I2C

一、I2C 概述：

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种广泛应用于嵌入式系统的通信协议，尤其适用于主从架构下的短距离通信。它最早由飞利浦（现在的NXP）公司开发，主要用于在集成电路内部以及设备之间的低速通信。以下是I2C协议的一些关键特性和工作原理：

物理层

I2C使用两根线进行数据传输：SCL（时钟线）和SDA（数据线）。
两根线通过上拉电阻接到高电平，这样通信可以使用“线与”（Wired-AND）方式，方便多主多从架构。
SCL和SDA线分别传输时钟和数据，因此I2C通信是同步的。

架构

I2C采用主从（Master-Slave）结构。每次通信时只有一个主设备，但可以有多个从设备。
主设备负责生成时钟信号和启动/停止信号。
从设备根据地址识别是否是目标通信对象。

通信流程

起始条件（Start Condition）：主设备将SDA线从高拉到低，而SCL保持高电平，表示通信的开始。
地址传输：主设备发送从设备地址（7位或10位），并在末尾加入一个读/写位（0表示写，1表示读）。
应答（ACK）：从设备接收到地址后，如果地址匹配，就会拉低SDA线应答。
数据传输：在数据传输过程中，每发送一个字节（8位）后，从设备都需要发送应答位。
停止条件（Stop Condition）：主设备将SDA线从低拉到高，而SCL保持高电平，表示通信结束。

二、演示功能概述

本例程将使用 I2C 协议读取传感器数据并打印出来。

三、准备硬件环境

参考：硬件环境清单第二章节内容，准备以及组装好硬件环境。

3.1 Air780EGH 核心板V1.0 及所需测试配件 SHT20模块

3.2 Air780EGH核心板与 sht20 接线图示意图

硬件I2C测试接线：

软件I2C测试接线：

3.2.3 注意

当您使用Air780EGH核心板，通过外扩插针的I2C1管脚，外接I2C接口的传感器时，若Air780EGH 核心板没有为I2C1/I2C0两路I2C接口加上拉电阻，需要外接的传感器模块电路上加上拉电阻。

四、软件环境

在开始实践本示例之前，先筹备一下软件环境：

1. Luatools 工具；

2. 内核固件文件（底层 core 固件文件）：LuatOS-SoC_V2007_Air780EGH；参考项目使用的内核固件；

3. luatos需要的脚本和资源文件

脚本和资源文件点我,查看demo链接

lib脚本文件：使用Luatools烧录时，勾选添加默认lib 选项，使用默认lib脚本文件；

准备好软件环境之后，接下来查看如何烧录项目文件到Air780GH开发板，将本篇文章中演示使用的项目文件烧录到Air780EGH核心板中。

五、使用 I2C 读取 sht20 软硬件资料

5.1 API接口介绍

i2c-api地址

5.2 I2C硬件参考资料

Air780EGH 支持 2 路通用 I2C 接口，I2C0 和 I2C1 ，其中，推荐优先选择 I2C1

通用 I2C1 接口参考：I2C 接口设计指导

I2C1 配置：

兼容 Philips I2C 标准协议。

支持 Fast mode （400Kbps）和 Slow mode（100Kbps）。

只支持 master 模式，不支持 slave 模式。

理论上最多可支持 127 个从设备。

I2C 的参考电路如下：

Air780EGH 的 I2C1 接口电压是 1.8V/3.3V 可配置。

通过 pm.ioVol(pm.IOVOL_ALL_GPIO, 3300) 设置，该函数设置所有GPIO的电压域，参数为 3300 表示 3.3V，参数为 1800 表示 1.8V。能够满足大部分外设的直接需求，但是如果要和 5V 或者以上电平的外设通信，那就必须要加电平转换电路。

5.3 sht20介绍

sht20特点：

完全校准
数字输出，I2C接口
低功耗
优异的长期稳定性
DFN型封装 - 可回流焊接
工作电压范围是2.1~3.6V.
I2C速率支持400k
读取温度的命令为：0xF3
读取湿度的命令为：0xF5

六、代码示例介绍

6.1 IO复用配置

使用LuatIO工具配置代码例程中所用的的IO复用管脚配置，如下图所示：

保存为pins_Air780EGH.json, 注意配置文件中"model"对应键值"Air780EGH" 。

6.2 读取 SHT20 温湿度传感器

6.2.1 SHT20 简介：

SHT20 是使用 I2C 协议进行通信的温湿度传感器。

首先我们可以发送 STH20 的 7 位从机地址 +1 位读写位（写 0 读 1），然后发送 8 位的命令，0xF3 是读取温度的命令，0xF5 是读取湿度的命令。发送完后接收应答，等待 20us 之后我们发出 I2C 的结束时序。

下面demo分别通过硬件I2C和软件I2C的方式完成获取SHT20传感器的数据:

    -- LuaTools需要PROJECT和VERSION这两个信息
    PROJECT = "I2C_SHT20_TEST"
    VERSION = "001.000.000"

    --添加硬狗防止程序卡死
    if wdt then
        wdt.init(9000)--初始化watchdog设置为9s
        sys.timerLoopStart(wdt.feed, 3000)--3s喂一次狗
    end

    --IO电平设置为3.3v
    pm.ioVol(pm.IOVOL_ALL_GPIO, 3300)

    -- 以下测试模块，测试时一次加载一个测试模块

    -- 硬件I2C测试模块
    require "hw_i2c_sht20_test"
    -- 软件I2C测试模块
    --require "soft_i2c_sht20_test"

    -- 用户代码已结束---------------------------------------------
    -- 结尾总是这一句
    sys.run()
    -- sys.run()之后后面不要加任何语句!!!!!

