# 5.通讯协议小课堂-I2C通信

你好，我是爱吃鱼香ROS的小鱼。本节主要介绍I2C协议，并将其主要特点拎出来和大家说说。

网上关于I2C协议介绍的有很多，但大都非常细致，将高低电平数据协议等等都介绍了，但新手学习时不用关注那么多底层的东西，比起了解通信原理，了解它是什么，怎么用对我们更加重要。

## 一、I2C是一种总线通讯协议

和之前我们介绍的串口通信类似，I2C也是一种通信协议。但它是一种总线通讯协议，也就是说，一个I2C可以连接多个设备，物理连接上像这样。

![../_images/arduino_i2c_master.png](5.%E9%80%9A%E8%AE%AF%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E5%B0%8F%E8%AF%BE%E5%A0%82-I2C%E9%80%9A%E4%BF%A1/imgs/arduino_i2c_master.png)

那它串的设备数量有没有上限呢？有的，上限是127个。

那为什么我们都是用18和19来驱动OLED和MPU6050呢？原因很简单，他们都是连在同一跟线上。

上原理图

![image-20230119231313545](5.%E9%80%9A%E8%AE%AF%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E5%B0%8F%E8%AF%BE%E5%A0%82-I2C%E9%80%9A%E4%BF%A1/imgs/image-20230119231313545.png)

> 像ESP32这种引脚资源匮乏的单片机，引脚的复用就显得很重要了，这里我们就将OLED和MPU6050都接在同一个I2C上，减少引脚占用。

## 二、I2C是一种两线协议

在上几节我们驱动OLED和IMU的时候，都导入了"Wire.h"，这个就是Arudino提供的好的头文件。我们使用的Wire的定义如下

```
TwoWire Wire = TwoWire(0);
```

TwoWire也就是两线的意思，两线也就是一个是SCL，一个是SDA

SCL即时钟线，以一个固定的周期进行电平变换，SDA即数据线，用于数据的传输，这样说有些抽象，小鱼用逻辑分析仪**截取了一段OLED初始化时的SCl（GPIO18）和SDA（GPIO19）上的电平变化**，并分析出其对应的数据。

![image-20230119234136697](5.%E9%80%9A%E8%AE%AF%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E5%B0%8F%E8%AF%BE%E5%A0%82-I2C%E9%80%9A%E4%BF%A1/imgs/image-20230119234136697.png)

再放大一些看

![image-20230119234220338](5.%E9%80%9A%E8%AE%AF%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E5%B0%8F%E8%AF%BE%E5%A0%82-I2C%E9%80%9A%E4%BF%A1/imgs/image-20230119234220338.png)

可以直观的看到SCL在数据传输开始前一直保持高电平，SDA变成了低电平，这意为着数据传输的开始，也就是那个绿点的地方。

**根据I2C协议规定：SCL处于高电平时，SDA由高到低变化，这种信号是起始信号。**

继续观察，你会发现，在**传输过程中SCL引脚电平在以一个固定的周期来回跳变**，从机这边**当检测到SCL电平跳变后就开始读取SDA上的的电平，高记为1,低记为0**。所以你可以看到逻辑分析仪检测到**八个上升箭头，一共传输了八位数据，这八位数据用16进制表示就是0X3C**。

0X3C是什么，就是我们OLED的设备地址，所以这段信号的意思就是，我接下来要给0X3C的设备发数据了，请编号为0X3C的设备准备接收。

**这个信号会被0X3C的设备接收和处理，而同一总线上ID非0X3C的接收到数据后就会将其扔掉，这就是I2C支持多个设备的核心原因。**

**在我们的开发板上，OLED的默认地址为：0X3C，IMU的默认地址为：0x68**

>  附件:OLED初始化时I2C引脚数据图
>
> ![image-20230119235357249](5.%E9%80%9A%E8%AE%AF%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E5%B0%8F%E8%AF%BE%E5%A0%82-I2C%E9%80%9A%E4%BF%A1/imgs/image-20230119235357249.png)
>
> 从该表可以看出，数据从905ms开始，到907ms完成了初始化数据的传输，下一节我们将按照这个数据传输内容编写代码，初始化OLED。



## 三、I2C是一种半双工协议

上面我们仔细分析了I2C协议，SCL用于周期的变换，SDA用于传输数据，所以同一时间，SDA要么用于接收，要么用于发送。所以我们可以得到I2C是一种半双工协议，同一时间只能进行接收或发送。



## 四、总结

本节小鱼带你从I2C协议信号入手，详细介绍了I2C数据的特点，如果你手头也有逻辑分析工具，也可以尝试进行分析，开发板设计的时也非常人性化，你可以这样随手拿几个杜邦线就可以接入进行测量。

![image-20230120000323262](5.%E9%80%9A%E8%AE%AF%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E5%B0%8F%E8%AF%BE%E5%A0%82-I2C%E9%80%9A%E4%BF%A1/imgs/image-20230120000323262.png)