在之前的文章中，我們介紹了Arduino之間的SPI通信。今天我們將學習另一種串行通信協(xié)議：I2C（內(nèi)部集成電路）。比較I2C和SPI，I2C只有兩條線，而SPI使用四條，I2C可以有多個主機和從機，而SPI只能有一個主機和多個從機。因此，如果項目中有多個微控制器需要作為主機，那么就采用I2C。 I2C通信通常用于與陀螺儀、加速度計、氣壓傳感器、LED顯示器等進行通信。

在本篇文章中，我們將使用I2C總線在兩個arduino開發(fā)板之間進行通信，并且使用電位計將值（0到127）相互發(fā)送。這些值將顯示在連接到每個Arduino的1602液晶顯示屏上。文章中，一個Arduino開發(fā)板作為主機，另一個開發(fā)板作為從機?，F(xiàn)在讓我們從關(guān)于I2C通信的介紹開始吧。

什么是I2C通信協(xié)議？

術(shù)語IIC代表“Inter Integrated Circuits”。它通常表示為I2C或IIC，甚至在某些地方表示為2線接口協(xié)議（TWI），但它們代表的含義是一樣的。 I2C是同步通信協(xié)議，也就是說共享信息的設(shè)備必須共享公共時鐘信號。它只有兩根線來共享信息，其中一根用于時鐘信號，另一根用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

I2C通信如何工作？

I2C通信最初由Phillips引入。如前所述，它有兩根導線，這兩根導線將連接在兩個設(shè)備上。這里一個設(shè)備稱為主機，另一個設(shè)備稱為從機。通信應該并且將始終發(fā)生在一個主機和一個從機之間。 I2C通信的優(yōu)點是可以將多個從機連接到一個主機。

完整的通信通過這兩條導線進行，即串行時鐘（SCL）和串行數(shù)據(jù)（SDA）。

● 串行時鐘（SCL）：與主設(shè)備共享主設(shè)備生成的時鐘信號

● 串行數(shù)據(jù)（SDA）：在主機和從機之間發(fā)送數(shù)據(jù)。

在任何給定時間，只有主機才能啟動通信。由于總線中有多個從站，因此主站必須使用不同的地址來引用每個從站。當被尋址時，只有具有該特定地址的從機將應答該信息，而其他地址繼續(xù)退出。這樣我們就可以使用相同的總線與多個設(shè)備進行通信。

I2C的電壓電平未預定義。 I2C通信靈活，意味著由5v電源供電的器件，可以使用5v用于I2C，3.3v器件可以使用3v進行I2C通信。但是，如果兩個運行在不同電壓下的設(shè)備需要使用I2C進行通信呢？ 5V I2C總線不能與3.3V器件連接。在這種情況下，電壓移位器用于匹配兩個I2C總線之間的電壓電平。

有一些條件可以構(gòu)成傳輸。傳輸?shù)某跏蓟瘡腟DA的下降沿開始，在下圖中定義為“START”條件，其中主機將SCL設(shè)為高電平，同時將SDA設(shè)置為低電平。如下圖所示，

SDA的下降沿是START條件的硬件觸發(fā)。在此之后，同一總線上的所有設(shè)備都進入監(jiān)聽模式。

同樣的，SDA的上升沿停止傳輸，在上圖中顯示為“STOP”條件，其中主機將SCL置為高電平并且還釋放SDA以變?yōu)楦唠娖健Ｒ虼?，SDA的上升沿會阻止傳輸。

R / W位表示后續(xù)字節(jié)的傳輸方向，如果為高電平表示從機將發(fā)送，如果為低則表示主機將發(fā)送。

每個位在每個時鐘周期發(fā)送，因此傳輸一個字節(jié)需要8個時鐘周期。在發(fā)送或接收每個字節(jié)之后，保持第九個時鐘周期用于ACK / NACK（確認/未確認）。該ACK位由從機或主機根據(jù)情況生成。對于ACK位，SDA在第9個時鐘周期由主機或從機設(shè)置為低電平。所以它被認為是低，否則NACK。

在哪里使用I2C通信？

I2C通信僅用于短距離通信。它在某種程度上肯定是可靠的，因為它具有同步的時鐘脈沖以使其智能化。該協(xié)議主要用于與必須向主設(shè)備發(fā)送信息的傳感器或其他設(shè)備進行通信。當微控制器必須使用最少的導線與許多其他從模塊通信時非常方便。如果您正在尋找遠程通信，您應該嘗試RS232，如果您正在尋找更可靠的通信，您應該嘗試SPI協(xié)議。

