Arduino - I2C通信协议& mlx90614红外温度传感器

Arduino主从机之间的I2C通信

在数字通信各种协议中，相对Ethernet, USB, SATA, PCI-Express等传输速度达数百上千兆字节每秒的总线，I2C和SPI常称为“小”协议。但是，我们不能忘记的是各种总线的用途是什么。“大”协议是用于系统外的整个系统之间通信的，“小”协议是用于系统内各芯片间的通信，没有迹象表明“大”协议有必要取代“小”协议。I2C和SPI的存在和流行体现了“够用就好”的哲学。

• I2C总线定义：

  I2C(‘intel’ －Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。

  I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既可以是主控器（或被控器），又可以是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。
  

• Wire Library

  I2C是非常普通的通信方式，Arduino单片机集成了I2C库，可以直接调用几个函数实现I2C通信。这个库允许您与I2C / TWI 设备进行通信。在Arduino板上的R3布局(1.0 pinout)， SDA(数据线)和SCL(时钟线)都在靠近AREF引脚的针头上。Arduino Due有两个I2C /TWI接口SDA1和SCL1靠近AREF pin，另外一个在20和21上。详情参考这里
  注：当连接SDA/SCL引脚时上拉电阻需要被连接，mega2560的上拉电阻在20-21引脚上。（没另外设置，调试成功，原因暂且未知？）

• Arduino的I2C库是Wire.h
  常用库函数如下：
  Functions

  begin()

  requestFrom()

  beginTransmission()

  endTransmission()

  write()

  available()

  read()

  SetClock()

  onReceive()

  onRequest()

  ---

  Wire.beginTransmission（Addr）

  Wire.write（data）

  Wire.endTransmission（void）

  Wire.requestFrom（Addr， num）

  Wire.available（）

  Wire.read（）

• 测试Ｄｅｍｏ

  引脚连接：
  1 VCC ------VCC

  2 GND ------ GND

  3 SCL ------ 21(SCL)或者SCL1

  4 SDA ------20(SDA)或者SDA1

• 测试代码

#include 
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Wire.begin(); // join i2c bus (address optional for master)master因为不需要地址，Wire.begin（）就可以了。
  Serial.begin(9600);  // start serial for output
}
 
uint16_t result;
float temp;
 
void loop() {
   
  // put your main code here, to run repeatedly:
  Wire.beginTransmission(0x5A);//发送起始信号和I2C总线地址
  Wire.write(0x07);            // 只发送一次数据，地址自动加一
  Wire.endTransmission(false);     // 停止信号
 
  Wire.requestFrom(0x5A, 3);//向已知地址slave获取连续3个数据，这时候需要注意，数据只是存起来了，并没有真正返回
  result = Wire.read(); //Receive DATA
  result |= Wire.read() << 8; //Receive DATA
 
  uint8_t pec = Wire.read();
   
  temp =  result*0.02-273.15;//
 
  Serial.print(temp);
 
  Serial.println();
  // delay(500)

}

问题：Arduino如何读取I2C总线上连接设备的地址？

• 操作步骤 ：
  1、将一个I2C器件连接至arduino的SDA、SCL引脚（UNO R3 连接A4、A5）
  2、将如下代码烧入arduino，打开串口界面即可得到I2C设备的地址。

#include 
void setup()
{
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("nI2C Scanner");
}
void loop()
{
  byte error, address;
  int nDevices;
  Serial.println("Scanning...");
  nDevices = 0;
  for(address = 1; address < 127; address++ ) 
  {
    Wire.beginTransmission(address);
    error = Wire.endTransmission();
    if (error == 0)
    {
      Serial.print("I2C device found at address 0x");
      if (address<16) 
        Serial.print("0");
      Serial.print(address,HEX);
      Serial.println("  !");
      nDevices++;
    }
    else if (error==4) 
    {
      Serial.print("Unknow error at address 0x");
      if (address<16) 
        Serial.print("0");
      Serial.println(address,HEX);
    }    
  }
  if (nDevices == 0)
    Serial.println("No I2C devices foundn");
  else
    Serial.println("donen");
  delay(5000);           // wait 5 seconds for next scan
}

