🔗 Communication I2C — PIC16F877A

Protocole I2C, module MSSP, registres SSPCON/SSPSTAT et interfaçage de capteurs et EEPROM

Qu'est-ce que l'I2C ?

L'I2C (Inter-Integrated Circuit, prononcé « I-deux-C ») est un bus de communication série synchrone inventé par Philips (aujourd'hui NXP) dans les années 1980. C'est l'un des protocoles les plus utilisés en électronique embarquée pour connecter des capteurs, des mémoires EEPROM, des écrans OLED, des horloges RTC et bien d'autres périphériques à un microcontrôleur.

Le bus I2C n'utilise que 2 fils (plus la masse) :

SDA (Serial Data) — Ligne de données bidirectionnelle
SCL (Serial Clock) — Ligne d'horloge générée par le maître

Plusieurs périphériques (jusqu'à 128 avec adressage 7 bits) peuvent partager le même bus, chacun identifié par une adresse unique. Le microcontrôleur agit comme maître (Master) et les capteurs/mémoires comme esclaves (Slave).

Caractéristiques du bus I2C

Paramètre	Valeur
Nombre de fils	2 (SDA + SCL) + GND commun
Vitesse standard	100 kHz (Standard Mode)
Vitesse rapide	400 kHz (Fast Mode)
Adressage	7 bits (128 adresses) ou 10 bits (1024)
Topologie	Multi-maître, multi-esclave sur le même bus
Résistances pull-up	4.7 kΩ sur SDA et SCL (obligatoires)

⚠️ Résistances pull-up obligatoires ! Les lignes SDA et SCL sont en drain ouvert (open-drain). Sans résistances pull-up de 4.7 kΩ vers VDD, le bus ne fonctionne pas. C'est l'erreur n°1 des débutants avec l'I2C. Certains modules (écrans OLED, capteurs) intègrent déjà ces résistances.

📡 Le protocole I2C en détail

Une transaction I2C typique (le maître lit un octet depuis un esclave) se déroule ainsi :

Start Condition — Le maître tire SDA vers le bas pendant que SCL est haut. Signale le début de la communication.
Adresse + R/W — Le maître envoie l'adresse de l'esclave (7 bits) suivie du bit de direction : 0 = écriture (W), 1 = lecture (R).
ACK de l'esclave — L'esclave reconnaît sa propre adresse en tirant SDA vers le bas (ACK). S'il ne répond pas, c'est un NACK (SDA reste haut).
Données — Le maître ou l'esclave envoie un ou plusieurs octets, chaque octet suivi d'un ACK/NACK.
Stop Condition — Le maître relâche SDA pendant que SCL est haut. Signale la fin de la communication et libère le bus.

🔌 Brochage I2C sur le PIC16F877A

Le PIC16F877A intègre un module MSSP (Master Synchronous Serial Port) qui supporte nativement I2C et SPI. Les broches I2C sont :

RC3 / SCL (Pin 18) — Horloge I2C
RC4 / SDA (Pin 23) — Données I2C

Ces broches doivent être configurées en entrée (TRISC bits 3 et 4 à 1) car le module MSSP contrôle leur direction automatiquement.

📋 Registres MSSP pour l'I2C

Registre	Rôle
`SSPCON`	Contrôle principal : active le module MSSP, sélectionne le mode (I2C Master/Slave)
`SSPCON2`	Contrôle I2C Master : génère Start, Stop, Repeated Start, ACK/NACK
`SSPSTAT`	Statut : buffer plein (BF), transmission en cours, détection Start/Stop
`SSPBUF`	Buffer de données : écriture pour envoyer, lecture pour recevoir
`SSPADD`	En mode Master : définit la vitesse I2C. Valeur = (Fosc / (4 × Fscl)) − 1

💻 Code complet : bibliothèque I2C Master

#include <xc.h>
#define _XTAL_FREQ 4000000

/* ---- Initialisation I2C Master à 100 kHz ---- */
void i2c_init(void) {
    TRISC3 = 1;    // SCL en entrée (contrôlé par MSSP)
    TRISC4 = 1;    // SDA en entrée (contrôlé par MSSP)
    SSPCON = 0x28;  // SSPEN=1, I2C Master mode (SSPM=1000)
    SSPCON2 = 0x00;
    SSPSTAT = 0x00;
    SSPADD = 9;    // Fscl = 4MHz / (4 × (9+1)) = 100 kHz
}

