数据，但是通信都是由主设备发起，从设备被动响应，实现数据的传输。

1.2 上拉电阻

1.2.1 为什么要上拉电阻

接“上拉电阻”是因为I2C通信需要输出高电平的能力。一般开漏输出无法输出高电平，如果在漏极接上拉电阻，则可以进行电平转换。

I2C由两条总线SDA和SCL组成。连接到总线的器件的输出级必须是漏极开路，都通过上拉电阻连接到电源，这样才能够实现“线与”功能。当总线空闲时，这两条线路都是高电平。

1.2.2 上拉电阻配多少

上拉电阻配多少合适？要回答这个问题，首先明确两点：阻值不能过小；阻值也不能过大。

  • 电阻不能过小是因为，电流倒灌问题。如果上拉阻值过小，VDD灌入端口的电流将较大，功耗会很大，导致端口输出的低电平值增大(I2C协议规定，端口输出低电平的最高允许值为0.4V)。故通常上拉电阻应选取不低于1K的电阻（当VDD＝3V时，灌入电流不超过3mA）。

  • 电阻不能过大是因为响应速度问题。它取决于上拉电阻和线上电容形成的RC延时：RC延时越大，波形越偏离方波趋向于正弦波，数据读写正确的概率就越低，所以上拉电阻不能过大。一般情况下，I2C总线上的负载电容不能超过400pF。当I2C总线上器件逐渐增多时，总线负载电容也相应增加。当总的负载电容大于400pF时，就不能可靠的工作。这也是I2C的局限性。

因此，一般建议上拉电阻阻值范围1K～10K欧，典型的取值可选用1.5K，2.2K，4.7K（推荐4.7K）。

1.2.3 上拉电阻计算

已知IIC的上拉电阻阻值不能过小，也不能过大。如果需要信号稳定传输，阻值需要在一个合理的范围内：$[R_{min},R_{max}]$

参考链接：

1.2.3.1 计算最小值

$$
R_{min} = \frac{V_{DD} - V_{OL}}{I_{OL}}
$$

1.2.3.2 计算最大值

$$
R_{max} = \frac{Tr}{0.8473 \times {C_b}}
$$

1.2.4 并联问题

I2C协议一主多从，那么是否每个从机都需要上拉电阻呢？以及，上拉电阻要放在什么地方呢？

答案是，不需要。每个从机的上拉电阻是等价于并联的，即阻值变小。如果I2C总线上器件逐渐增多，那么总的上拉电阻可能太小，反而影响电路的正常运行（电流倒灌的情况）。

因此，只需要一对电阻即可，SDA和SCL各一个上拉电阻。至于电阻摆放的问题，没有特别的讲究。

02 IIC-代码(基于ESP32)

2.1 查找IIC的设备

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#include <Wire.h>

void setup()
{

  Wire.begin();
  Serial.println("\nI2C Scanner");

  byte error, address;
  int nDevices;
  Serial.println("Scanning...");
  nDevices = 0;
  for(address = 1; address < 127; address++ ) {
    Wire.beginTransmission(address);
    error = Wire.endTransmission();
    if (error == 0) {
      Serial.print("I2C device found at address 0x");
      if (address<16) {
        Serial.print("0");
      }
      Serial.println(address,HEX);
      nDevices++;
    }
    else if (error==4) {
      Serial.print("Unknown error at address 0x");
      if (address<16) {
        Serial.print("0");
      }
      Serial.println(address,HEX);
    }    
  }
  if (nDevices == 0) {
    Serial.println("No I2C devices found\n");
  }
  else {
    Serial.println("done\n");
  }
  delay(1000);  
  Serial.print("i2c devices found:");
  Serial.println(nDevices);
  Wire.end();
}

void loop(){
  delay(1000); 
}

2.2

暂略