L'interface I2C sur ESP32
publication: 9 février 2022 / mis à jour 9 février 2022
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Listing complet: Scan I2C bus to determine peripherials adresses
Introduction
I2C (signifie: Inter-Integrated Circuit, en anglais) est un bus informatique qui a émergé de la « guerre des standards » lancée par les acteurs du monde électronique. Conçu par Philips pour les applications de domotique et d’électronique domestique, il permet de relier facilement un microprocesseur et différents circuits, notamment ceux d’un téléviseur moderne : récepteur de la télécommande, réglages des amplificateurs basses fréquences, tuner, horloge, gestion de la prise péritel, etc.
Il existe d’innombrables périphériques exploitant ce bus, il est même implémentable par logiciel dans n’importe quel microcontrôleur. Le poids de l’industrie de l’électronique grand public a permis des prix très bas grâce à ces nombreux composants.
Ce bus porte parfois le nom de TWI (Two Wire Interface) ou TWSI (Two Wire Serial Interface) chez certains constructeurs.
Les échanges ont toujours lieu entre un seul maître et un (ou tous les) esclave(s), toujours à l'initiative du maître (jamais de maître à maître ou d'esclave à esclave). Cependant, rien n'empêche un composant de passer du statut de maître à esclave et réciproquement.
La connexion est réalisée par l'intermédiaire de deux lignes:
- SDA (Serial Data Line) : ligne de données bidirectionnelle,
- SCL (Serial Clock Line) : ligne d'horloge de synchronisation bidirectionnelle.
Il ne faut pas oublier la masse qui doit être commune aux équipements.
Les 2 lignes sont tirées au niveau de tension VDD à travers des résistances de pull-up (RP).
Échange maître esclave
Le message peut être décomposé en deux parties:
- Le maître est l'émetteur, l'esclave est le récepteur:
- émission d'une condition de START par le maître (« S »),
- émission de l'octet ou des octets d'adresse par le maître pour désigner un esclave, avec le bit R/W à 0 (voir la partie sur l'adressage ci-après),
- réponse de l'esclave par un bit d'acquittement ACK (ou de non-acquittement NACK),
- après chaque acquittement, l'esclave peut demander une pause (« PA »).
- émission d'un octet de commande par le maître pour l'esclave,
- réponse de l'esclave par un bit d'acquittement ACK (ou de non-acquittement NACK),
- émission d'une condition de RESTART par le maître (« RS »),
- émission de l'octet ou des octets d'adresse par le maître pour désigner le même esclave, avec le bit R/W à 1.
- réponse de l'esclave par un bit d'acquittement ACK (ou de non-acquittement NACK).
- Le maître devient récepteur, l'esclave devient émetteur:
- émission d'un octet de données par l'esclave pour le maître,
- réponse du maître par un bit d'acquittement ACK (ou de non-acquittement NACK),
- (émission d'autres octets de données par l'esclave avec acquittement du maître),
- pour le dernier octet de données attendu par le maître, il répond par un NACK pour mettre fin au dialogue,
- émission d'une condition de STOP par le maître (« P »).
Condition de démarrage: la ligne SDA passe d'un niveau de tension élevé à un niveau de tension bas avant que la ligne SCL ne passe de haut en bas.
Condition d'arrêt: la ligne SDA passe d'un niveau de basse tension à un niveau de tension élevé après le passage de la ligne SCL de bas à haut.
Cadre d'adresse: une séquence de 7 ou 10 bits unique pour chaque esclave qui identifie l'esclave lorsque le maître veut lui parler.
Bit de lecture/écriture: un seul bit spécifiant si le maître envoie des données à l'esclave (niveau bas de tension) ou en lui demandant des données (niveau haut de tension).
Bit ACK/NACK: chaque trame d'un message est suivie d'un acquittement/non-acquittement bit. Si une trame d'adresse ou une trame de données a été reçue avec succès, un bit ACK est renvoyé à l(expéditeur.
Adressage
I2C n'a pas de lignes de sélection d'esclaves comme SPI, il a donc besoin d'un autre moyen de laisser l'esclave savoir que des données lui sont envoyées, et non un autre esclave. Il le fait par adressage. La trame d'adresse est toujours la première trame après le bit de départ dans un nouveau message.
Le maître envoie l'adresse de l'esclave avec lequel il veut communiquer à chaque esclave connecté à celui-ci. Chaque esclave compare alors l'adresse envoyée par le maître à la sienne. Si l'adresse correspond, il renvoie un bit ACK basse tension au maître. Si l'adresse ne correspond pas, l'esclave ne fait rien et la ligne SDA reste haute.
C'est ainsi que le mot Wire.detect (fin de l'article) détecte les périphériques
connectés au bus i2c.
On peut connecter plusieurs périphériques différents sur le bus i2c. On ne peut pas connecter un même périphérique en plusieurs exemplaires sur le même bus i2c.
Définition des ports GPIO pour I2C
Le paramétrage des ports GPIO pour le bus I2C est très simple:
\ activate the wire vocabulary wire \ start the I2C interface using pin 21 and 22 on ESP32 DEVKIT V1 \ with 21 used as sda and 22 as scl. 21 22 wire.begin
Protocoles du bus I2C
Le dialogue se fait uniquement entre un maître et un esclave.
Le dialogue est toujours initié par le maître (condition Start): le maître envoie sur le bus I2C l'adresse de l'esclave avec qui il veut communiquer.
Le dialogue est toujours terminé par le maître (condition Stop).
Le signal d'horloge (SCL) est généré par le maître.
Détection d'un périphérique I2C
Cette partie sert à détecter la présence d'un périphérique connecté au bus I2C.
Vous pouvez compiler ce code pour tester la présence de modules connectés et actifs sur le bus I2C.
\ activate the wire vocabulary wire \ start the I2C interface using pin 21 and 22 on ESP32 DEVKIT V1 \ with 21 used as sda and 22 as scl. 21 22 wire.begin : spaces ( n -- ) for space next ; : .## ( n -- ) <# # # #> type ; \ not all bitpatterns are valid 7bit i2c addresses : Wire.7bitaddr? ( a -- f ) dup $07 >= swap $77 <= and ; : Wire.detect ( -- ) base @ >r hex cr ." 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f" $80 $00 do i $0f and 0= if cr i .## ." : " then i Wire.7bitaddr? if i Wire.beginTransmission -1 Wire.endTransmission 0 = if i .## space else ." -- " then else 2 spaces then loop cr r> base ! ;
Ici, l'exécution du mot Wire.detect indique la présence du périphérique
d'affichage OLED à l'adresse hexadécimale 3C:
Wire.detect
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0a 0b 0c 0d 0e 0f
00 : -- -- -- -- -- -- -- -- --
10 : -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20 : -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30 : -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3c -- -- --
40 : -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50 : -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60 : -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70 : -- -- -- -- -- -- -- -- Ici, nous avons détecté un module à l'adresse hexadécimale 3c. C'est cette
adresse que nous utiliserons pour nous adresser à ce module:
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