/* ---- Attendre la fin de l'opération ---- */
void i2c_wait(void) {
    while ((SSPCON2 & 0x1F) || (SSPSTAT & 0x04));
}

/* ---- Générer condition Start ---- */
void i2c_start(void) {
    i2c_wait();
    SSPCON2bits.SEN = 1;  // Envoyer Start
}

/* ---- Générer condition Stop ---- */
void i2c_stop(void) {
    i2c_wait();
    SSPCON2bits.PEN = 1;  // Envoyer Stop
}

/* ---- Générer Repeated Start ---- */
void i2c_restart(void) {
    i2c_wait();
    SSPCON2bits.RSEN = 1;
}

/* ---- Envoyer un octet, retourne ACK (0) ou NACK (1) ---- */
unsigned char i2c_write(unsigned char data) {
    i2c_wait();
    SSPBUF = data;
    i2c_wait();
    return SSPCON2bits.ACKSTAT;  // 0=ACK, 1=NACK
}

/* ---- Recevoir un octet avec ACK ---- */
unsigned char i2c_read_ack(void) {
    i2c_wait();
    SSPCON2bits.RCEN = 1;         // Activer réception
    i2c_wait();
    unsigned char data = SSPBUF;
    SSPCON2bits.ACKDT = 0;         // ACK (on veut plus de données)
    SSPCON2bits.ACKEN = 1;         // Envoyer ACK
    return data;
}

/* ---- Recevoir un octet avec NACK (dernier octet) ---- */
unsigned char i2c_read_nack(void) {
    i2c_wait();
    SSPCON2bits.RCEN = 1;
    i2c_wait();
    unsigned char data = SSPBUF;
    SSPCON2bits.ACKDT = 1;         // NACK (c'est le dernier octet)
    SSPCON2bits.ACKEN = 1;
    return data;
}

🌡️ Exemple : Lire un capteur I2C (température)

Voici comment lire un registre d'un capteur I2C générique (ex : LM75 à l'adresse 0x48) :

#define LM75_ADDR  0x48   // Adresse 7 bits du capteur
#define TEMP_REG   0x00   // Registre de température

int lire_temperature(void) {
    unsigned char msb, lsb;

    i2c_start();
    i2c_write((LM75_ADDR << 1) | 0);  // Adresse + Write
    i2c_write(TEMP_REG);                  // Pointeur vers registre temp

    i2c_restart();
    i2c_write((LM75_ADDR << 1) | 1);  // Adresse + Read
    msb = i2c_read_ack();                // Octet poids fort
    lsb = i2c_read_nack();               // Octet poids faible (dernier)
    i2c_stop();

    int temp = (msb << 8) | lsb;
    temp >>= 5;   // Alignement selon datasheet LM75
    return temp;   // Résultat en 0.125°C par LSB
}

📋 Périphériques I2C populaires

Composant	Adresse	Fonction	Prix
SSD1306	0x3C	Écran OLED 128×64	~3 €
BMP280 / BME280	0x76/0x77	Température, pression, (humidité)	~2 €
DS3231	0x68	Horloge temps réel (RTC) de précision	~2 €
24C02 / 24C256	0x50–0x57	EEPROM externe (256 octets à 32 Ko)	~0.50 €
MPU6050	0x68/0x69	Accéléromètre + gyroscope 6 axes	~2 €
PCF8574	0x20–0x27	Expandeur GPIO 8 bits (écran LCD I2C)	~1 €

🔧 Dépannage I2C

Aucune réponse (NACK permanent) — Vérifiez les résistances pull-up (4.7 kΩ), l'alimentation du capteur, et l'adresse I2C (certains capteurs ont des broches A0/A1 pour modifier l'adresse).
Données incorrectes — Vérifiez le baud rate (SSPADD). La vitesse I2C doit être compatible avec le capteur (100 kHz max pour certains).
Bus bloqué (SDA reste bas) — Envoyez 9 impulsions d'horloge sur SCL pour « débloquer » un esclave qui n'a pas terminé sa transaction. Puis envoyez un Stop.
Conflit d'adresses — Deux périphériques avec la même adresse sur le bus. Utilisez un scanner I2C pour détecter tous les périphériques présents.

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