Интерфейс I2C и датчики на нем

I2C
I2C - это достаточно широко распространённый сетевой последовательный интерфейс, придуманный фирмой Philips и завоевавший популярность относительно высокой скоростью передачи данных (обычно до 100 кбит/с, в современных микросхемах до 400 кбит/с), дешевизной и простотой реализации.
Одновременно можно подключить 127 устройств.

I2C - ФИЗИКА
Устройства имеют выход с "открытым коллектором" - когда выходной ранзистор закрыт на линии через подтягивающий резистор устанавливается высокий уровень, а когда открыт - низкий. Номинал резисторов влияет на скорость передачи данных(чем выше номинал, тем ниже скорость)

I2C - ЛОГИКА
Любое устройство на шине I2C может быть одного из двух типов:
Master(ведущий) – управляет сеансом
Slave(ведомый) – «поддакивает» при приеме байта
Master и Slave могут работать в двух режимах:
Приемник
Передатчик

I2C - ЛОГИКА
Каждый сеанс начинается и заканчивается с подачи «Мастером» так называемых START и STOP условий.
«Start-условие» — это изменение уровня на линии Data с высокого на низкий при наличии высокого уровня на линии Clock.
«Stop-условие» - это изменение уровня на линии Data с низкого на высокий при наличии высокого уровня на линии Clock.
Внутри сеанса любые изменения на линии Data при наличии высокого уровня на линии Clock запрещены!!!

I2C - ЛОГИКА
Внутри сеанса передача состоит из пакетов по девять бит, передаваемых в обычной положительной логике (то есть высокий уровень — это 1, а низкий уровень — это 0). Из них 8 бит передаёт "Передатчик" "Приёмнику", а последний девятый бит передаёт "Приёмник" "Передатчику". Биты в пакете передаются старшим битом вперёд. Последний, девятый бит называется битом подтверждения ACK (от английского слова acknowledge — подтверждение). Он передаётся в инвертированном виде, то есть 0 на линии соответствует наличию бита подтверждения, а 1 — его отсутствию.

I2C - ЛОГИКА
Если Slave торомоз и не успевает, то он может насильно положить линию SCL в землю и не давать ведущему генерировать новые такты.

I2C - ЛОГИКА
Как передаются отдельные биты понятно, теперь о том что эти биты значат. В отличии от SPI тут умная адресная структура. Данные шлются пакетами, каждый пакет состоит из девяти бит. 8 данных и 1 бит подтверждения/не подтверждения приема.
Первый пакет шлется от ведущего к ведомому это физический адрес устройства и бит направления.

I2C - ЛОГИКА
После адресного пакета идут пакеты с данными в ту или другую сторону, в зависимости от бита RW в заголовочном пакете.

I2C - ЛОГИКА
Чтение практически также, но тут есть одна тонкость. При приеме последнего байта надо дать ведомому понять, что в его услугах больше не нуждаемся и отослать NACK на последнем байте. Если отослать ACK то после стопа Master не отпустит линию.

I2C - ЛОГИКА
Как видно из протокола, в первом байте мы адресовываем само устройство, а их может быть до 127 штук. Но в самом устройстве вполне может быть очень сложная структура, с кучей ячеек. Как обращаться с этими данными? Не считывать же все по очереди от нуля до конца — это долго. Поэтому приняли хитрый формат. Это не стандарт, но юзается повсеместно.

I2C - ЛОГИКА
Надо мне записать две ячейки памяти с адресами 0х05 и 0x06. Как это сделать? Из даташита я узнаю, что первый байт данных это адрес куда мы будем обращаться, а потом уже идут данные и со следующим байтом счетчик адреса увеличивается на 1.

I2C - ЛОГИКА
Надо нам считать те же данные, а вдруг изменились?
С записью все понятно. А с чтением как? А с чтением все через запись.
То есть, мы, вначале, записываем один байт — адрес. Потом делаем повторный старт, затем снова обращаемся к часам по ее Slave-адресу, но уже с битом R, на чтение. И умная микруха выдает нам байты с адреса который мы в нее вот только что записали. Выглядит это так:

ВОТ И ВСЕ

Датчики
Датчик — собирательный термин, который может означать: измерительный преобразователь; первичный измерительный преобразователь; чувствительный элемент.
В российских рамках стандартизации датчик является средством измерений
Они бывают:
Газа
Пространства (Акселерометр, гироскоп, магнитометр, датчик линии, датчик наклона и тд)
Климатические (Барометр, датчик влажности, датчик температуры)
Датчики света (Освещенности, пламени, жестов, отражения и тд)
Датчики шума

Модуль 3-х осевого гироскопа + 3-х осевого акселерометра GY-521 на чипе MPU-6050. Позволяет определить положение и перемещение объекта в пространстве, угловую скорость при вращении. Так же имеет встроенный датчик температуры. Используется в различных коптерах и авиамоделях, так же на основе этих датчиков можно собрать систему захвата движений.
Характеристики:
Микросхема: MPU-6050
Напряжение питания: от 3,5V до 6V (DC);
Диапазон гироскопа: ± 250 500 1000 2000 ° / с
Диапазон акселерометра: ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g
Интерфейс связи: I2C
Размер: 15х20 мм.
Вес: 5 г
GY-521

Подключение

Подключение

Написание кода

Барометр GY-68 (датчик атмосферного давления и температуры на чипе BMP180). Отлично подходит для создания погодных станций и систем "умный дом"
Характеристики:
Чип: Bosh BMP180
Питание: 1.8-3.6V
Потребляемый ток:0.5uA на 1Hz
Интерфейс: I2C
Максимальная частота I2C: 3.5Mhz
Точность давления до 0.02hPa (17см)
Диапазон измерения давления: от 300hPa до 1100hPa (от +9000м до -500м)
Диапазон измерения температуры: от -40 до 85 градусов по Цельсию
Вес: 1.18г
GY-68

Подключение