Up I2C 作成: 2026-09-08
更新: 2026-09-08
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    IMU とのデータ通信 (電気的な会話) の方法の一つに，I2C がある。
    ｢感覚器 IMU の末梢神経｣ の見方が立つ。

    bus.read_byte_data(addr, reg) で起こること：
    　　スタートコンディション
    　　スレーブアドレス送信（7bit/10bit）
    　　ACK/NACK の応答
    　　レジスタアドレス送信
    　　データの読み取り（高位バイト → 低位バイト）
    　　ストップコンディション

    I2C を使用する ｢感覚器官｣：
    　　IMU
    　　気圧センサ
    　　温度センサ
    　　磁気センサ
    　　距離センサ（ToF）
    　　モータドライバの設定レジスタ
    　　バッテリ管理IC（電圧・電流・温度）

    ○ I²C の内部プロトコル
    これは，次の 5 つの要素で構成される：
    　　START 条件（通信開始）
    　　7bit アドレス + R/W ビット（どのデバイスに話しかけるか）
    　　ACK/NACK（相手が受け取ったかどうか）
    　　DATA バイト列（レジスタ番号 → データ）
    　　STOP 条件（通信終了）

    これらはすべて，
    　　SCL（クロック）
    　　SDA（データ）
    という 2 本の線の電圧変化で表現される。

    ○ START / STOP 条件（波形レベル）
    I²C の最も重要なルール：
    　　SDA は，SCL が LOW のときだけ変化してよい。
    　　SCL が HIGH のときに SDA が変化したら，それは「記号」である。

    つまり：
    START 条件（通信開始）
    　　SCL = HIGH のときに SDA が HIGH → LOW に落ちる
    STOP 条件（通信終了）
    　　SCL = HIGH のときに SDA が LOW → HIGH に戻る

    ○ アドレスフェーズ（7bit アドレス + R/W）
    START の直後に送られるのが「アドレスバイト｣。

    [START]
    [ADDR(7bit)] [R/W] [ACK]
    　　7bit アドレス（例：0x68 = MPU6050）
    　　R/W ビット（0 = 書き込み，1 = 読み出し）
    　　スレーブが ACK を返す（SDA を LOW に引く）

    ○ ACK / NACK の意味
    各バイト送信後，受信側は必ず ACK/NACK を返す：
    　　ACK（SDA = LOW）
    　　　→「受け取った，続けてよい」
    　　NACK（SDA = HIGH）
    　　　→「受け取れない，通信を終わらせてほしい」

    これは I²C の「会話の相槌」。

    参考：
    lab.route-eight.com. I2C通信の仕組みと実装——スタート条件からACKまで【連載#4】 | Route Eight Lab

    ○ データ転送（レジスタ → データ）
    I²C の典型的な IMU 読み取りは次のようになる：
    　　レジスタ読み出し（READ）
    　　　　START
    　　　　ADDR + W → ACK
    　　　　REGISTER → ACK
    　　　　REPEATED START
    　　　　ADDR + R → ACK
    　　　　DATA → NACK
    　　　　STOP

    参考：
    i2c.net. How Does i2c Work? The Protocol, Byte by Byte | i2c.net

    ○ オープンドレインとプルアップ抵抗（物理層）
    I²C の物理層は オープンドレイン という特殊な方式。
    　　デバイスは LOW に引くことしかできない
    　　HIGH は プルアップ抵抗が作る

    つまり：
    　　I²C の「HIGH」は誰も作っていない。
    　　抵抗が勝手に作っている。

    この設計があるからこそ：
    　　複数デバイスが同じ線を共有できる
    　　クロックストレッチができる
    　　マルチマスターが可能

    参考：
    NerdyElectronics. I2C Protocol Deep Dive: Complete Embedded Guide

    ○ 完全な I²C トランザクションの構造
    参考：
    ecrionix.org. I2C Protocol – Inter-Integrated Circuit Complete Guide | EcrioniX

    　　　START
    　　　ADDRESS
    　　　R/W
    　　　ACK
    　　　DATA BYTE
    　　　ACK
    　　　　‥‥
    　　　STOP

    読み方：
    　　　START : 会話を始める」
    　　　ADDRESS : 話し先
    　　　REGISTER : データ取り出し口か」
    　　　DATA : データ
    　　　ACK/NACK : 相手が受け取ったかの相槌
    　　　STOP : 会話を終える