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1. I2C 總線概述
nRF52832 片內集成了 TWI（Two-wire Serial Interface）兩線串行總線，TWI 完全兼容 I2C 總線，簡單一點，可以直接認爲 TWI 是 I2C 總線。
典型的 I2C 應用原理如下圖所示，I2C 總線通訊僅需兩根信號線，可以連接多個設備， 從設備都有唯一的地址，主設備通過從設備的地址和不同的從設備通訊。
圖 22-1：典型的 I2C 總線應用
I2C 總線硬件結構簡單，僅需一根時鐘線（SCL）、一根數據線（SDA）和兩個上拉電阻即可實現通訊。
I2C 總線的 SCL 和 SDA 均爲開漏結構，開漏結構的電路只能輸出“邏輯 0”，無法輸出“邏輯 1”，因此 SCL 和 SDA 需要連接上拉電阻。
上拉電阻的阻值影響傳輸速率，阻值越大，由於 RC 影響，會帶來上升時間的增大，傳輸的速率慢，阻值小，傳輸的速率快，但是會增加電流的消耗，一般情況下，我們會選擇 4.7K 左右的阻值，在從機數量少，信號線短的情況下，可以適當增加阻值，如使用 10K 的阻值。
I2C 總線中的從設備必須有自己的地址，並且該地址在其所處的 I2C 總線中唯一，主設備通過此唯一的地址即可和該從設備進行數據傳輸。
I2C 總線支持多主機，但是同一時刻只允許有一個主機。I2C 總線中存在多個主機時， 爲了避免衝突，I2C 總線通過總線仲裁決定由哪一個主機控制總線。
I2C 總線只能傳輸 8 位的數據，數據速率在標準模式下可達 100Kbit/s，快速模式下可達400Kbit/s，高速模式下可達 3.4Mbit/s，nRF52832 的 I2C 總線不支持高速模式。
同時連接到同一個 I2C 總線上的設備數量受總線最大電容（400pF）的限制。
I2C 總線電流消耗很低，抗干擾強，適合應用於低功耗的場合。
I2C 總線中的設備必須要有唯一的地址，這意味着如果在總線中接入兩個相同的設備， 該設備必須有配置地址的功能，這也是我們經常用的 I2C 接口的設備會有幾個引腳用來配置地址的原因。
對於 I2C 地址，我們經常看到有的 I2C 接口設備在規格書中描述的是 7 位地址，而有的I2C 接口設備在規格書中描述的是 8 位地址，它們有什麼區別？（I2C 也有 10 位地址，但用的較少，這裏不做介紹，本章中的內容不涉及到 10 位地址）。
7 位地址和 8 位地址如下圖所示，它們結構上是一樣的，都是由 7 個地址位加一個用來表示讀寫的位組成，只是描述上有所區別。
規格書中描述I2C 地址是 7 位地址的設備：給出的是 7 個地址位加R/W 位，最低位（R/W 位）爲 0 時表示爲寫地址，最低位爲 1 時爲讀地址。如果把 0 和 1 分別帶入 R/W 位， 得到的地址就和 8 位地址一樣了。
規格書中描述 I2C 地址是 8 位地址的設備：直接給出寫地址和讀地址，也就是最低位（R/W 位）爲 0 時的地址和最低位爲 1 時的地址。
22-2：I2C 地址
由此可見，所謂的 7 位地址和 8 位地址實際上都是 7 位地址加上最低位的讀寫位，本質上是一樣的，只是各個 I2C 接口設備的描述方式不一樣。
I2C 保留了如下表所示的兩組 I2C 地址，這些地址用於特殊用途。
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表 22-1：保留地址
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0000 000 |
0 |
廣播呼叫地址。 |
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0000 000 |
1 |
起始字節。 |
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0000 001 |
X |
CBUS 地址。 |
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0000 010 |
X |
保留給不同的總線格式 。 |
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0000 011 |
X |
保留到將來使用。 |
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0000 1XX |
X |
Hs 模式主機碼。 |
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1111 1XX |
X |
保留到將來使用。 |
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1111 0XX |
X |
10 位從機尋址。 |
（1）起始和停止條件（START and STOP conditions）
所有的 I2C 事務都是以 START 開始、STOP 結束，起始和停止條件總是由主機產生， 如下圖所示，當 SCL 爲高電平時，SDA 從高電平向低電平轉換表示起始條件，當 SCL 是高電平時，SDA 由低電平向高電平轉換表示停止條件。如果總線中存在多個主機，先將 SDA 拉低的主機獲得總線控制權。
圖 22-3：起始和停止條件
（2）字節格式（Byte format）
I2C 總線發送到 SDA 上的數據必須爲 8 位，即一次傳輸一個字節，每次傳輸可以發送的字節數量不受限制。每個字節後必須跟一個響應位，首先傳輸的是數據的最高位 MSB， 如果從機要完成一些其他功能後，例如一個內部中斷服務程序才能接收或發送下一個完整的數據字節，那麼從機可以將時鐘線 SCL 保持爲低電平強制主機進入等待狀態，當從機準備好接收下一個字節數據並釋放時鐘線 SCL 後數據傳輸繼續。
1.4 ACK 和 NACK