Arduino中的I2C

下圖顯示了Arduino UNO中的I2C引腳。

I2C總線Arduino中的引腳

SDAA4

SCLA5

在開始使用兩個Arduino編程I2C之前，我們需要了解Arduino IDE中使用的Wire庫。

庫《Wire.h》包含在程序中，用于使用以下I2C通信函數(shù)。

1. Wire.begin（address）：

用途：該庫用于與I2C設(shè)備進行通信。初始化Wire庫，并作為從機或主機加入I2C總線。

address：7位從機地址是可選的，如果未指定地址，類似［Wire.begin（）］，將作為主機加入總線。

2. Wire.read（）：

用途：該函數(shù)用于讀取從主機或從機接收的字節(jié)，該字節(jié)是在調(diào)用requestFrom（）后從一個從機發(fā)送到主設(shè)備的字節(jié)，或從主設(shè)備發(fā)送到從機的字節(jié)。

3. Wire.write（）：

用途：該函數(shù)用于將數(shù)據(jù)寫入從機或主機。

從機到主機：當主站中使用Wire.RequestFrom（）時，從機將數(shù)據(jù)寫入主機。

主機到從機：從主機到從機的傳輸，Wire.write（）用在調(diào)用Wire.beginTransmission（）和Wire.endTransmission（）之間。

Wire.write（）可以寫成：

? Wire.write（value）

value：要作為單個字節(jié)發(fā)送的值。

? Wire.write（string）：

string：要作為一系列字節(jié)發(fā)送的字符串。

? Wire.write（data，length）：

data：要作為字節(jié)發(fā)送的數(shù)據(jù)數(shù)組

length：要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。

4. Wire.beginTransmission（address）：

用途：該函數(shù)用于開始使用給定的從地址傳輸?shù)絀2C設(shè)備。隨后，使用write（）函數(shù)構(gòu)建用于傳輸?shù)淖止?jié)隊列，然后通過調(diào)用endTransmission（）函數(shù)傳輸它們。

address：發(fā)送設(shè)備的7位地址。

5. Wire.endTransmission（）;

用途：此函數(shù)用于結(jié)束由beginTransmission（）發(fā)起的從機的傳輸，并傳輸由Wire.write（）排隊的字節(jié)。

6. Wire.onRequest（）;

用途：當主設(shè)備使用Wire.requestFrom（）請求來自從設(shè)備的數(shù)據(jù)時，將調(diào)用此函數(shù)。這里我們可以包含Wire.write（）函數(shù)來向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。

7. Wire.onReceive（）;

用途：當從設(shè)備從主設(shè)備接收數(shù)據(jù)時，將調(diào)用此函數(shù)。這里我們可以包含Wire.read（）;用于讀取從主站發(fā)送的數(shù)據(jù)的函數(shù)。

8. Wire.requestFrom（addres，quantity）;

用途：該函數(shù)在主設(shè)備中用于從從設(shè)備請求字節(jié)。函數(shù)Wire.read（）用于讀取從設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。

address：要從中請求字節(jié)的設(shè)備的7位地址

quantity：要請求的字節(jié)數(shù)

需要的組件

● Arduino Uno開發(fā)板

● 1602 LCD顯示模塊

● 10K電位器

● 面包板

● 連接導線

電路原理圖

工作過程

這里為了演示Arduino中的I2C通信，我們使用兩個Arduino UNO和兩個1602 LCD顯示器相互連接，并在兩個arduino開發(fā)板上使用兩個電位器來確定從主設(shè)備到從設(shè)備和從設(shè)備到主設(shè)備的發(fā)送值（0到127）通過改變電位器。

我們使用電位器將arduino引腳A0的輸入模擬值從（0到5V）轉(zhuǎn)換為模擬到數(shù)字值（0到1023）。然后，這些ADC值進一步轉(zhuǎn)換為（0到127），因為我們只能通過I2C通信發(fā)送7位數(shù)據(jù)。 I2C通信通過arduino的A4和A5引腳上的兩條線進行。

通過改變主機的電位器，從機Arduino開發(fā)板的LCD的值將發(fā)生變化，反之亦然。

Arduino中的I2C編程

本篇文章有兩個程序，一個用于主機Arduino，另一個用于從機Arduino。

主機Arduino編程介紹

1.首先，我們需要包含用于使用I2C通信功能的Wire庫和用于使用LCD功能的LCD庫。還需要為1602 LCD定義LCD引腳。

#include《Wire.h》

#include《LiquidCrystal.h》

LiquidCrystal lcd（2， 7， 8， 9， 10， 11）;

2.在void setup（）函數(shù)中，

我們以波特率9600啟動串行通信。

Serial.begin（9600）;

接下來在引腳（A4，A5）上啟動I2C通信

Wire.begin（）; //Begins I2C communication at pin （A4，A5）

接下來我們在1602模式下初始化LCD顯示模塊并顯示歡迎信息，然后在五秒后清除。

lcd.begin（16，2）; //Initilize LCD display

lcd.setCursor（0，0）; //Sets Cursor at first line of Display

lcd.print（“Circuit Digest”）; //Prints CIRCUIT DIGEST in LCD

lcd.setCursor（0，1）; //Sets Cursor at second line of Display

lcd.print（“I2C 2 ARDUINO”）; //Prints I2C ARDUINO in LCD

delay（5000）; //Delay for 5 seconds

lcd.clear（）; //Clears LCD display

3.在void loop（）函數(shù)中

首先，我們需要從Slave獲取數(shù)據(jù)，因此我們使用requestFrom（）和從地址8，我們請求一個字節(jié)

