跳转至

Air780EPM I2C 硬件电路说明

一、I2C 基本概念

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，主要用于短距离、低速（通常为 100kHz 至 400kHz）的设备间通信。其特点包括：

  • 双线制：仅需两根信号线（SCL 时钟线、SDA 数据线）。
  • 多主从架构：支持一个主设备（Master）与多个从设备（Slave）通信。
  • 地址寻址：每个从设备有唯一的 7 位或 10 位地址。

在 Air780EPM 中，I2C 接口通过特定的 GPIO 引脚复用实现，需结合 LuatOS 的 API 进行配置。

二、I2C 功能支持

Air780EPM 的 I2C 功能特性如下：

1. 硬件支持

  • 接口数量：支持 2 路通用 I2C 接口，I2C0 和 I2C1 ，其中，推荐优先选择 I2C1 。

  • GPIO 映射：

    • I2C1_SCL（时钟线）：GPIO67（VDD_EXT 电压域）。

    • I2C1_SDA（数据线）：GPIO66（VDD_EXT 电压域）。

  • 电压兼容性：I2C 接口电压可通过 IO_SEL 引脚配置为 1.8V 或 3.3V，需注意与外设的电平匹配，否则需添加电平转换电路。

2. 软件支持

  • 协议兼容性：支持 Philips I2C 标准协议。

  • 工作模式：

    • 主模式（Master）：支持。

    • 从模式（Slave）：不支持。

  • 速率支持：

    • 标准模式：100kHz。

    • 快速模式：400kHz。

    • 高速模式：1MHz。

  • LuatOS API：

    • 提供 i2c.setup()、i2c.send()、i2c.receive() 等函数控制 I2C 通信。

3. 功能特性

  • FIFO 和 DMA 支持：支持 16 字节 FIFO 缓存和 DMA 模式，提升数据传输效率。

三、开发注意事项

以下是使用 Air780EPM 和 LuatOS 进行 I2C 开发时的关键注意事项：

1. 硬件设计

  • 上拉电阻：

    • 默认需外接上拉电阻（4.7kΩ~10kΩ）。

    • 注意：若外设已内置上拉电阻，需避免重复配置导致冲突。

  • 电平匹配：

    • 若外设为 5V 电平，需通过电平转换芯片（如 TXS0108）转换至 3.3V 或 1.8V，与 VDD_EXT 保持一致。

  • 信号完整性：

    • I2C 线需远离高频干扰源（如电源线、射频模块）。

    • 线路长度不宜过长（建议 ≤30cm），否则可能引入信号反射或延迟。

2. 软件配置

  • 初始化步骤：
-- 配置I2C接口（ID=1，速率=400kHz）
i2c.setup(1, i2c.FAST)

  • 地址冲突检测：

    • 确保所有 I2C 外设地址唯一，避免冲突（可通过 i2c.scan() 扫描总线设备）。

  • 低功耗模式：

    • I2C 接口为普通 GPIO 类型，在模块休眠时会掉电，需在唤醒后重新初始化。

3. 调试与常见问题

  • 通信失败排查：

  • 检查上拉电阻：确保 SDA/SCL 有上拉。

  • 总线电平状态：用示波器确认 SCL/SDA 未被异常拉低。

  • 速率匹配：外设最大支持速率需 ≥ 配置速率。

  • 地址错误：使用 i2c.scan() 验证从设备地址。

  • 时序问题：确保 SCL 为高电平时，SDA 无变化（避免仲裁冲突）。

  • 示例代码（读取 SHT20 温湿度传感器）：

-- 初始化I2C
i2c.setup(1, i2c.FAST, **true**)

-- 读取温度命令（0xE3）
local addr = 0x4A  -- SHT20地址（7位）
i2c.send(1, addr, string.char(0xE3))
-- 延迟等待数据准备
sys.wait(100)
-- 读取数据
local data = i2c.receive(1, addr, 3)
print("Raw Data: " .. sformat(data))

4. 其他关键点

  • GPIO 复用：

    • 以 I2C 为例，确保 GPIO66（SDA）和 GPIO67（SCL）未被其他功能（如 GPIO、PWM）占用。

  • 固件版本：

    • 使用支持 I2C 功能的 LuatOS 固件。

  • 驱动能力限制：

    • 总线电容负载需 ≤400pF，否则可能影响通信稳定性。

四、硬件设计举例

我们以 Air780EPM 开发板上的 Camera 为例，说明 I2C1 在设计时所涉及到的软硬件知识；

1. 硬件电路

2. 软件代码

有关 Camera 的代码太长，仅截取一段有关 I2C1 的代码作为示例；

Camera 完整示例代码：demo/780EPM_1.3 版本开发板全功能测试/camera780epm.lua · 合宙 Luat/LuatOS-Air780EPM - Gitee.com

sys.taskInit(function()
    log.info("摄像头启动")
    -- spi的id和摄像头的id 
    local cspiId, i2cId = 1, 1
    local camera_id
    -- 配置iic
    i2c.setup(i2cId, i2c.FAST)

五、参考资料

  1. Air780EPM 硬件手册：获取 GPIO 复用表和 I2C 硬件参数。

  2. LuatOS 官方文档：查询 I2C API 的具体用法（如 https://docs.openluat.com/air780epm/luatos/api/）。

六、总结

在 Air780EPM 中使用 I2C 接口需注意硬件电平匹配、软件配置细节及低功耗模式下的复位问题。

通过合理设计和调试，可高效连接多种外设，扩展物联网应用功能。