IIC知识整理以及ADS1115
什么是IIC?
IIC (Inter-Integrated Circuit), 通常发音为： I-squared-C，是多主、多从、分组交换、单工的串行总线，通常用于处理器或微控制器与低速外围器件的短距离通信连接。这个通信协议是由（NXP半导体的前生）飞利浦公司发明，并在2006年开始，I2C协议的实施不要许可费，但仍要收取I2C从机分配地址的费用。
来自：wiki
IIC的特性如下：
- 仅用两线连接；
- 不像RS232那样有着严格的波特率要求，而是由主设备（mater）产生时钟信号；
- 设备之间的主/从关系简单，每个设备都有软件给予的唯一地址；
- IIC是一个真正的多主总线，提供仲裁和冲突检测的功能。
来自: I2C-BUS.COM
IIC 的发展历史
| 时间 | 事件 |
|---|---|
| 1982年 | 最初的100KHz I2C系统产生，其作为内部总线系统用于建立带各种飞利浦芯片的控制电路。 |
| 1992年 | I2C的首个标准版本1.0出现，加入400KHz的（Fast-mode）快速模式；引入10bits的地址，使得系统能够容纳多达1008个节点。 |
| 1998年 | 版本2.0加入3.4MHz的高速模式(High-speed mode)以及满足系统在电压和电流方面的节能需求。 |
| 2000年 | 版本2.1基于版本2 引入一个小清理。 |
| 2007年 | 版本3 加入1 Mhz 快速+模式(Fast-mode plus)。 |
| 2012年 | 版本4 加入5 MHz的极快模式（Ultra Fast-mode），这种模式的数据线和时钟线使用推挽输出来替代上拉电阻，并加入了辅助分配Id表。此模式只能用于单向总线。 |
| 2012年 | 版本5 修正了一些错误。 |
| 2014年 | 版本6 修正了两幅图。 |
来自：wiki
物理（电气）特性
IIC物理层的连接结构十分简单，信号的传输仅需2根线（设备之间隔离）便能实现，分别是通信时钟线（SCL）和数据线（SDA），SCL作为时钟线进行时钟同步，SDA作为数据传输线路，由于只有一条，这决定了IIC通信是单工的。一般无隔离的情况下，由于共地还需引入一条地线。
通常，I2C通信设备之间只通过普通导线进行连接，比特流信号采用TTL/CMOS标准下的高/低电平来表示1/0信号，这一方式使得传输距离很短（本来设计目的就是用于短距离通信），直接连接的传输距离短达40cm，提升通信距离则需使用P82B715一类的中继器或者改用其它通信协议与设备。
总线通信协议
IIC是多主的总线协议。总线的时钟信号（SCL）是由主设备提供，因此同一时间一条总线中只能存在一个主设备，先不考虑多主情况下的总线仲裁竞争，只考虑主设备确定的通信规则。
以7位地址主从IIC传输为例
IIC传输数据的模式模式为：
[ 开始 +（7位地址+1位读写+1位ACK）+（8位数据+1位ACK）*n+停止 ]
在传输过程中，每传输8位后，要通过一个ACK位进行相互确认。
一位信号数据传递模式
IIC协议通过数据线SDA在SCL的配合下实现信息的有效传送。每条线均可产生5V/0V或3.3V/0V的高低电平(也可以是其它方式，常用TTL和CMOS的电平模式)，如图3所示，每当时钟线SCL产生高电平时，SDA所产生的电平信号为当前时钟周期下传输的有效信号；而当SCL为低电平时，SDA可改变，以产生下一周期的传输信号。
PS: 个人认为当SCL产生上升沿后，对方设备开始检测SDA的电平，以此作为当前传输的数据，而下降沿是作为SDA信息可调整的信号，在之后就能进行SDA的电平调整。
开始和结束条件
I2C总线在待机状态时，SDA和SCL都处于高电平（两根线一般情况均接上拉电阻）。
- 当开始工作时，开始信号由主设备(master)发起，SDA先由高电平转为低电平，此时的SCL是高电平。此后，SDA和SCL便配合传输开始工作。
| SDA_H SCL_H | SDA_H SCL_H | SDA_L SCL_L |
|---|
- 当停止工作时，在SCL处于高电平下，SDA由低电平转为高电平。
| SDA_L SCL_L | SDA_L SCL_H | SDA_H SCL_H |
|---|
第一个byte （7位地址+1位读写+1位ACK）
第一个字节，共8位，前7位数可以大多数作为从机（slave）的地址，而某些数位是作为其他功能标志，本文不进行深究。7位从机地址之后的是读写位，如果为高电平，则是从从设备中获取数据，反之 0 则是向从设备写入数据，这将会影响下一个字节的操作。8位数据之后是一个ACK位的响应操作，主设备会将SDA置于高电平，等待从设备响应（由于是上拉电阻，一端置低取低），从设备置低，主设备就获得响应，然后就可进行下一字节的操作。
注意：有时采用无响应的方式，这取决于从设备的模式，为了通信的可靠性，建议采用有响应的方式。
Write（写）操作（8位数据+1位ACK）
这是写操作，ACK位均是从从设备向主设备发送的。
Read（读）操作（8位数据+1位ACK）
主设备每次发送8位数据完毕后，主设备会返回一个ACK值（低电平）以响应已获得数据。
操作实例
接下来将用IIC获取ADS1115芯片的电压值。
SLAVE地址
由于模块addr pin是悬空的，参考表5应该和Ground同一个地址，为SLAVE ADDRESS：1001000。
Pointer 寄存器
这个寄存器具有指向下一个寄存器的作用，类似索引，通过向该寄存器写入不同的数据，就可指向相应的寄存器，接下来就可以对该寄存器进行操作。
以指向config寄存器操作为例：
对寄存器config进行写操作
Start+地址+写+ACK*+0000 0001+ACK*+Config_H+ACK*+Config_L+NACK*/ACK*+End对寄存器config进行读操作
Start+地址+写+ACK*+0000 0001+NACK*/ACK*+End
ReStart+地址+读+ACK*+Config_H*+ACK+Config_L*+NACK+End
注：带*表示从设备向主设备发送。
pointer寄存器中只有BIT1、BIT0有效，指向地址见表6如下：
CONFIG 寄存器
Lo_thresh and Hi_thresh 寄存器
上下限，寄存器中的是带符号的补码（负数 取反加1）
默认：
补码：8000 H~7FFF H
原码：(-2^15)~(2^15-1)
CONVERSION寄存器
该寄存器存着转换得到的AD值。
例如：
操作流程
- 设置 Lo_thresh 和 Hi_thresh 寄存器
对 Lo_thresh 写操作
Start+地址+写+ACK*+00000010+ACK*
+Lo_thresh_H+ACK*+Lo_thresh_L+NACK*/ACK*+End
对 Hi_thresh 写操作
Start+地址+写+ACK*+00000011+ACK*
+Hi_thresh_H+ACK*+Hi_thresh_L+NACK*/ACK*+End - 设置CONFIG 寄存器
Start+地址+写+ACK*+0000 0001+ACK*+Config_H+ACK*+Config_L+NACK*/ACK*+End - 读取Conversion register
Start+地址+写+ACK*+0000 0000+NACK*/ACK*+End
ReStart+地址+读+ACK*+Conversion_H*+ACK+Conversion_L*+NACK+End - 转换
参考
[1] Semiconductor P. The i2c-bus specification[J]. 2000.
[2] ADS1115 datasheet
[3] wiki