I2C链接多个设备
I2C的特点
I2C（ Inter-Integrated Circuit ）总线是一种由飞利浦（现在的恩智浦 NXP ）公司在 1980 年代初开发的一种串行、同步、半双工的通信总线协议，主要用于设备短距离之间的低速传输。
- 两线制：这是 I2C 最显著的特点，只需要两根信号线（时钟线和数据线）即可实现通信。
- SCL：时钟线，由主设备产生，用于同步数据传输。
- SDA：双向数据线，用于传输数据（地址和数据位）。
- 多主机 / 多从机 ：一条总线上可以连接多个主设备（Master）和多个从设备（Slave），主设备发起通信，从设备响应。但绝大多数实际应用都只有 1 个主机。
- 我们把主动发起通信的主机，叫做 Master，被动响应通信的主机，叫做 Slave
- 设备地址：每个从设备都有一个唯一的 7 位或 10 位地址，主设备通过地址来选择要与哪个从设备通信。通常都是 7 位地址，10 位地址比较罕见。
- 同步串行通信：所有数据传输都由 SCL 时钟信号同步，数据位在 SCL 的高电平（或上升沿）期间进行采样
- 半双工：同一时刻，数据只能在一个方向上传输（要么主发从收，要么从发主收）。
- 速度模式：定义了多种标准速度模式：
标准模式（Standard Mode）：100 kbps
快速模式（Fast Mode）：400 kbps
快速模式 +（Fast Mode Plus）：1 Mbps（stm32F103ZET6 不支持）
I2C的应用十分广泛
- 如上图中 ① 是温湿度 + 气压传感器。
- 如上图中 ② 是 3 轴加速度计 + 3 轴陀螺仪传感器。手机的自动旋转屏幕、AR 导航、防抖摄影、体感游戏等都需要依赖这类器件实现。
- 如上图中 ③ 是环境光传感器，用于测量光照强度。
- 如上图中 ④ 是摄像头模组，摄像头的配置接口通常都是 I2C 接口。
- 如上图中 ⑤ 是心率、血氧传感器，各种手表、手环都是依赖这类传感器实现心率、血氧浓度监测的。
- 如上图中 ⑥ 是小尺寸显示屏。
- 如上图中 ⑦ 是 ToF 传感器，这是基于光 "飞行时间 (Time of Flight)" 计算距离的传感器。
- 如上图中 ⑧ 是 RTC 模块，一些不带 RTC 外设的主控方案都会使用外置 RTC 芯片方案
所以老铁们请务必学好
所以为什么会存在 I2C 呢？
- 支持 1 对多通信，从而支持读写多种传感器或者模块数据
- 用最少的物理连接，实现芯片间简单、高效的板级通信
I2C与GPIO的关系
其实与USART与GPIO的关系差不多，如下图。
I2C复用哪个GPIO由意法半导体决定
如下图的数据手册，在一般情况之下，I2C2会复用PB10和PB11引脚，但是PB10和PB11可以被多个片上外设复用，所以当PB10和PB11被其他片上外设复用时，会启用重定义功能，让I2C2复用其他引脚。
I2C的输出模式
I2C规定：
I2C复用GPIO的简化图
无用的地方将其遮盖
再简化一下
I2C输出数据
输出 1 或者高电平
- 如果我们想让 SDA pin 输出高电平，只要保持 N-MOS 断开，那么 SDA 线默认就会在上拉 Vdd 的拉动下，自动保持高电平
输出 0 或者低电平
- 如果我们想让 SDA pin 输出低电平，只要保持 N-MOS 闭合，那么 SDA 线就会接地，输出低电平。
I2C输入数据
和输出数据使用的是同一个引脚，为什么可以这样？
理解 I2C 输出时 / 不输出时，还能感知到数据变化
"引脚的功能配置" 和 "引脚内部的硬件电路" 是不同的，从配置角度，一个引脚确实只能选择一种工作模式，但是从硬件角度，它的连接就是客观存在，虽然没有配置输入，但是它是能感知到外部数据变化的。
如下图，输出和输入是并联在一起的。
SCL时钟与输入输出
就一句话，在I2C通信中，一般由主设备产生时钟信息，也只能由主设备master产生时钟信息。
时钟与数据
I2C 规定：
- 在 SCL 时钟线为高的时候，SDA 数据线上的数据，必须稳定不变
- 在 SCL 时钟线为低的时候，SDA 数据线上的数据，才允许变化 (从高到低，或者从低到高，当然不变也行)
数据采集
所以接收方在时钟为上升沿或下降沿时采集数据，就能正确地采集到数据。
为什么呢？看看下面这个图，SCL高电平时的对应此时SDA的高电平是更为窄的。
