无人问津也好，技不如人也罢，都应静下心来，去做该做的事。
最近在学STM32，所以也开贴记录一下主要内容，省的过目即忘。视频教程为江科大（改名江协科技），网站jiangxiekeji.com
本期开始学习 I2C通信，会分两大块来介绍，第一块， 就是介绍协议规则，然后用软件模拟的形式来实现协议；第二块， 就是介绍STM32的 I2C外设， 然后用硬件来实现协议。
I2C：高位先行，只有在SCL高电平时才会读取SDA的电平
本期的内容其实就是对MPU6050芯片内部的寄存器进行读写，写入到配置寄存器，就可以对外挂的这个模块进行配置；读出数据寄存器，就可以获取外挂模块的数据。最终，我们读出的数据会显示在这个OLED上。而STM32对MPU6050的读写是通过I2C来进行的。
因为I2C是同步时序，软件模拟协议也非常方便，所以这里会先介绍软件模拟 I2C。
本期会使用MPU6050陀螺仪、加速度传感器来学习 I2C。
I2C的完整时序，主要有指定地址写、当前地址读和指定地址读这3种。I2C指定地址写简单来说就是SCL高电平时、SDA下降沿开始传输，传输的第一个字节为从机的7位地址+1位读写位（置0表示要写入），然后是1位应答位（RA，置0表示应答），传输的第二个字节为从机的寄存器地址或者是指令控制字，然后也是1位应答位，传输的第三个字节为主机想写入从机的数据，然后也是1位应答位，这时若不想传输了，则SCL高电平时、SDA上升沿停止传输。
当前地址读就是SCL高电平时、SDA下降沿作为起始条件开始传输，传输的第一个字节为从机的7位地址+1位读写位（这里置1表示读取），然后是1位应答位（RA，置0表示应答），传输的第二个字节为从机的数据，然后是1位非应答位（SA，置1），这时SCL高电平、SDA上升沿作为停止条件停止传输。
指定地址读就是指定地址写去掉写数据的部分+当前地址读，SCL高电平时、SDA下降沿作为起始条件开始传输，传输的第一个字节为从机的7位地址+1位读写位（置0表示要写入），然后是1位应答位（RA，置0表示应答），传输的第二个字节为从机的寄存器地址或者是指令控制字，然后也是1位应答位（置0），然后接重复起始条件Sr（即再来一次起始条件），传输的第三个字节为从机的7位地址+1位读写位（置1表示要读取），然后再接收1位应答位（置0），传输的第四个字节为从机的数据，然后1位非应答位（SA，置1），然后SCL高电平、SDA上升沿作为停止条件停止传输。
I2C通信
下图左一是MPU6050，可以进行姿态测量，使用了I2C通信协议；左二是OLED模块，可以显标字符、图片等信息，也是I2C协议；左三是AT24C02，存储器模块；第4个图片，是DS3231，实时时钟模块，也是使用I2C协议。
本期只会用到一主多从，一主多从就是单片机作为主机，主导I2C总线的运行，挂载在I2C总线的所有外部模块都是从机，从机只有被主机点名之后才能控制I2C总线。
作为通信协议，它必须要在硬件和软件上，都作出规定。硬件规定就是你的电路该怎么连接、端口的输入输出模式都是啥样的。软件上的规定就是，你的时序是怎么定义的，字节如何传输、高位先行还是低位先行、一个完整的时序由哪些部分构成。
硬件电路
下图便是一主多从模型，任何时候，都是主机完全掌控SCL线。另外在空闲状态下，主机可以主动发起对SDA的控制，只有在从机发送数据和从机应答的时候，主机才会转交SDA的控制权给从机。从机对于SCL时钟线，在任何时刻都只能被动的读取。
I2C的设计是，禁止所有设备输出强上拉的高电平，采用外置弱上拉电阻加开漏输出的电路结构。不采用推挽输出是为防止时序混乱导致SDA上出现电源短路 的情况。右边的图是内部的具体结构说明，SCLK信号进来，都可以通过一个数据缓沖器或者是施密特触发器，进行输入。输出只能是开漏输出。
软件部分
I2C时序基本单元
在I2C总线处于空闲状态时，SCL和SDA都处于高电平状态。当从机捕获到这个SCL高电平，SDA下降沿信号时，就会进行自身的复位，等待主机的召唤。
起始之后，就到发送部分。高位先行，SCL低电平时，主机如果想发送0，就拉低SDA到低电平；如果想发送，就放手，SDA回弹到高电平。在SCL低电平时，SDA可以变化，但在SCL高电平时，SDA不允许变化。
接收部分
应答
I2C完整时序
I2C的完整时序，主要有指定地址写、当前地址读和指定地址读这3种。首先把每个从设备都确定一个唯一的设备地址，主机在起始条件之后，要先发送一个字节叫一下从机名字，所有从机都会收到第一个字节，和自己的名字进行比较，如果一样，就说明，主机现在在叫我，那我就响应之后主机的读写操作。
指定地址写
从机设备地址，在I2C协议标准里分为7位地址和10位地址，我们目前只讲7位地址的模式。那在每个I2C设备出厂时，厂商都会为它分配一个7位的地址，这个地址具体是什么，可以在芯片手册里找到。一般不同型号的芯片地址都是不同的，相同型号的芯片地址都是一样的，那如果有相同的芯片挂载在同一条总线怎么办呢？这就需要用到地址中的可变部分了，一般器件地址的最后几位是可以在电路中改变的，比如MPU6050地址的最后一位，就可以由这个板子上的AD0脚确定。这个引脚接低电平，那它的地址就是1101 000；这个引脚接高电平，那它的地址就是1101 001。
