Arduino - 内部集成电路（ Inter Integrated Circuit）

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2023-12-01

内部集成电路（I2C）是用于微控制器和新一代专用集成电路之间的串行数据交换的系统。当它们之间的距离很短时使用它（接收器和发射器通常在同一印刷板上）。通过两根导线建立连接。一个用于数据传输，另一个用于同步（时钟信号）。

如下图所示，一个设备始终是主设备。它在通信开始之前执行一个从芯片的寻址。这样，一个微控制器就可以与112个不同的设备通信。波特率通常为100 Kb /秒（标准模式）或10 Kb /秒（慢波特率模式）。最近出现了波特率为3.4 Mb/sec的系统。通过I2C总线通信的设备之间的距离限制在几米。

板上I2C引脚

I2C总线由两个信号组成 - SCL和SDA。 SCL是时钟信号，SDA是数据信号。当前总线主控器始终生成时钟信号。某些从设备有时可能会强制时钟低电平以延迟主设备发送更多数据（或者在主设备尝试计时之前需要更多时间来准备数据）。这被称为“时钟拉伸”。

以下是不同Arduino板的引脚 -

Uno，Pro Mini A4（SDA），A5（SCL）
到期20（SDA），21（SCL）
莱昂纳多，云2（SDA），3（SCL）

Arduino I2C

我们有两种模式 - 主代码和从代码 - 使用I2C连接两个Arduino板。他们是 -

主发送器/从接收器
主接收器/从发送器

主发送器/从接收器

现在让我们看看主发射器和从接收器是什么。

主发射器

以下函数用于初始化Wire库并将I2C总线作为主站或从站加入。通常只调用一次。

Wire.begin(address) - 在我们的例子中，地址是7位从地址，因为未指定主设备，它将作为主设备加入总线。
Wire.beginTransmission(address) - 使用给定地址开始传输到I2C从设备。
Wire.write(value) - 用于从主设备传输到从设备的队列字节（中间调用beginTransmission（）和endTransmission（））。
Wire.endTransmission() - 结束由beginTransmission（）启动的从设备的传输，并传输由wire.write（）排队的字节。

Example

#include <Wire.h> //include wire library
void setup() //this will run only once { 
   Wire.begin(); // join i2c bus as master
} 
short age = 0; 
void loop() {   
   Wire.beginTransmission(2); 
   // transmit to device #2
   Wire.write("age is = ");
   Wire.write(age); // sends one byte
   Wire.endTransmission(); // stop transmitting
   delay(1000); 
}

奴隶接收者

使用以下功能 -

Wire.begin(address) - 地址是7位从机地址。
Wire.onReceive(received data handler) - 从设备从主设备接收数据时要调用的函数。
Wire.available() - 返回可用Wire.read（）检索的字节数。这应该在Wire.onReceive（）处理程序中调用。

Example

#include <Wire.h> //include wire library
void setup() {  //this will run only once
   Wire.begin(2); // join i2c bus with address #2
   Wire.onReceive(receiveEvent); // call receiveEvent when the master send any thing 
   Serial.begin(9600); // start serial for output to print what we receive 
}
void loop() {   
   delay(250); 
}
//-----this function will execute whenever data is received from master-----//
void receiveEvent(int howMany) { 
   while (Wire.available()>1) // loop through all but the last {
      char c = Wire.read(); // receive byte as a character
      Serial.print(c); // print the character
   }
}

主接收器/从发送器

现在让我们看看什么是主接收器和从发送器。

主接收器

Master被编程为请求，然后读取从唯一寻址的Slave Arduino发送的数据字节。

使用以下功能 -

Wire.requestFrom(address,number of bytes) - 主设备用于从从设备请求字节。然后可以使用函数wire.available（）和wire.read（）函数检索字节。

Example

#include <Wire.h> //include wire library void setup() { 
   Wire.begin(); // join i2c bus (address optional for master) 
   Serial.begin(9600); // start serial for output
} 
void loop() { 
   Wire.requestFrom(2, 1); // request 1 bytes from slave device #2
   while (Wire.available()) // slave may send less than requested {
      char c = Wire.read(); // receive a byte as character
      Serial.print(c); // print the character
   } 
   delay(500); 
}

奴隶发射器

使用以下功能。

Wire.onRequest(handler) - 当主设备从此从设备请求数据时，将调用该函数。

Example

#include <Wire.h> 
void setup() { 
   Wire.begin(2); // join i2c bus with address #2
   Wire.onRequest(requestEvent); // register event
} 
Byte x = 0;
void loop() { 
   delay(100); 
} 
// function that executes whenever data is requested by master
// this function is registered as an event, see setup()
void requestEvent() { 
   Wire.write(x); // respond with message of 1 bytes as expected by master
   x++; 
}