学习目的及目标
· I2C通信的原理
· 学习ESP32 的I2C功能的配置
· 掌握I2C读取SHT30的温湿度程序
I2C通讯协议简介
I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。下面我们分别对 I2C协议的物理层及协议层进行讲解。
· 物理层
2C通讯设备之间的常用连接方式通讯结构如下。
它的物理层有以下几个主要特点：
· 支持多设备的总线。"总线"指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连接多个 I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
· 一个 I2C 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线(SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。
· 每个连接到总线的设备都有一个唯一的地址，主机利用这个地址在不同设备之间的访问。
· 总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
· 常用的速率：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s。
· 最近I3C出来了，性能提升大大的 。
协议层
I2C的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。
I2C 通讯过程的基本结构如下：
· I2C写格式
· I2C读格式
· I2C读写格式
I2C 的几个细节如下：
· I2C的起始和停止信号
前文中提到的起始(S)和停止(P)信号是两种特殊的状态，见图 23-5。当 SCL 线是高电
平时SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。当 SCL 是高电平时 SDA线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。起始和停止信号一般由主机产生。
· 数据有效性
I2C使用 SDA 信号线来传输数据，使用 SCL信号线进行数据同步。SDA数据线在 SCL的每个时钟周期传输一位数据。传输时，SCL为高电平的时候 SDA表示的数据有效，即此时的 SDA为高电平时表示数据"1"，为低电平时表示数据"0"。当 SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候 SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。
每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。
· 地址及数据方向
I2C总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过 SDA信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。I2C协议规定设备地址可以是 7位或 10位，实际中 7位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位(R/W)，第 8位或第 11位。数据方向位为"1"时表示主机由从机读数据，该位为"0"时表示主机向从机写数据。
读数据方向时，主机会释放对 SDA信号线的控制，由从机控制 SDA信号线，主机接收信号，写数据方向时，SDA由主机控制，从机接收信号。
· 响应
I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括"应答(ACK)"和"非应答(NACK)"两种信号。作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到 I2C 传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送"应答(ACK)"信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送"非应答(NACK)"信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。
传输时主机产生时钟，在第 9个时钟时，数据发送端会释放 SDA的控制权，由数据接收端控制 SDA，若 SDA 为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。
抄了这么多理论其实没什么用，因为ESP32带硬件I2C，只要调用相关API即可，用起来非常简单。
SHT30温湿度传感器参数介绍
· SHT30温湿度测试范围
· SHT30有两种通信格式，此处只讲解I2C通信，原理图如下：
· SHT30写时序
· SHT30读温度时序
· SHT30其他命令的时序类似，请参考SHT30英文手册。
硬件设计及原理
本实验板使用了ESP32的I2C_1，下表是我们的程序IO的映射。
若您使用的实验板I2C的连接方式或引脚不一样，只需根据我们的工程修改引脚即可，程序的控制原理相同。
软件设计
代码逻辑
ESP32的I2C master接口介绍
此处的接口可以和I2C通信原理里面的名词对应上。
· I2C配置函数：i2c_param_config();
· I2C功能安装使能函数：i2c_driver_install();
· 创建I2C连接函数：i2c_cmd_link_create();
· 写启动信号到缓存函数：i2c_master_start();
· 写一个字节的命令放到到缓存函数：i2c_master_write_byte();
· 写停止信号到缓存函数：i2c_master_stop();
· I2C发送函数：i2c_master_cmd_begin();
· 删除I2C连接函数：i2c_cmd_link_delete();
以上是I2C发送数据的整个流程的API，流程如下图
· 读一个字节的命令放到缓存函数：i2c_master_read_byte();
以上是I2C读数据的整个流程的API，流程如下图
更多更详细接口请参考官方指南。
SHT30温度采集代码编写
加载I2C相关的头文件、定义I2C的IO映射引脚、定义相关变量等。
· I2C配置函数
· SHT30配置函数
· 主函数：I2C初始化、SHT30初始化、定时读取温湿度值打印等。
硬件连接
可按照IO映射表将SHT30模块和ESP32开发板接好.
效果展示
温湿度传感器总结
· 乐鑫已经把I2C部分的API封装的非常好，所以流程显得非常重要，无论什么I2C设备，一定要知道设备的I2C读写的流程。
· 温湿度传感器如果在产品中想要保证准确度，传感器必须放置在产品边缘，产品外壳挖孔，传感器周围挖空等措施，在使用软件校正的办法保证最终的准确度。
