I2C 通信、AT24C02 EEPROM及LM75温度传感器的配置
一、基础概念
1. I2C协议
I2C（Inter-Integrated Circuit，集成电路间总线）是由飞利浦公司于 1982 年开发的一种同步、半双工串行通信协议，主要用于短距离内低速设备间的数据交互（如传感器、EEPROM、LCD 控制器等）。其核心优势在于仅需两根信号线即可实现多设备通信，简化了硬件布线，降低了系统成本。
2. 核心特征
| 特征 | 说明 |
|---|---|
| 通信方式 | 同步通信（依赖时钟线同步）、半双工（数据双向传输但不同时） |
| 信号线数量 | 仅需 2 根：SDA（Serial Data，串行数据线）、SCL（Serial Clock，串行时钟线） |
| 设备寻址 | 采用 7 位或 10 位地址编码，7 位地址可支持 128 个设备（预留部分地址为通用地址） |
| 传输速率 | 标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）、高速模式（3.4Mbps）等 |
| 总线结构 | 多主从结构（可支持多个主设备，但同一时刻仅一个主设备占用总线） |
| 电平标准 | 通常为 TTL 电平，SDA 和 SCL 均需通过上拉电阻（一般 4.7kΩ）接电源，空闲时为高电平 |
3.线与特性
当总线上的引脚输出高电平时，总线上的电平高低，由通信新中的对方决定
二、I2C 总线物理层与时序
1. 物理层结构
- 信号线：
- SDA：双向数据线，用于传输数据字节（高位先传）。
- SCL：时钟线，由主设备控制，决定数据传输的速率和时序。
- 上拉电阻：SDA 和 SCL 必须外接上拉电阻至电源（如 VCC=3.3V 或 5V），确保总线在空闲状态下保持高电平；当设备输出低电平时，将总线拉低。
- 多设备连接：多个主设备和从设备可同时挂接在 SDA 和 SCL 总线上，每个从设备拥有唯一的地址，主设备通过地址选择通信对象。
2. 关键时序信号
注意：
（1）起始信号（start）
- 条件：当 SCL 为高电平时，SDA 由高电平跳变为低电平。
- 作用：标志着一次 I2C 通信的开始，所有挂接在总线上的设备都会检测到该信号并准备接收地址信息。
start信号：在时钟线为高电平时，数据线产生一个下降沿，即开始通信
（2）停止信号（stop）
- 条件：当 SCL 为高电平时，SDA 由低电平跳变为高电平。
- 作用：标志着一次 I2C 通信的结束，总线恢复空闲状态。
stop信号：在时钟线为高电平时，数据线产生一个上升沿，即通信结束
（3）应答信号（ACK/NACK）
- 应答（ACK）：接收设备在收到 8 位数据后，在第 9 个时钟周期内将 SDA 拉低，表示数据已正确接收。
- 非应答（NACK）：接收设备在第 9 个时钟周期内保持 SDA 为高电平，表示数据接收失败或无需继续接收（如主设备读数据时，最后一个字节用 NACK 结束）
（4）数据传输时序
- 每传输 1 个字节（8 位），跟随 1 个应答位（共 9 个时钟周期）
- 数据传输期间，SDA 的电平变化必须在 SCL 为低电平时进行；SCL 为高电平时，SDA 电平必须保持稳定（否则视为起始 / 停止信号）
三、I2C 通信核心流程
I2C 通信以 “主设备发起，从设备响应” 为核心，主要包括主写从读和主读从写两种基本流程。
1. 主写从读（主机向从机发送数据）
- 主设备发送起始信号（S）；
- 主设备发送 7 位从设备地址 + 1 位写指令（0），共 8 位；
- 从设备接收到地址后，返回应答信号（ACK）；
- 主设备逐字节发送数据，每发送 1 字节，从设备返回 1 个 ACK；
- 数据发送完成后，主设备发送停止信号（P），通信结束。
2. 主读从写（主机由从机读取数据）
- 主设备发送起始信号（S）；
- 主设备发送 7 位从设备地址 + 1 位写指令（0），从设备返回 ACK；
