书籍摘要

《The Book of I2C: A Guide for Adventurers》是一本全面深入的 I2C 总线编程与硬件设计指南，适合嵌入式系统开发者、硬件工程师以及电子爱好者阅读。本书由经验丰富的作者 Randall Hyde 编写，旨在帮助读者掌握 I2C 总线的设计和编程技能，从而在各种嵌入式项目中高效地扩展系统功能。

内容概述

本书分为四个主要部分，涵盖了从基础硬件原理到高级编程技巧的全方位内容。

第一部分：低级协议与硬件

• I2C 低级硬件：介绍了 I2C 总线的基本硬件原理，包括信号线定义、电气特性（如开漏逻辑、电压电平）以及硬件连接方式。
• I2C 协议：详细解析了 I2C 协议的数据传输格式，包括起始条件、停止条件、字节传输格式以及地址和读写控制机制。
• 软件实现：通过示例代码展示了如何在没有硬件支持的情况下，使用通用 GPIO 引脚实现 I2C 总线的软件模拟。
• 调试工具：介绍了多种用于分析和调试 I2C 信号的工具，如示波器、逻辑分析仪和总线监控器。

第二部分：硬件实现

• 常见单板计算机上的 I2C：详细介绍了 Arduino、Teensy、Raspberry Pi 等主流单板计算机的 I2C 硬件实现和编程接口。
• 厂商专用总线：探讨了 Adafruit Feather 总线、SparkFun Qwiic 总线和 Seeed Studio Grove 总线等厂商专用的 I2C 扩展方案。

第三部分：I2C 总线编程

• Arduino I2C 编程：以 Arduino 平台为例，介绍了如何使用 Arduino Wire 库进行 I2C 设备的读写操作，并提供了多个示例程序。
• Raspberry Pi I2C 编程：讲解了在 Raspberry Pi 上启用 I2C 总线、设置时钟频率以及使用 Linux 系统调用进行 I2C 通信的方法。
• 实时操作系统中的 I2C 编程：探讨了在 FreeRTOS、µC/OS 等实时操作系统中实现 I2C 通信的技巧，以及如何利用多线程提高 I2C 总线的使用效率。
• 裸机 I2C 控制器编程：通过直接操作硬件寄存器，展示了如何在 Teensy 4.x 和 ATtiny84 等微控制器上实现高效的 I2C 控制器功能。

第四部分：I2C 外围设备编程示例

• TCA9548A I2C 总线扩展器：介绍了如何使用 TCA9548A 芯片扩展 I2C 总线，实现多个设备的连接和通信。
• MCP23017 和 MCP23008 GPIO 扩展器：详细讲解了这两种 GPIO 扩展芯片的使用方法，包括寄存器配置和中断处理。
• ADS1015 和 ADS1115 模数转换器：提供了使用这些高精度 ADC 设备进行数据采集的编程示例。
• MCP4725 数模转换器：介绍了如何通过 I2C 总线控制 MCP4725 DAC 设备，实现模拟信号的输出。

适用读者

本书适合以下几类读者：

• 嵌入式系统开发者：希望在项目中使用 I2C 总线连接各种外围设备，如传感器、显示器和存储器。
• 硬件工程师：需要深入了解 I2C 总线的硬件设计细节，以便在电路设计中正确实现 I2C 接口。
• 电子爱好者：对 I2C 总线的编程和硬件调试感兴趣，希望通过实践学习嵌入式系统开发。

特色与优势

• 全面性：从硬件原理到软件编程，再到实际应用，本书提供了 I2C 总线的全方位知识。
• 实用性：通过大量示例代码和实际案例，读者可以快速上手并应用于实际项目。
• 深度与广度兼顾：不仅介绍了 I2C 总线的基础知识，还深入探讨了高级编程技巧和硬件调试方法。

总之，《The Book of I2C: A Guide for Adventurers》是一本不可多得的 I2C 总线学习指南，无论是初学者还是有一定基础的开发者，都能从中受益匪浅。