I²C总线接口¶
概要¶
本节教程为大家简要介绍I²C总线协议，并以一个简单的例程教会大家在MicroPython下使用I²C
什么是I²C¶
I²C（Inter-integrated Circuit）最早是飞利浦在1982年开发设计的一种总线协议。I²C总线支持设备之间的短距离通信，用于处理器和一些外围设备之间的接口，它只需要两根信号线来完成信息交换。
通信原理¶
物理接线¶
I²C最少只需要两根线，和异步串口类似，但可以支持多个从(slave)设备，和SPI不同的是，I²C可以支持多主机（mul-master）系统，允许有多个master并且每个master都可以与所有的slaves通信（master之间不可通过I²C通信，并且每个master只能轮流使用I²C总线）。master是指启动数据传输的设备并在总线上生成时钟信号以驱动该传输，而被寻址的通信设备都作为slaves。
I²C通讯只需要2条双向总线：
| 功能编号 | 含义 |
|---|---|
| SDA（serial data:串行数据线） | 传输数据，SDA线传输数据是大端传输，每次传输一个字节 |
| SCL（serial clock:串行时钟线） | 同步数据收发 |
我们以最为简单的一个主机对应多个从机为例，进行接下来的原理科普。
数据有效性¶
SDA 线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定，数据线的高或低电平状态只有在 SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变。
换言之，SCL为高电平时表示有效数据，SDA为高电平表示“1”，低电平表示“0”；SCL为低电平时表示无效数据，此时SDA会进行电平切换，为下次数据表示做准备。如图13-1为数据有效性的时序图。
起始条件S和停止条件P¶
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起始条件S：当SCL高电平时，SDA由高电平向低电平转换；
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停止条件P：当SCL高电平时，SDA由低电平向高电平转换。
起始和停止条件一般由主机产生。总线在起始条件后处于busy的状态，在停止条件的某段时间后，总线才再次处于空闲状态。如下图为起始和停止条件的信号产生时序图。
数据格式¶
I2C传输的数据以字节为单位，每个字节必须为8位，可以传输任意多个字节，上图中以一个字节的数据为例进行分析，I2C的数据格式具有以下特点：
-
每个字节后必须跟一个响应位 ACK(如上图中的SCL上ACK)，因此实际上传输一个字节（8位）的数据需要花费9位的时间。
-
SDA上首先传输字节的最高位，从上图中我们可以看出，位数编号的发送顺序从左至右 是
Bit7-Bit0
响应ACK¶
数据接收方收到传输的一个字节数据后，需要给出响应，此时处在第九个时钟，发送端释放SDA线控制权 ，将SDA电平拉高，由接收方控制。
接收方表示成功的接收到了8位一个字节的数据，便将SDA拉低为低电平，即ACK信号,表示应答
PDU¶
当你理解了时序图之后，接下来我们为大家贴出I2C的PDU(Protocol Data Unit：协议数据单元，即数据格式)：
以下图片均来自网络
硬件资源¶
ESP32 本身拥有 2 个 I²C 总线接口，根据用户的配置，总线接口可以用作 I²C 主机或从机模式。
然而遗憾的是，MicroPython ESP32上的I²C是软件模拟的，并没有充分利用到ESP32的硬件资源。
理论上来讲，大部分同时支持输入与输出的GPIO都能够被配置为I²C的管脚资源。
I2C API文档¶
类¶
class machine.I2C(scl, sda, freq)¶
scl： I²C设备时钟引脚对象
sda： I²C设备数据线引脚对象
freq： SCL时钟频率 0 <freq≤ 500000(Hz)
定义I2C¶
示例：
from machine import I2C, Pin I2C = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=100000)
常用类函数¶
I2C.init(scl, sda, freq)¶
函数说明：初始化构造I²C总线。
scl：SCL信号线的I/O口
sda：SDA信号线的I/O口
freq：SCL时钟频率
示例：
I2C.init(scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=100000)
I2C.scan()¶
函数说明：扫描0x08到0x77之间的I²C地址，并返回设备列表。
