Arduino I2C教程|如何在Arduino上使用I2C通信?

在本教程中，我们将了解如何在Arduino上设置和使用I2C通信。本Arduino I2C教程解释了Arduino中的I2C引脚，配置主和从，最后是一个简单的演示，其中两个Arduino UNO板通过I2C进行通信。

I2C是什么?

I2C或者我²C是Inter-Integrated Circuit的缩写，这是一种同步串行通信协议，由Phillips开发，用于在快速的微控制器和相对较慢的外围设备(如内存或传感器)之间使用两根电线进行通信。因此，它有时也被称为TWI(双线接口)。

使用I2C，可以以100kbit /s(时钟100khz -标准模式)，400kbit /s(时钟400khz -快速模式)，1mbit /s(时钟1mhz -快速模式+)和3.4 Mbit/s(时钟3.4 MHz -高速模式)的速率传输数据。

这可能看起来不多，但它足以在小距离上连接传感器、存储器和显示器。

I2C总线

I2C总线由两根导线组成，称为串行数据(SDA)和串行时钟(SCL)。数据通过SDA线传输，SCL线用于设备与时钟信号的同步。

这两条总线线路都是开放式排水驱动器，因此你必须使用上拉电阻来保持它们的高。

有两种类型的设备连接到I2C总线:主设备和从设备。总线主负责向从设备发送和接收数据。时钟信号也由主机提供。

I2C网络支持多主多从(但我们通常看到的是单主多从)。连接到I2C总线的每个从设备都有一个唯一的7位地址。

使用这个地址，主服务器选择一个特定的从服务器进行数据传输(发送或接收)，所选从服务器根据请求进行响应。

我做了一个关于I的基础知识的广泛教程²C通信。欲了解更多信息，请访问“I2C通信基础”。

I2C的Arduino

Arduino支持I2C通信。如果你看一下教程中Arduino UNO的pinoutARDUINO UNO引出线，模拟输入引脚A4和A5具有I2C的替代功能。

A4引脚作为SDA, A5引脚作为SCL。在原有的Arduino UNO R3中，在Digital IO Pin 13(靠近USB插座)附近还有两个引脚，专门用于SDA和SCL。

如果您正在使用任何其他板，那么下表将对您有用，因为它描述了所有流行的Arduino板上的I2C引脚。

ATmega328P微控制器用于Arduino UNO和Nano支持高达400khz的I2C数据传输速度。

如何使用Arduino I2C接口?

为了演示I2C在Arduino中的工作，让我们构建一个小电路。在这个演示中，我连接了两块Arduino UNO板，通过I2C总线进行通信。为了让事情变得有趣，并真正看到通信，我添加了一对led和电位器(每个UNO板一套)。

电位器连接到各自的模拟输入引脚(A0)， led连接到具有PWM的数字IO引脚(pin9)。一个UNO板配置为I2C总线主，另一个UNO配置为从设备。

当我调整连接到主Arduino UNO的电位器时，它从POT捕获模拟读数，将其转换为数字值(在0 - 1023的范围内)，将其映射到适当的PWM值(在0 - 255的范围内)，并通过I2C总线将该值传输到从Arduino。

Slave Arduino，在接收到PWM值后，调整其LED的亮度。此外，从Arduino发送自己的电位器值转换为PWM数字到主Arduino(从主请求)。

然后主Arduino从从Arduino读取PWM值，并根据该值调整其LED的亮度。这种通信在I2C总线上无缝地继续和重复。

这是一个简单的电路，只是为了了解Arduino I2C通信。你可以修改电路，使一个复杂的I2C总线网络与不同的从设备，如I2C LCD, EEPROM IC, BMP180气压传感器等(有数据记录的气象站)。

组件的要求

• Arduino UNO x 2
• 10 kΩ电位器x 2
• 5mm LED x 2
• 330Ω电阻x 2
• 电路试验板
• 连接电线
• 面包板电源(可选)

线路图

下图是Arduino I2C在两块Arduino UNO板之间演示的电路图。

代码

为了在Arduino中对I2C外设进行编程，您需要了解Wire库。这是允许您通过I2C总线(SDA和SCL线)与I2C或TWI设备通信的主库。

线库

它附带Arduino IDE，你不需要下载任何额外的东西。你所要做的就是在Arduino中包含与I2C一起工作的Wire库。

# include < Wire.h >

Wire库提供了10个用于开发I2C相关应用程序的函数。它们是:

• Wire.begin ()
• Wire.requestFrom ()
• Wire.beginTransmission ()
• Wire.endTransmission ()
• Wire.write ()
• Wire.available ()
• Wire.read ()
• Wire.SetClock ()
• Wire.onReceive ()
• Wire.onRequest ()

现在让我们详细了解一些重要的Wire Library函数。

线库函数

Wire.begin ()

该功能用于发起I2C通信。如果将7位设备地址作为参数传递给该函数，则设备将作为从设备加入I2C总线，否则将作为主设备加入。

• Wire.begin()——的主人
• Wire.begin(地址)——奴隶

Wire.beginTransmission(地址)

使用此功能可以开始向指定地址的从设备传输数据。

Wire.write ()

使用上述函数开始传输之后，现在就可以使用Wire.write()函数开始发送实际数据了。

当Master使用Wire.RequestFrom()函数时，你也可以使用这个函数将数据从Slave写到Master。

• Wire.write(值)—发送单个字节值
• Wire.write(字符串)—以字符串形式发送一系列字节
• 电线。写(数据长度)—发送指定长度的数据数组

Wire.endTransmission ()

要结束I2C数据传输，请使用Wire.endTransmission()函数。

Wire.read ()

当Master调用Wire.requestFrom()函数时，使用此函数读取从Master传输到Slave或从Slave传输到Master的数据字节。

Wire.requestFrom ()

主I2C设备使用该功能向从设备请求字节数据。使用Wire.read()函数来检索数据。

• 电线。requestFrom(地址、数量)—向从设备请求以数量为单位的数据字节数，并在address字段中指定地址。

Wire.onReceive ()

这是一个处理函数，用于定义当Slave从Master接收数据时调用的函数。

Wire.onRequest ()

这是一个处理函数，用于定义当Master向slave请求数据时调用的函数。

主代码

利用上述功能，我为Master Arduino写了一个简单的代码，发送PWM值，并向Slave请求一个字节的数据。

奴隶的代码

在Slave Arduino代码中，我将Slave地址定义为0x14。它可以是任何小于128的值。关于ArduinoI2C线库I需要注意的一点是，它使用7位的I2C地址，没有读/写位。

因此，如果您有一个8位地址(包括R / W位)，右移地址1，然后在Wire Library中使用它。库将根据读或写操作自动调整地址。

另外，确保从服务器地址是唯一的，没有两个从服务器有相同的地址。

回到代码中，我声明了两个函数“DataReceive”和“DataRequest”，在从服务器接收数据或从服务器请求数据时调用它们。DataReceive函数中Slave接收到的数据包含Master发送的PWM值。

通过DataRequest功能传输的数据就是从Slave到Master的PWM值。

结论

本教程演示了使用I2C通信在两个Arduino板之间进行简单的双向通信。您了解了Arduino I2C外围设备、I2C通信的一些重要基础知识、Wire库以及如何设置和使用Arduino I2C通信。