I2C是各类传感器与模块与Arduino通信的最常用方式之一
I2C的全称为:Inter-Integrated Circuit
中文名字:内部集成电路
可以读作"I-squared-C",在中国常被读作"I方C"。
I2C是Philips公司在1980年代,为了让主板、嵌入式系统用以连接低速周边装置,而开发的一种简单的双向二线制同步串行总线,现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。
它具有如下特点:
I2C是 master(主) & slave(从) 的设计
整个线路上只可有一个 master, 其他的都是 slave
只能 master 与 slave之间进行通讯
slave 与 slave 之间是不可以通讯的
只有 master 可以主动向 slave 发送资料或提出请求
slave 只可因应 master 的请求而回传资料, 不可以主动发送资料给 master
主机(master)可以用作主机发送器和主机接收器
I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备,而且每一个设备都会对应一个唯一的地址,主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信
I2C总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行 串行的八位双向数据传输
半双工通信方式
它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线,可发送和接收数据,两根通讯线一根为控制时钟线(SCL——Serial Clock用于同步设备间的数据传输时钟;另一根为数据线(SDA——Serial Data)用于携带数据
Arduino nano的相关引脚:A4 (SDA), A5 (SCL)
其他arduino板子相关引脚:
相关库的使用:
Arduino中使用I2C通信可直接调用Wire.h库,这个库允许Arduino链接其他I2C设备,以类的形式对I2C通信协议进行了封装。
Wire库以外挂库的形式放置于libraries文件夹内。
与内建库不同的是,用户在使用I2C库时,需要手动加入I2C库的头文件:
#include <Wire.h>
同时,为方便用户使用,库文件预创建了Wire对象,这样用户就可以在程序中直接使用Wire实现I2C通讯了。
它从软件上彻底屏蔽了I2C的底层协议内容,这也是Arduino的设计原则,让用户更加关注业务层面,而不是实现层面。
通信原理:
通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制,来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时,这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高,保持着高电平。
信号种类:
1. 起始信号.
定义:SCL线为高电平期间,SDA线由高电平向低电平的变化。
2. 终止信号
定义:SCL线为高电平期间,SDA线由低电平向高电平的变化
3. 读写数据信号
I2C总线进行数据传送时,时钟信号为高电平期间,数据线上的数据必须保持稳定,只有在时钟线上的信号为低电平期间,数据线上的高低电平状态才允许变化。
4. 应答信号
I2C总线协议规定,每传送一个字节数据,都要有一个应答信号以确定数据传送是否被对方接收。应答信号由接收设备产生,在SCL为高电平期间,接收设备将SDA拉低为低电平,表示数据传输正确。
wire库中常用的函数(使用时在其前面加上——wire.):
1.Begin()、Begin(address)
初始化Wire库,并针对性初始化为主机或是从机。
上述两种形式的区别如下:
Begin()初始化为主机,
Begin(address)初始化为从机,并为从机设置地址(0-127)。
2.Write()
主机向从机写数据,或从机为响应主机请求向主机写数据。
注意:当工作于主机向从机写数据时,
该语句要位于beginTransmission()和endTransmission()语句之间。
有以下三种具体形式,描述如下:
Wire.write(value) – 写字符。
Wire.write(string)–写字符串
Wire.write(data, length)-写指定长度的数组data。
3.requestFrom()
用于主机向从设备请求数据,
此后就可以用available()和read()来具体操作从设备返回的数据了。
形式为:Wire.requestFrom(address,quantity)Address指明从设备的地址,quantity指明请求的字节数。
4.Available()
返回接收缓存(数组)里的字符数,以便后续使用read()具体读取。
具体使用中,对主机而言,必须事先调用requestFrom函数;对从机而言,常在onReceive事件中使用。
5.Read()
从接收缓存(数组)中读取数据。
6.注册事件
除了上述几个方法外,Wire库还定义了两个事件:
onReceive()和onRequest()。
都是为从设备注册一个事件函数,用于响应不同的事件。
onReceive()用于从机接收到主机字符的响应,事件中执行从设备的写操作。
onRequest()用于从机接收到主机上传数据通知的响应,事件中执行从设备的读操作。