127_I2C통신_마스터슬레이브원리 🚌🤝

도로시와 지니가 함께하는 2선식 동기식 버스 아키텍처, 7비트 주소 체계 및 Wire 라이브러리 기초

• 👧 도로시: “지니야! 시리얼 통신은 두 보드가 1:1로만 대화할 수 있잖아. 그런데 아두이노 1대가 센서 10개, 디스플레이 2개, 다른 아두이노 3대를 전선이 엉키지 않게 한꺼번에 지휘할 순 없을까?”
• 🐱 지니: “당연히 있지! 필립스(Philips)에서 발명한 I2C(Inter-Integrated Circuit, 아이스퀘어드씨) 버스 통신을 사용하면 단 2가닥 전선만으로 최대 127대의 장치를 줄줄이 엮을 수 있단다!”

• 🐶 토토: “바우! 주소록에서 전화번호를 부르듯 장치 번호만 부르면 척척 대답한다 멍!”

• 🖥️ 강의 슬라이드: slides.md

1. I2C(Inter-Integrated Circuit)의 개념과 2선식 버스 라인

🛣️ 단 2가닥 선으로 완성하는 공유 고속도로!

• SDA (Serial Data, 데이터선):
  • 실제 데이터(0과 1) 바이트가 오고 가는 양방향 데이터 통로입니다.
  • 아두이노 우노(UNO) 기준: 아날로그 A4 핀 (또는 AREF 옆 전용 SDA 핀).
• SCL (Serial Clock, 클럭선):
  • “지금 전압을 읽어라!” 하고 마스터가 정확한 박자를 두드려주는 단방향 동기식 클럭선입니다.
  • 아두이노 우노(UNO) 기준: 아날로그 A5 핀 (또는 AREF 옆 전용 SCL 핀).
• 오픈 드레인(Open-Drain)과 풀업 저항(Pull-Up):
  • 모든 장치가 선을 GND로만 잡아당길 수 있어 쇼트(충돌)가 나지 않습니다.
  • 평상시 두 라인을 5V로 유지하기 위해 $4.7\text{k}\Omega$ 풀업 저항이 필요합니다 (아두이노는 내부 풀업 활성화 지원).

2. 1:N 마스터-슬레이브(Master & Slave) 구조와 7비트 주소 체계

👑 오케스트라 지휘자(Master)와 단원들(Slaves)

I2C 버스 위에서는 엄격한 주종 관계가 성립합니다:

1. 마스터 (Master, 단 1대):
   • 통신의 주도권을 쥐고 SCL 클럭을 발생시키는 지휘자입니다.
   • 슬레이브에게 데이터를 보내거나(Write), 데이터를 보내달라고 요청(Request/Read)합니다.
2. 슬레이브 (Slave, 최대 127대):
   • 7비트 고유 주소(Address: 0x08 ~ 0x77) 를 가지고 버스 위에서 조용히 경청합니다.
   • 마스터가 자신의 주소를 호출하는 패킷을 날릴 때만 깨어나 응답합니다.
3. 버스 공유 방식 (Bus Sharing):
   • 모든 슬레이브가 똑같은 SDA, SCL 2가닥 전선에 병렬로 물려 있어 배선이 극단적으로 깔끔해집니다!

3. UART 시리얼 vs I2C 버스 통신 비교

4. 하드웨어 결선 가이드

🔌 반드시 지켜야 할 I2C 결선 3대 원칙

1. 나란히 1:1 결선 (동일 이름끼리 묶기):
   • 마스터의 A4(SDA) ➡️ 슬레이브의 A4(SDA)
   • 마스터의 A5(SCL) ➡️ 슬레이브의 A5(SCL)
   • 시리얼 통신처럼 X자로 엇갈리면 절대로 안 됩니다!
2. 공통 접지(GND) 결선:
   • 두 보드의 GND를 반드시 점퍼선으로 직결하여 기준 전위(0V)를 일치시킵니다.
3. 신호선 풀업 저항 ($4.7\text{k}\Omega$):
   • 버스 배선이 길어지거나 장치가 3대 이상 늘어나면 SDA와 5V 사이, SCL과 5V 사이에 $4.7\text{k}\Omega$ 저항을 달아 신호 왜곡을 방지합니다.

5. 아두이노 표준 Wire.h 라이브러리 기초 문법

#include <Wire.h> // 아두이노 내장 I2C 라이브러리 포함

void setup() {
  // [마스터 보드로 동작할 때]
  Wire.begin(); // 주소 매개변수 없이 선언 -> 지휘관 마스터로 시작!

  // [슬레이브 보드로 동작할 때]
  // Wire.begin(0x08); // 0x08(또는 숫자 8) 등 자신만의 고유 주소를 부여!
}

• 마스터 모드: Wire.begin()으로 시작하여 버스의 통제권을 획득합니다.
• 슬레이브 모드: Wire.begin(address)로 시작하여 마스터의 호출을 기다립니다.

🌟 도로시와 지니의 핵심 요약 노트!

• 👧 도로시: “시리얼은 1:1 대화만 되지만, I2C는 SDA와 SCL 2가닥 버스선 위에 주소를 붙여 수많은 장치를 한 번에 지휘할 수 있구나!”
• 🐱 지니: “맞아! A4는 데이터(SDA), A5는 클럭(SCL)이며, 같은 이름끼리 나란히 묶는다는 규칙을 꼭 기억하렴.”
• 🐶 토토: “바우! 다음 시간에 2대의 아두이노를 마스터와 슬레이브로 연결해 진짜 데이터를 보내보자 멍!”