6.2.2 硬件I2C的demo 介绍

初始化硬件 i2c

    -- 使用硬件I2C通道 1
    local i2c_hwid = 1

    --初始化硬件I2C
    local ret = i2c.setup(i2c_hwid)
    log.info("i2c".. i2c_hwid, "hw i2c initial",  ret)

然后给sht20发送读取温湿度命令，接收sht20回传的数据并打印即可。

    --发送0xF3来查询温度
    i2c.send(i2c_hwid, addr, string.char(0xF3)) 
    sys.wait(100)
    --读取传感器的温度值
    tmp = i2c.recv(i2c_hwid, addr, 2)  
    log.info("SHT20", "read tem data", tmp:toHex())

    --发送0xF5来查询湿度
    i2c.send(i2c_hwid, addr, string.char(0xF5)) 
    sys.wait(100)
    --读取传感器湿度值
    hum = i2c.recv(i2c_hwid, addr, 2) 
    log.info("SHT20", "read hum data", hum:toHex())

    --提取一个按照大端字节序编码的16位无符号整数
    local _,tval = pack.unpack(tmp,'>H') 
    local _,hval = pack.unpack(hum,'>H')
    --log.info("SHT20", "tval hval", tval,hval)
    if tval and hval then
        --按照传感器手册来计算对应的温湿度
        temp = (((17572 * tval) >> 16) - 4685)/100
        hump = (((12500 * hval) >> 16) - 600)/100
        log.info("SHT20", "temp,humi",string.format("%.2f",temp),string.format("%.2f",hump))
    end

6.2.3 软件I2C的demo 介绍

指定scl和sda的GPIO，初始化软件I2C

-- 定义软件I2C-SCL
local io_scl = 16
-- 定义软件I2C-SDA
local io_sda = 17

--初始化软件I2C, 返回参数为软件I2C的实例，后续通过该实例来操作i2c的读写操作
local softI2C = i2c.createSoft(io_scl,io_sda)
log.info("i2c", "sw i2c initial",  softI2C)

然后给sht20发送读取温湿度命令，接收sht20回传的数据并打印即可。

    --发送0xF3来查询温度
    i2c.send(softI2C, addr, string.char(0xF3)) 
    sys.wait(100)
    --读取传感器的温度值
    tmp = i2c.recv(softI2C, addr, 2)  
    log.info("SHT20", "read tem data", tmp:toHex())

    --发送0xF5来查询湿度
    i2c.send(softI2C, addr, string.char(0xF5)) 
    sys.wait(100)
    --读取传感器湿度值
    hum = i2c.recv(softI2C, addr, 2) 
    log.info("SHT20", "read hum data", hum:toHex())

    --提取一个按照大端字节序编码的16位无符号整数
    local _,tval = pack.unpack(tmp,'>H') 
    local _,hval = pack.unpack(hum,'>H')
    --log.info("SHT20", "tval hval", tval,hval)
    if tval and hval then
        --按照传感器手册来计算对应的温湿度
        temp = (((17572 * tval) >> 16) - 4685)/100
        hump = (((12500 * hval) >> 16) - 600)/100
        log.info("SHT20", "temp,humi",string.format("%.2f",temp),string.format("%.2f",hump))
    end

七、功能验证

成功使用 I2C 协议读取到 sht20 传感器的温湿度数值。

硬件I2C 测试结果：

软件I2C 测试结果：

八、总结

本例程分别使用硬件i2c和软件i2c的接口读取了 sht20 传感器传输的温湿度数值。

常见问题

1、i2c 每次读写数据前都需要 setup 一次吗？

不需要

正常的业务逻辑为：

i2c.setup

…此处可以多次读写数据

i2c.close

setup 之后，只要没有 close，就可以反复读写数据

一旦执行了 close，下次读写数据前，必须再次 setup

2、i2c 通信时模块可以做从设备吗？

注意：模块 I2C 只能做主设备，(虽然有内部上拉电阻，但是暂时还未实现软件配置)使用时需要外部上拉，在配置 FAST 速率时，上拉电阻阻值不要大于 4.7K。

3、i2c 设备 7 位的地址为 0x38 ，需要我手动转换到 8 位地址吗？

这里 i2c_addr 地址是 7bit 地址

如果 i2c 外设手册中给的是 8bit 地址，需要把 8bit 地址右移 1 位，赋值给 i2c_addr 变量

如果 i2c 外设手册中给的是 7bit 地址，直接把 7bit 地址赋值给 i2c_addr 变量即可

4、I2C0 怎么使用？

I2C0和UART3,SPI1 复用，详见下图：

I2C0 使用：

1) 通过luatIO工具配置使能I2C0的pin脚，如图所示：

具体luatIO工具使用参考

2) Lua代码修改

i2c.setup(0)

I2C