- （可选）主设备发送要读取的寄存器地址（如传感器的某个数据寄存器），从设备返回 ACK；
- 主设备再次发送起始信号（S）（重复起始信号）；
- 主设备发送 7 位从设备地址 + 1 位读指令（1），从设备返回 ACK；
- 从设备逐字节发送数据，每发送 1 字节，主设备返回 ACK（最后 1 字节返回 NACK）；
- 数据读取完成后，主设备发送停止信号（P），通信结束。
四、I2C 设备地址
1. 地址编码
I2C 设备地址通常为 7 位（标准）或 10 位（扩展），7 位地址最常用：
- 7 位地址：高 7 位为设备地址，第 8 位为读写位（0 = 写，1 = 读）
- 10 位地址：兼容性较差，需特殊时序支持，一般用于设备数量超过 128 的场景
2. 地址类型
- 固定地址：由设备硬件决定，不可修改（如 EEPROM AT24C02 的固定地址高 4 位为 0101）。
- 可编程地址：设备通过引脚接高 / 低电平调整部分地址位（如某传感器的 A0、A1 引脚可配置 2 位地址，扩展为 4 个不同地址）。
3. 通用地址
I2C 协议预留了部分通用地址（如 0000000），用于广播通信或设备识别。
五、IMX6ULL 的 I2C 控制器
1. 核心特性
- 支持主模式和从模式操作；
- 传输速率最高可达 400kbps（快速模式）；
- 内置 16 字节 FIFO，减少 CPU 干预；
- 支持中断触发（如发送 FIFO 空、接收 FIFO 满、应答错误等）；
- 可配置 SCL 时钟频率和超时检测。
2. 关键寄存器
| 寄存器名称 | 地址偏移 | 核心功能 |
|---|---|---|
| I2Cx_IADR | 0x00 | 从模式地址寄存器，配置从设备地址 |
| I2Cx_IFDR | 0x04 | 分频寄存器，通过配置分频系数设置 SCL 时钟频率 |
| I2Cx_I2CR | 0x08 | 控制寄存器，配置 I2C 使能、主 / 从模式、发送 / 接收模式等 |
| I2Cx_I2SR | 0x0C | 状态寄存器，指示总线状态（如应答、忙、FIFO 状态等） |
| I2Cx_I2DR | 0x10 | 数据寄存器，发送时写入数据，接收时读取数据（与 FIFO 关联） |
| I2Cx_IFCR | 0x14 | 中断标志清除寄存器，清除 I2SR 中的中断标志 |
| I2Cx_I2FDR | 0x18 | FIFO 深度寄存器，配置 FIFO 的触发阈值（如接收 FIFO 满阈值、发送 FIFO 空阈值） |
六、I2C 配置程序（①AT24C02 EEPROM ②LM75）
1. 硬件引脚配置
IMX6ULL 的 I2C1 对应引脚为 UART4_TX（复用为 I2C1_SCL）和 UART4_RX（复用为 I2C1_SDA），需通过 IOMUXC 寄存器配置引脚复用功能和电气属性。
2. 配置流程
- 使能 I2C1 控制器时钟；
- 配置引脚复用为 I2C 功能；
- 配置 SCL 时钟频率（通过 IFDR 寄存器）；
- 配置 FIFO（可选，轮询模式可不用）；
- 使能 I2C 控制器，设置为主模式。
3. 代码实现
①i2c.c
写 write
读 read
main.c
②LM75
LM75温度传感器
引脚编号 | 名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
1 | SDA | I²C 数据线 |
2 | SCL | I²C 时钟线 |
3 | OS | 过热关断/报警输出（开漏输出），当温度超限时触发。 |
5-7 | A0, A1, A2 | I²C 地址选择引脚。接GND、VCC或悬空，用于设置器件从地址的低3位。 |
8 | VCC | 电源正极（2.8V ~ 5.5V） |
4 | GND | 电源地 |
I²C 地址：固定高4位为 1001，低3位由A2, A1, A0引脚的电平决定。因此从地址范围为 0x48到 0x4F。
注意要在启动代码（start.s）中加入
