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)在讓我們從關于I2C通信的介紹開始吧。

什么是I2C通信協(xié)議？

術語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備上。這里一個設備稱為主機，另一個設備稱為從機。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）：與主設備共享主設備生成的時鐘信號

● 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設為高電平，同時將SDA設置為低電平。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備發(fā)送信息的傳感器或其他設備進行通信。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)送到主設備的字節(jié)，或從主設備發(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：當主設備使用Wire.requestFrom（）請求來自從設備的數(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：當從設備從主設備接收數(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)在主設備中用于從從設備請求字節(jié)。函數(shù)Wire.read（）用于讀取從設備發(fā)送的數(shù)據(jù)。

address：要從中請求字節(jié)的設備的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備到從設備和從設備到主設備的發(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