Wire.requestFrom（8，1）;

使用Wire.read（）讀取接收的值

byte MasterReceive = Wire.read（）;

接下來，我們需要讀取連接到引腳A0的主機arduino電位器的模擬值

int potvalue = analogRead（A0）;

我們將該值轉(zhuǎn)換為0到127的字節(jié)。

byte MasterSend = map（potvalue，0，1023，0，127）;

接下來我們需要發(fā)送轉(zhuǎn)換后的值，使用8地址開始從機sarduino的傳輸

Wire.beginTransmission（8）;

Wire.write（MasterSend）;

Wire.endTransmission（）;

接下來，我們顯示來自從機arduino的接收值，延遲為500微秒，我們不斷接收并顯示這些值。

lcd.setCursor（0，0）; //Sets Currsor at line one of LCD

lcd.print（“》》 Master 《《”）; //Prints 》》 Master 《《 at LCD

lcd.setCursor（0，1）; //Sets Cursor at line two of LCD

lcd.print（“SlaveVal：”）; //Prints SlaveVal： in LCD

lcd.print（MasterReceive）; //Prints MasterReceive in LCD received from Slave

Serial.println（“Master Received From Slave”）; //Prints in Serial Monitor

Serial.println（MasterReceive）;

delay（500）;

lcd.clear（）;

從機Arduino編程介紹

1.與主機設(shè)備相同，首先我們需要包含用于使用I2C通信功能的Wire庫和用于使用LCD功能的LCD庫。還為1602 LCD定義LCD引腳。

#include《Wire.h》

#include《LiquidCrystal.h》

LiquidCrystal lcd（2， 7， 8， 9， 10， 11）;

2. 在void setup（）函數(shù)中，

我們以波特率9600啟動串行通信。

Serial.begin（9600）;

接下來在引腳（A4，A5）上啟動I2C通信，從地址設(shè)定為8。這里指定從地址非常重要。

Wire.begin（8）;

接下來，當從機從主機接收值并且主機請求從機的值時，我們需要調(diào)用該函數(shù)

Wire.onReceive（receiveEvent）;

Wire.onRequest（requestEvent）;

接下來我們在16X2模式下初始化LCD顯示模塊并顯示歡迎信息，然后在五秒后清除。

lcd.begin（16，2）; //Initilize LCD display

lcd.setCursor（0，0）; //Sets Cursor at first line of Display

lcd.print（“Circuit Digest”）; //Prints CIRCUIT DIGEST in LCD

lcd.setCursor（0，1）; //Sets Cursor at second line of Display

lcd.print（“I2C 2 ARDUINO”）; //Prints I2C ARDUINO in LCD

delay（5000）; //Delay for 5 seconds

lcd.clear（）; //Clears LCD display

3.接下來，我們有兩個函數(shù)，一個用于請求事件，另一個用于接收事件

對于請求事件

當主機從從機請求值時，將執(zhí)行該函數(shù)。此函數(shù)從從機電位器獲取輸入值并以7位轉(zhuǎn)換，然后將該值發(fā)送給主機。

void requestEvent（）

{

int potvalue = analogRead（A0）;

byte SlaveSend = map（potvalue，0，1023，0，127）;

Wire.write（SlaveSend）;

}

對于接收事件

當主機通過從機地址（8）向從機發(fā)送數(shù)據(jù)時，將執(zhí)行該函數(shù)。此函數(shù)從主機讀取接收的值并存儲在byte類型的變量中。

void receiveEvent （int howMany）

{

SlaveReceived = Wire.read（）;

}

4. 在void loop（）函數(shù)中：

我們在LCD顯示模塊中連續(xù)顯示主設(shè)備的接收值。

void loop（void）

{

lcd.setCursor（0，0）; //Sets Currsor at line one of LCD

lcd.print（“》》 Slave 《《”）; //Prints 》》 Slave 《《 at LCD

lcd.setCursor（0，1）; //Sets Cursor at line two of LCD

lcd.print（“MasterVal：”）; //Prints MasterVal： in LCD

lcd.print（SlaveReceived）; //Prints SlaveReceived value in LCD received from Master

Serial.println（“Slave Received From Master：”）; //Prints in Serial Monitor

Serial.println（SlaveReceived）;

delay（500）;

lcd.clear（）;

}

通過旋轉(zhuǎn)一側(cè)的電位器，您可以在另一側(cè)看到LCD上的變化值：

以上就是在Arduino中進行I2C通信的方式，這里我們不僅使用兩個Arduino開發(fā)板來演示通過I2C通信發(fā)送數(shù)據(jù)，而且還演示了接收數(shù)據(jù)。所以現(xiàn)在你可以將任何I2C傳感器連接到Arduino。
編輯：hfy