I2C通信とは

1.目的

I2C通信について、理解する。
I2C通信で何を行っているのかについて理解する。

I2C通信とは

2.I2C通信とは　

　・クロック(SCL)に同期させてデータ(SDA)の通信を行う同期式シリアル通信

　・ I2Cは、2本の線(SCLとSDA)を用いたシリアル通信の一種。

　・SCLはクロック信号を、SDAはデータ信号を伝送する。

　・マスター側がSCLを生成し、スレーブ側はそれに同期して通信する。

　・スレーブ側はアドレスを持ち、マスターはアドレスを指定して通信する。

　・データはバイト単位でやり取りされ、読み書きの切り替えはACK/NAKで行われる。

　・マルチマスター構成においては、バス衝突を防ぐために適切な制御を必要とする。

2.I2C通信の特徴

　・同じ信号ラインに複数のデバイスを繋げられる。

　・複数センサーがあっても、同じI2Cに全部つなぐこともできる。

　・親子関係があり、親1つに対して子をたくさん繋げられる。

　　(親：マスター、子：スレーブ)

　・スレーブ側はアドレスを持つ。

　・1バイト転送ごとに、受信側は、ACK信号を返答する必要がある。

　・相手がいない場合や相手が拒否した場合には送信自体がエラーとなる。

　・通信速度はSPIなどに比べると遅い。

　・信号線が2本の為、配線が簡単。

　・7ビットアドレスモードと10ビットアドレスモードの2つのモードがある。

　・7ビットアドレスモードは最大128のアドレスをサポート

　・10ビットアドレスモードは最大1024のアドレスをサポート

　・10ビットアドレスモードは7ビットアドレスモードよりも複雑で、

　　通信速度も遅くなる傾向がある。

　・一般的には7ビットアドレスモードが使用される。

3.通信速度

　(1) I2C通信は、3つの通信速度モードがある。

　　・スタンダードモード： 100k

　　・ファストモード　　： 400k

　　・ハイスピードモード： 3.4M　

4.通信に関して

　・マスター側は、好きなタイミングで１つのスレーブに対し通信を始める。　

　・書き込みと読み込みがある。

　・スレーブ側は、マスターの応答に対し返事する。

5.配線に関して

　・クロック(SCL)とデータ入出力(SDA)の2本の信号線で通信

　・双方向通信　

　・マイコンの出力をオープンドレインにし、プルアップ抵抗で配線する必要がある。

　　(オープンドレインについては、下記説明を参照)

　・外部で、1k～10kΩ程度でプルアップする。

　・通信距離が長いと使えない。

　・スレーブ側は両ピンとも常時は入力モード、ハイインピーダンス状態にする。

　・アドレスで指定された出力するデバイスだけ出力モードに設定する。

　・基本構成については下記記事を参考

　　→I２C通信使い方

6.基本的な通信のやり取り

(1) マスター側：Start Condition(スタートコンディション)を出力

(2) マスター側：クロック供給しながら、アドレスとRead/Write要求を出力

(3) スレーブ側(全て)：SCLのクロックデータを元に、SDAのデータを受信

(4) スレーブ側(全て)：SSPADDレジスタにセットされたアドレスと一致したデバイスのみ、送受信を継続

(5) スレーブ側(個別)：データの受信完了後、自動的にACKビットを返送、同時にSSP割り込みを発生

(6) マスター側：Stop Conditionを出力するまで、送受信を行う。

7.通信タイミングについて

(1) スタートコンディション：SCLがHighの時にSDAをLowにする。

(2) アドレスとRead/Writey要求とSDAデータの受信：
　　マスター側：SCLがLowの間にSDAのビットを送信し、

　　　　　　　　送信側から順次8ビットのデータを出力
　　スレーブ側：SCLが立ち上がった時に、SDAのビットを取り込む。

(3) スレーブ側：8ビットの受信完了後、

　　　　　　　 9ビット目のクロックに合わせて、ACK信号を返送する。

(4) スレーブ側で次のデータ準備が出来るまでマスター側を待たせる場合：
　　受信側からSCLを強制的にLowにする。
　　(見かけ状クロックがなくなる為、マスター側からデータの送信が出来なくなる)

(6) ストップコンディション：最後のデータ送信後、ACKを確認する。
　　　　　　　　　スレーブ側：SDAを解放し、Highになる。
　　　　　　　　　マスター側：SCLがHighの間に、SDAをLowする。
　　　　　　　　　マスター側：クロックを停止(SCLがHighにする)。
　　　　　　　　　マスター側：SCLがHighの状態で、SDAをHighにし、

　　　　　　　　　　　　　　　ストップコンディション終了。
　　　　　　　　　通信終了