---

Arduino主从机之间的双向I2C通讯实验

我现在采用老版本A rduino-0018编程，老版本I2C通讯的发送数据命令是send()，接受数据命令是receive()，最新版本Arduino 1.0的发送数据的命令是write()，接受数据的命令是read()，这一点要注意啊，看清楚自己下载应用的是什么版本的Arduino编程软件。Arduino程序下载地址:点击这里下载

• I2C实验说明：
  主机向从机循环发送字符串" light is "和字节 x，x 为 1 或 0，从机接收后，把数据显示在它的串口监视器中，如上图。然后当主机通知从机向它上传数据时，会把 x 值再上传回主机，然后赋值给变量c。当主机程序判断 c 为 1，则点亮主机数字引脚13相连的LED，否则熄灭LED。
  通过这个实验把主从机之间的双向通讯都诠释出来了。
  

• Arduino主机程序：

  /*主机向从机循环发送字符串"light is "和字节x，x为1或0

  从机接收到主机发来的数据后，当主机通知从机向它上传数据时
  会把x值再上传回主机，然后赋值给变量c。
  当主机程序判断c为1，则点亮LED，否则熄灭LED。*/

  #include //声明I2C库文件

  #define LED 13
  byte x = 0; //变量x决定LED的亮灭 这里byte就是unsigned char

  //初始化
  void setup()
  {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin(); // 加入 i2c 总线，作为主机
  pinMode(LED,OUTPUT);//设置数字端口13为输出
  }

  //主程序
  void loop()
  {
  Wire.beginTransmission(4); //Write–Sender—发送数据到设备号为4的从机

  Wire.write("light is "); // 发送字符串"light is "
  Wire.write(x); // 发送变量x中的一个字节
  Wire.endTransmission(); // 停止发送

  x++; //变量x加1
  if(x==2) //如果变量x的值为2，则把x值转为0
  x=0;
  delay(1000); //延时1s

  Wire.requestFrom(4, 1); //通知4号从机上传1个字节

  while(Wire.available()>0) // Read–Receiver-----当主机接收到从机数据时
  {

  byte c = Wire.read(); //接收一个字节赋值给c

  Serial.println©;

  if(c==1) //判断c为1，则点亮LED，否则熄灭LED。
  {
  digitalWrite(LED,LOW);
  }
  else
  {
  digitalWrite(LED,HIGH);
  }
  }

  delay(1000); //延时1s
  }

• Arduino从机程序：

  /*循环接收主机发送来的数据包，同时显示在串口监视器上

  把数据包的最后一个字节，再上传回主机
  */

  #include //声明I2C库文件

  int x; //变量x值决定主机的LED是否点亮

  //初始化
  void setup()
  {
  Wire.begin(4); // 加入 i2c 总线，设置从机地址为 #4
  Wire.onReceive(receiveEvent); //注册接收到主机字符的事件
  Wire.onRequest(requestEvent); // 注册主机通知从机上传数据的事件
  Serial.begin(9600); //设置串口波特率
  }

  //主程序
  void loop()
  {
  delay(100); //延时
  }

  void receiveEvent(int howMany) //** Read**–Receiver--------当从机接收到主机字符，执行该事件
  {
  while( Wire.available()>1) // 循环执行，直到数据包只剩下最后一个字符
  {
  char c = Wire.read(); // 作为字符接收字节

  Serial.print©; // 把字符打印到串口监视器中
  }

  //接收主机发送的数据包中的最后一个字节

  x = Wire.read(); // 作为整数接收字节

  Serial.println("");
  Serial.println(x); //把整数打印到串口监视器中，并回车
  }

  //Write –Sender --------当主机通知从机上传数据，执行该事件
  void requestEvent()
  {
  //把接收主机发送的数据包中的最后一个字节再上传给主机

  Wire.write( x); // 响应主机的通知，向主机发送一个字节数据
  }

文章/视频：
很清晰的解读I2C协议
Arduino之间的I2C通讯

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