每個字節後會跟隨一個 ACK 信號。接收者通過 ACK 位告知發送者已經成功接收一字節數據並準備好接收下一字節數據。所有的時鐘脈衝包括 ACK 信號的時鐘脈衝都是由主機產生的。
ACK 信號：發送者發送完 8 位數據後，在 ACK 時鐘脈衝期間釋放 SDA 線，接收者可以將 SDA 拉低並在時鐘信號爲高時保持低電平，這樣就產生了 ACK 信號，從而使得主機知道從機已成功接收數據並且準備好了接收下一數據。
NACK 信號：當 SDA 在第 9 個時鐘脈衝的時候保持高電平，定義爲 NACK 信號。這時， 主機要麼產生STOP 條件來放棄這次傳輸，要麼重複START 條件來啓動一個新的傳輸。下面的 5 種情況會導致產生 NACK 信號：
（1）發送方尋址的接收方在總線上不存在，因此總線上沒有設備應答。
（2）接收方正在處理一些實時的功能，尚未準備好與主機通信，因此接收方不能執行收發。
（3）在傳輸期間，接收方收到不能識別的數據或者命令。
（4）在傳輸期間，接收方無法接收更多的數據字節。
（5）主-接收器要通知從-發送器傳輸的結束。
1.5 從機地址和 R/W 位
I2C 數據傳輸如下圖所示，在起始條件(S)後，發送從機地址，從機地址是 7 位，從機地址後緊跟着的第 8 位是讀寫位（R/W），讀寫位爲 0 表示寫，讀寫位爲 1 表示讀。數據傳輸一般由主機產生的停止位 P 終止，但是，如果主機仍希望在總線上通訊，它可以產生重複起始條件 S 和尋址另一個從機而不是首先產生一個停止條件，在這種傳輸中可能有不同的讀寫格式結合。
圖 22-5：I2C 總線傳輸時序
可能的數據傳輸格式有：
（1）主機發送器發送到從機接收器，傳輸的方向不會改變，接收器應答每一個字節，如下圖所示（2）在第一個字節後，主機立即讀從機，在第一次應答後，主機發送器變成主機接收器，從機接收器變成從機發送器。第一次應答仍由從機生成，主機生成後續應答。之前發送了一個非應答（A）的主機產生 STOP 條件。
圖 22-7：主機發送第一個字節後立即讀取從機
（3）複合格式，如下圖所示。傳輸改變方向的時侯，起始條件和從機地址都會被重複，但R/W 位取反。如果主接收器發送重複 START 條件，它會在重複 START 條件之前發送一個非應答（A）。
圖 22-8：複合格式
2. nRF52832 TWI 特點
本章描述的是 TWIM（帶 EasyDMA 的 TWI 主機），本章中的 TWI 均指的TWIM，即 TWI 主機。
nRF52832 片內集成的 TWI（兩線串行總線）兼容 I2C 總線，帶有 EasyDMA，可與連接到同一總線的多個從機設備通訊，主要特點如下：
（1）兼容 I2C。
（2）速率：100 kbps、250 kbps 或 400 kbps。
（3）支持時鐘延伸。
（4）帶 EasyDMA。
（5）TWI 的 SCL 和 SDA 信號可以通過配置寄存器連接到任何一個GPIO，這樣可以靈活地實現器件引腳排列，並有效利用電路板空間和信號路由。
nRF52832 的 TWI 的原理框圖如下圖所示，TWI 主機通過觸發STARTTX 或STARTRX 任務啓動TWI 傳輸，通過觸發 STOP 任務停止 TWI 傳輸。TWI 主機在掛起時無法停止，因此必須在 TWI 主機恢復後觸發 STOP 任務停止 TWI。啓動 TWI 主機後，在TWI 主機停止之前，即在 LASTRX，LASTTX 或 STOPPED 事件之後，不應再次觸發 STARTTX 任務或STARTRX 任務。如果從機產生 NACK 輸入，那麼 TWI 主機將產生ERROR 事件。
圖 22-9：TWI 的原理框圖
TWI 主機通過 EasyDMA 實現數據傳輸，因此 TWI 的接收和發送緩存必須位於數據RAM 區域，如果 TXD.PTR 和 RXD.PTR 未指向數據 RAM 區域，則 EasyDMA 傳輸可能導致 HardFault 或 RAM 損壞。
.PTR 和.MAXCNT 寄存器是雙緩衝的，因此在收到RXSTARTED/TXSTARTED 事件後， 可以立即更新並準備下一個 RX/TX 傳輸。STOPPED 事件表示 EasyDMA 已完成訪問 RAM 中的緩衝區。
當系統處於低功耗且不需要 TWI 外設時，爲了儘可能降低功耗，應先停止 TWI，然後禁用TWI 外設來實現最低功耗。
如果 TWI 已經停止，則不需要觸發 STOP 任務停止 TWI，但是如 TWI 正在執行發送， 則應等待直到收到STOPPED 事件作爲響應，然後再通過ENABLE 寄存器禁用外設。
TWI 的 SCL 和 SDA 信號可以自由映射，通過設置 PSEL.SCL 和 PSEL.SDA 寄存器可以將它們映射到任意的物理引腳。
PSEL.SCL 和 PSEL.SDA 寄存器及其配置僅在 TWI 使能時使用，並且僅在器件處於 ON 模式時保留。TWI 禁用後，引腳將作爲常規 GPIO 使用，即可以使用 GPIO 的 OUT 位字段和PIN_CNF [n]寄存器中的配置。PSEL.SCL 和 PSEL.SDA 必須在禁用 TWI 後纔可以配置。
爲確保 SPIM 中的正確行爲，在使用 SPIM 前必須要正確配置 SPIM 的引腳，但是需要注意的是不能同時將多個 SPIM 外設的信號映射到同一個引腳，如不能將 SPIM0 和 SPIM1 的 MISO 同時映射到P0.05，否則，可能會導致不可預測的行爲。
當系統處於 OFF 模式時以及 TWI 禁用時，爲確保 TWI 主機使用的引腳上的信號電平正確，這些引腳應按照下表所示配置。
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表 22-2：TWI 使能前GPIO 配置
TWI 寄存器
nRF52832 片內集成了 2 個 TWIM 外設，如下表所示。
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表 22-3：TWIM 基址
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