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ＴＷＩ（Ｉ２Ｃ）表示ライブラリ　Ｗｉｒｅ

ＴＷＩ（Ｉ２Ｃ）は、データ線＋クロック線の計２本の線でＩＣ間の通信を行う方法で、arduinoのメインＣＰＵであるＡＴ－ＭＥＧＡシリーズでは元々ハードウェアのユニットが内蔵されていて、比較的容易に使用できます。

しかし、よく引き合いに出されるＵＳＡＲＴやＳＰＩ通信と比較するとＴＷＩ（Ｉ２Ｃ）のプロトコルは元々少々複雑なので、そのプロトコル自体をある程度理解していないと上手く使いこなせないかと思います。arduinoでも同様です。

このページでは、ＴＷＩ（Ｉ２Ｃ）のプロトコルの概要だけ整理して、最も多用されるＥＥＰＲＯＭの接続くらいは容易に行えるようなお話をしていきたいと思います。それ以上詳しいことは、山根さんの本に詳しく書かれているので、ご興味のある方はそちらをご参照ください。

なお、この２線式Ｉ／Ｆはもともとフィリップス社が提唱した「Ｉ２Ｃ」という呼び方が一般的なのですが、ライセンスの都合かなにかがあるらしく、ａｔｍｅｌ社は「ＴＷＩ」（Ｔｗｏ　Ｗｉｒｅ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）という名称を使用しています。仕様的には互換性があるので、市販のＩ２Ｃ接続製品は普通に繋ぐことが出来ます。なお、このページでは以後ＴＷＩに統一します。

ＴＷＩの概要

ＴＷＩのバスについて…２本の通信線

ＴＷＩはデータ線（ｓｄａ）とクロック線（ｓｃｌ）の計２本の線で構成されるバス上に、各ＩＣがデータを送ったり受信したりすることで通信を行います。

他の通信手段とちょっと比較してみます。

ＵＳＡＲＴは相対（あいたい）通信なので送受信が独立して行えますし、ＳＰＩなら別途ＳＳ信号（スレーブセレクト）信号を使うことで通信元と通信先を「物理的に明示」することが出来ます。しかしＴＷＩには２本の線しか無いので、物理的に通信相手を明示することは出来ません。ではどうやって通信元、通信先をコントロールしているのでしょうか？

通信元と通信先の制御

イーサネットでは、例えばトークンリングＬＡＮではトークンを持った端末が唯一無二の通信元となります。そして通信元が通信先を明示的に指定することになっています。そして、このトークンは次々と端末間を行き交うことになります。ＴＷＩの制御方法はこれに少し似ています。

ＴＷＩでは、一般には１つのマスターＩＣと、１個以上のスレーブＩＣがバスに接続されています。（マスターが複数存在する場合もあるのですが、複雑になるので説明は端折ります）

各スレーブＩＣはバス内でユニークなアドレスを持っていて、マスターはそのアドレスを明示指定することによって特定のスレーブＩＣとデータを取り交わす事が出来ます。つまり、物理的に相手を指定するのではなく、通信文のデータ中にアドレスを織り込んで送信し、受信側は自分宛のデータか否かを判断して動作したり無視したりするというわけです。

マスターが特定の通信相手にトークンを投げ、通信相手はマスターにトークンを返し…ということを繰り返すことでマスター・スレーブ間の双方向をデータが行ったり来たりすることができる、そんなイメージです。（実際はもっと簡素化・濃縮化・形式化された情報のやり取りですが…）

ちなみに、マスターはアドレスを持ってません。スレーブ側から通信を投げかけることが無いためです。

周知のとおりトークンリングＬＡＮでは端末間に優先順位が無いのですが、ＴＷＩではマスターとスレーブとでは格の違いが設けられています。マスターだけがバス上のデータの流れをコントロールする権利を持っていて、スレーブはマスターからの指示に従ってデータを受け取ったり、リクエストされたデータを返したりといった動作を行います。

マスターとスレーブでやり取りされるデータの流れの制御方法やそのフォーマットについては後述するとして、ひとまずは、ＴＷＩの通信は「マスターとスレーブの間を２本の線を使って双方向にデータが流れることで行われる」ということだけ掴んでおいて下さい。

なお、トークンリングＬＡＮみたい…っていうのはあくまで私の感覚的な話なので、分かりにくいって言う方はその件について忘れちゃってください。

ＴＷＩの物理接続

ＴＷＩの配線

先ほどの図です。

ＴＷＩではデータをやり取りする「ｓｄａ」、クロックをやり取りする「ｓｃｌ」という２本の線を使用して接続します。そしてその２本の線は抵抗（約４．７ｋΩ）を介してＶｃｃに繋がっています。

マスター、スレーブの各ＩＣは、この２本の線（ＴＷＩバス）に接続するだけで他のＩＣとｉ／ｆを行う事ができるようになります。

さて、前述のとおりＴＷＩ通信ではこのバス線上を色々な方向にデータが流れることになるわけですが、その際に各ＩＣから出力される信号が衝突することは無いのでしょうか？　ＬＯＷとＨＩＧＨがショートしてＩＣが壊れることにならないのでしょうか？

ＴＷＩバスとオープンドレイン接続（オープンコレクタ接続）

答を先に言うと、当然ショートしません。各ＩＣからの出力がＬＯＷとＨＩＧＨが混在してもショートしないようになっています。（マスターが２つ以上…マルチバスマスターで複数のマスターからの信号が衝突する場合でも壊れることは無く、それを検知、回避することができるようになっています。→ＣＳＭＡ／ＣＤのコリジョン発生時と似てますね）

その信号衝突の際にショートして壊れるようなことが無いように、オープンドレイン接続（オープンコレクタ接続）という方式でＴＷＩバスに接続をしています。

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ひとまずブログの記事の実験結果をご覧ください。