示例：
I2C.scan()
I2C.start()¶
函数说明：在总线上触发START状态（SCL为高电平时，SDA转为低电平）。
示例：
I2C.start()
I2C.stop()¶
函数说明：在总线上触发STOP状态 (SCL为高电平时，SDA转为高电平)。
示例：
I2C.stop()
I2C.write(buf)¶
函数说明：buf中的数据写入到总线，并返回写入的字节数。
buf：存储数据的缓冲区
注意：
使用write()函数时要与start函数一起使用，否则无法返回写入的字节数。
示例：
buf = b'123' I2C.start() I2C.write(buf)
I2C.readinto(buf, nack=True)¶
函数说明：从总线上读取数据并存放到buf，无返回值。
buf：存储数据的缓冲区
注意：
读取的字节数是buf的长度。在接收到最后一个字节之前，总线将发送ACK信号。在接收到最后一个字节后，如果nack为True，那么将发送一个NACK信号，否则将发送一个ACK信号。 示例：
buf=bytearray(3) I2C.readinto(buf)
标准总线操作¶
下面介绍的函数是标准的I²C主模式读写操作。
I2C.readfrom(addr, nbytes)¶
函数说明：从指定地址设备读取数据，返回读取对象，这个对象与I²C设备有关。
addr：I²C设备地址（可由scan函数读取出来）
nbytes：要读取数据的大小
示例：
>>> print(I2C.scan()) [24] >>> data = I2C.readfrom(24, 8) >>> print(data) b'\x00\x02\x00\x00\xe8\x03\xe8\x03'
I2C.readfrom_into(addr, buf)¶
函数说明：从指定地址设备读取buf.len()个数据到buf。
addr：I²C设备地址（可由scan函数读取出来）
buf：存储数据的缓冲区
示例：
>>> buf = bytearray(8) >>> I2C.readfrom_into(24, buf) >>> print(buf) bytearray(b'\x00\x02\x00\x00\xe8\x03\xe8\x03')
I2C.writeto(addr, buf)¶
函数说明：将buf中的数据写入设备，并返回写入数据的大小。
addr：I²C设备地址（可由scan函数读取出来）
buf：存储数据的缓冲区
示例：
>>> b = bytearray(3) >>> b[0] = 24 >>> b[1] = 111 >>> b[2] = 107 >>> i = I2C.writeto(24,b) 3
内存操作¶
某些 I²C 设备作为存储设备 (或一组寄存器) ，可以读取或者写入。这种情况下，有两个地址和 I²C 事务相关: 从设备地址和内存地址。下面方法用于和这些设备进行通信。
I2C.readfrom_mem(addr, memaddr, nbytes, addrsize=8)¶
函数说明：从I²C设备的寄存器中读取并返回数据。
addr：I²C设备地址（可由scan函数读取出来）
memaddr：寄存器地址
nbytes：要读取的字节大小
addrsize：指定地址大小，默认为8位（在ESP8266上这个参数无效，地址大小总是8位）
示例：
b = I2C. readfrom_mem(24, 0x58, 3) print(b)
运行结果：
b'\x00\x02\x01'
I2C.readfrom_mem_into(addr, memaddr, buf, addrsize=8)¶
函数说明：从I²C设备的寄存器中读取buf.len()个数据到buf，无返回值。
addr：I²C设备地址（可由scan函数读取出来）
memaddr：寄存器地址
buf：存储数据的缓冲区
addrsize：指定地址大小，默认为8位（在ESP8266上这个参数无效，地址大小总是8位），读取数据数量是buf的长度。
示例：
buf=bytearray(8) I2C.readfrom_mem_into(24, 0x58, buf)
I2C.writeto_mem(addr, memaddr, buf, addrsize=8)¶
函数说明： 将buf 中的数据全部写入到从设备 addr 的内存 memaddr。
addr：I²C设备地址（可由scan函数读取出来）
memaddr：寄存器地址
buf：存储数据的缓冲区
addrsize：指定地址大小，默认为8位（在ESP8266上这个参数无效，地址大小总是8位），读取数据数量是buf的长度。
示例：
buf = b'123' I2C.writeto_mem(24, 0x58, buf)
综合示例¶
TODO