下面以几个波形来详细解释I2C的完整时序。
空闲状态，SCL和SDA都是高电平。然后主机需要给从机写入数据的时候，首先，SCL高电平期间，拉低SDA，产生起始条件(Start，S)。在起始条件之后，跟着的时序，必须是发送一个字节的时序。字节的内容，必须是从机地址+读写位，正好从机地址是7位，读写位是1位，加起来是一个字节，8位。发送从机地址，就是确定通信的对象。比如这个波形下，主机寻找的从机地址就是1101 000，这个就是MPU6050的地址，然后最低位，表示读写位，0表示，之后的时序主机要进行写入操作。1表示，之后的时序主机要进行读出操作。紧跟着的单元，就得是接收从机的应答位（Receive Ack，RA），在这个时刻，主机要释放SDA。最终高电平期间，主机读取SDA，发现是0，就说明，我进行寻址，有人给我应答了。应答结束后，我们要继续发送一个字节。第二个字节，就可以送到指定设备的内部了，从机设备可以自己定义第二个字节和后续字节的用途，一般第二个字节可以是寄存器地址或者是指令控制字等。比如MPU6050定义的第二个字节就是寄存器地址；比如AD转换器，第二个字节可能就是指令控制字；比如存储器，第二个字节可能就是存储器地址。图中的第二个字节在MPU6050里，就表示我要操作0x19地址下的寄存器了。接着同样，是从机应答。同样的流程在来一遍，主机发送第三个字节。这个字节就是主机想要写入到0x19地址下寄存器的内容了，比如这里就表示，我要在0x19地址下，写入0xAA。最后是接收应答位，然后也是1位应答位，如果主机不需要继续传输了，就可以产生停止条件（Stop，P）。在停止条件之前，先拉低SDA，为后续SDA的上升沿作准备，然后释放SCL，再释放SDA，这样就产生了SCL高电平期间，SDA的上升沿。这样一个完整的数据帧就完成了。这个数据帧的目的就是，对于指定从机地址为1101 000的设备，在其内部0x19地址的寄存器中，写入0xAA这个数据。
当前地址读
这就是当前地址读的时序，如果主机想要读取从机的数据，就可以执行这个时序。
那最开始，还是SCL高电平期间， 拉低SDA，产生起始条件。然后，主机必须首先调用发送一个字节，来进行从机的寻址和指定读写标志位，比如图示的波形，表示本次寻址的日标是1101 000的设备，同时，最后一位读写标志为1，表示主机接下来想要读取数据。然后，接收一下从机应答位，从机应答0，代表从机收到了第一个字节。应答后，第二个字节数据的传输方向就要反过来，因为发了读的命令，所以主机要把SDA的控制权交给从机。主机调用接收一个字节的时序，进行接收操作，这段时间，从机可以在SCL低电平期间写入SDA，然后主机在SCL高电平期间读取SDA。那最终，主机在SCL高电平期间依次读取8位，就接收到了从机发送的一个字节数据。由于这里主机并没有指定读取的地址，所以就要用到当前地址指针。在从机中会有一个单独的指针变量，这个指针上电默认，一般指向0地址，并且，每写入一个字带和读出一个字节后，这个指针就会自动自增一次，那么在调用当前地址读的时序时，主机没有指定要读哪个地址，从机就会返回当前指针指向的寄存器的值，那假设，我刚调用了这个指定地址写的时序，在0x19的位置写入了0xAA，那么指针就会+1，移动到0x1A的位置，我再调用这个当前地址读的时序，返回的就是0x1A地址下的值。如果在调用一次，返回的就是0x1B地址下的值。由手当前地址读并不能指定读的地址，所以用的不多
指定地址读
从中间红线分开，左边是指定地址写，但是去掉了写数据的那部分；右边是当前地址读。
因为我们刚指定了地址，所以再调用当前地址读，就是指定地址读，也叫复合格式。所以这个时序会复杂点。
首先，最开始仍然是启动条件，然后发送一个字节，进行寻址。这里指定从机地址是1101 000，读写标志位是0，代表我要进行写的操作。经过从机应答后，再发送第二个字节，用来指定地址，这个数据就写入到了从机的地址指针里了。也就是说从机接收到第二个数据后，它的寄存器指针就指向了0x19这个位置。
这时再来一个起始条件，这个Sr(Start Repeat)的意思就是重复起始条件，这时还不能开始发送数据，因为指定读写标志位只能是跟着起始条件的第一个字节，所以如果想切换读写方向。只能再来个起始条件，然后起始条件后，重新寻址并且指定读写标志位，此时读写标志位是1，代耒我要开始读了，接着主机开始读，这个字节是不是就是0x19地址下的数据。在读完一个字节之后，一定要给从机发个非应答，(Send Ack,SA)，非应答就是该主机应答的时候，主机不把SDA拉低。
两个程序现象
一是软件 I2C读写MPU6050
对MPU6050芯片内部的寄存器进行读写，写入到配置寄存器，就可以对外挂的这个模块进行配置；读出数据寄存器，就可以获取外挂模块的数据。最终，我们读出的数据会显示在这个OLED上。最上面的是ID号，图中这个MPU6050的ID号固定为0x68，可以读取这个ID号用来测试 I2C读取数据的功能是不是正常，不同批次的MPU6050，ID号会有所不同。然后下面，左边3个，是加速度传感器的输出数据，分别是X轴、Y轴和Z轴的加速度，右边3个，是陀螺仪传感器的输出数据，分别是X轴、Y轴和Z轴的角速度。
