[stm32] I2C 통신 이론 정리

🧿 I2C (Inter-Integrated Circuit) 통신이란?

 MCU(Master) - 소자(Slave)간에 데이터를 주고 받는 통신 방법 중 하나이며 클락 선, 데이터 선을 이용하여 통신한다.
 각 선에 연결되어 있는 저항을 통해 전압을 인가시켜 두 선을 모두 High(Enable) 상태로 만든 후 MCU를 통해
 해당 선에 통신에 필요한 신호를 보내 통신한다.
 (※ MCU(Master)에서 전체적으로 통신을 제어하며 떄문에 Slave 끼리의 독자적인 통신은 대체로 하지 않는다.)

I2C 통신 연결 구조

🧿 Master

Master는 보통 사용하는 MCU를 나타내며 다음과 같은 역할을 한다.
 1. I2C 통신 시작 및 중지 제어
 I2C 통신에 대한 시작 및 정지가 필요할 때 시작 및 정지 시킨다.
 2. 슬레이브 주소 지정
 연결되어 있는 Slave들의 주소를 7비트로 할당하고 주소 뒤에 Read / Write 비트를 추가해 해당 Slave에
 데이터를 가져올 것인지 데이터를 전달할 것인지 필요에 따라 설정한다. 
 3. 클록 속도 동기화
클록 신호(SCL)을 생성하여 SCL 라인을 통해 신호를 Slave들에게 보내고 해당 신호를 통해 모든 소자의 클록 속도를
동기화 시킨다. 

 4. SDA 및 SCL 신호 제어
SDA 및 SCL 신호를 생성하여 Slave에게 보내고 Slave로 부터 받은 신호를 감지한다.
데이터를 송수신 할 때 이진 비트로 변환하여 데이터를 인식할 수 있도록 처리 한다. 

 5. ACK, NACK 신호 송수신
데이터 수신 후 성공 시 ACK 신호, 실패 시 NACK 신호를 보낸다.
 6. 오류 처리
통신 중 발생하는 각종 오류를 감지하고 처리한다. 

 

🧿 Slave 

Slave는 MCU와 통신이 필요한 각종 소자들을 의미하며 다음과 같은 역할을 한다.
 1. 데이터 송수신
 Master로 부터 데이터를 수신 받거나 송신 한다.
 2. ACK, NACK 신호 송수신
 데이터 수신 후 성공 시 ACK 신호, 실패 시 NACK 신호를 보낸다.

 3. 상태 관리 및 동작
 Master로 부터 데이터를 수신 받아 해당 데이터에 따른  수행 가능한 동작을 한다.
 4. 오류 처리
 통신 중 발생하는 각종 오류를 감지하고 처리한다. 

🧿 통신 방법

 4.1 통신 시작
      SCL : High , SDA : High -> Low 
      SDA를 High에서 Low로 바꾸어 Slave에 통신을.시작한다는 신호를 보낸다.
      (※ SDA와 SCL 선은 풀업 저항에 의해 기본적으로 High 이며 SDA가 Low 상태 일 때 데이터를 전송하고
           High 상태일 때 데이터를 전송하지 않는다.)
4.2 슬레이브 주소 전송 
      Master(MCU)에서 통신할 슬레이브 장치의 I2C 주소를 7비트로 전송한다. 
4.3 데이터 송수신
      MCU -> Slave 또는  Slave -> MCU로 보낼 데이터를 전송한다.
      SCL 클록이 Low 일 때 Master(MCU)에서 Slave로 부터 송/수신 할 데이터를 이진 비트화 한다.
      SCL 클록이 High 일 때 이진 비트화한 데이터를 읽는다.

4.4 통신 종료

     SCL: High , SDA : Low -> High 
     SDA를 Low에서 High로 바꾸어 Slave에 통신을 종료한다는 신호를 보낸다.

4.5 응답 신호 송신
      1) ACK 신호 
       Slave 에서 보낸 데이터를 Master 에서 정상적으로 수신 완료 및
       Master 에서 보낸 데이터를 Slave 에서 정상적으로 수신 완료 하였을 경우 Master에서 ACK 신호를 생성한다.
     2) NACK 신호  
       Slave 에서 보낸 데이터를 Master 에서 정상적으로 수신 완료하지 못하였을 경우 및 
       Master 에서 보낸 데이터를 Slave 에서 정상적으로 수신 완료하지 못하였을 경우 Master에서 NACK 신호를 생성한다.

 

[참조]
https://blog.naver.com/yuyyulee/220323559541