ESP32具有兩個I2C總線接口,可用作I2C主站或從站。在本教程中,我們將使用Arduino IDE查看與ESP32的I2C通信協議:如何選擇I2C引腳,將多個I2C設備連接到同一總線以及如何使用兩個I2C總線接口。
在本教程中,我們將介紹以下概念:
1. 相同的總線,不同的地址
2. 相同的地址·
ESP32 I2C通訊協議介紹
I²C是一個同步,多主,多從通信協議。您可以連接:
我們在ESP32中多次使用此協議與外部設備(例如傳感器和顯示器)進行通信。在這種情況下,ESP32是主芯片,外部設備是從芯片。
ESP32 I2C總線接口
ESP32通過其兩個I2C總線接口支持I2C通信,這兩個接口可以用作I2C主設備或從設備,具體取決於用戶的配置。根據ESP32數據表,ESP32的I2C接口支持:
將I2C設備與ESP32連接
I2C通信協議使用兩條線共享信息。一個用於時鐘信號(SCL),另一個用於發送和接收數據(SDA)。
注意:在許多分支板上,SDA線也可能標記為SDI,SCL線也可能標記為SCK。
SDA和SCL線為低電平有效,因此應使用電阻將其上拉。對於5V器件,典型值為4.7k Ohm;對於3.3V器件,典型值為2.4k Ohm。
我們在項目中使用的大多數傳感器都是已內置電阻的分線板。因此,通常,當您處理此類電子元件時,您無需為此擔心。
將I2C器件連接到ESP32通常很簡單,只需將GND連接到GND,將SDA連接到SDA,將SCL連接到SCL並將正電源連接到外圍設備通常為3.3V(但這取決於您使用的模塊)。
將ESP32與Arduino IDE結合使用時,默認的I2C引腳為GPIO 22(SCL)和GPIO 21(SDA),但您可以將代碼配置為使用任何其他引腳。
通過I2C通信,總線上的每個從站都有其自己的地址,此十六進制數允許ESP32與每個設備通信。
I2C地址通常可以在組件的數據表中找到。但是,如果很難查明,則可能需要運行I2C查找程序以查明I2C地址。
您可以使用以下程序找到設備的I2C地址。
#include
void setup() {
Wire.begin();
Serial.begin(115200);
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.println(address,HEX);
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 found\n");
}
else {
Serial.println("done\n");
}
delay(5000);
}
您會在串口監視器中看到類似的內容。此特定示例適用於。
ESP32使用不同的I2C引腳(更改默認I2C引腳)
使用ESP32,您幾乎可以將任何引腳設置為具有I2C功能,您只需要在代碼中進行設置即可。
將ESP32與Arduino IDE配合使用時,請使用Wire.h庫與使用I2C的設備進行通信。使用此庫,您可以按以下方式初始化I2C:
Wire.begin(I2C_SDA, I2C_SCL);
因此,您只需要在I2C_SDA和I2C_SCL變量上設置所需的SDA和SCL GPIO 。
但是,如果您使用庫與這些傳感器進行通信,則這可能無法正常工作,選擇其他引腳可能會有些棘手。發生這種情況是因為,如果在初始化庫時不傳遞自己的Wire實例,這些庫可能會覆蓋您的引腳。
在這種情況下,您需要仔細查看.cpp庫文件,並瞭解如何傳遞自己的TwoWire參數。
例如,如果您仔細看一下,您會發現可以將自己的TwoWire傳遞給begin()方法。
因此,使用其他引腳(例如,GPIO 33作為SDA和GPIO 32作為SCL)從BME280讀取示例程序如下。
#include
#include
#include
#define I2C_SDA 33
#define I2C_SCL 32
#define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25)
TwoWire I2CBME = TwoWire(0);
Adafruit_BME280 bme;
unsigned long delayTime;
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println(F("BME280 test"));
I2CBME.begin(I2C_SDA, I2C_SCL, 100000);
bool status;
status = bme.begin(0x76, &I2CBME);
if (!status) {
Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!");
while (1);
}
Serial.println("-- Default Test --");
delayTime = 1000;
Serial.println();
}
void loop() {
printValues();
delay(delayTime);
}
void printValues() {
Serial.print("Temperature = ");
Serial.print(bme.readTemperature());
Serial.println(" *C");
Serial.print("Pressure = ");
Serial.print(bme.readPressure() / 100.0F);
Serial.println(" hPa");
Serial.print("Approx. Altitude = ");
Serial.print(bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA));
Serial.println(" m");
Serial.print("Humidity = ");
Serial.print(bme.readHumidity());
Serial.println(" %");
Serial.println();
}
讓我們看一下使用其他I2C引腳的相關部分。
首先,在I2C_SDA和I2C_SCL變量上定義新的I2C引腳。在這種情況下,我們使用的是GPIO 33和GPIO 32。
#define I2C_SDA 33
#define I2C_SCL 32
創建一個新的TwoWire實例。在這種情況下,它稱為I2CBME。這只是創建一個I2C總線。
TwoWire I2CBME = TwoWire(0);
在setup()中,使用您先前定義的引腳初始化I2C通信。第三個參數是時鐘頻率。
I2CBME.begin(I2C_SDA, I2C_SCL, 400000);
最後,用您的傳感器地址和TwoWire對象初始化一個BME280對象。
status = bme.begin(0x76, &I2CBME);
之後,您可以對bme對象使用常規方法來請求溫度,溼度和壓力。
注意:如果您使用的庫在其文件中使用諸如wire.begin()之類的語句,則可能需要註釋該行,以便可以使用自己的引腳。
具有多個I2C器件的ESP32
如前所述,每個I2C設備都有其自己的地址,因此可能在同一總線上具有多個I2C設備。
多個I2C設備(相同的總線,不同的地址)
當我們有多個具有不同地址的設備時,如何設置它們很簡單:
看下面的示例,該示例從BME280傳感器(通過I2C)獲取傳感器讀數,並將結果顯示在I2C OLED顯示器上。
#include
#include
#include
#include
#include
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);
Adafruit_BME280 bme;
void setup() {
Serial.begin(115200);
if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
for(;;);
}
bool status = bme.begin(0x76);
if (!status) {
Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!");
while (1);
}
delay(2000);
display.clearDisplay();
display.setTextColor(WHITE);
}
void loop() {
display.clearDisplay();
display.setTextSize(1);
display.setCursor(0,0);
display.print("Temperature: ");
display.setTextSize(2);
display.setCursor(0,10);
display.print(String(bme.readTemperature()));
display.print(" ");
display.setTextSize(1);
display.cp437(true);
display.write(167);
display.setTextSize(2);
display.print("C");
display.setTextSize(1);
display.setCursor(0, 35);
display.print("Humidity: ");
display.setTextSize(2);
display.setCursor(0, 45);
display.print(String(bme.readHumidity()));
display.print(" %");
display.display();
delay(1000);
}
由於OLED和BME280具有不同的地址,因此我們可以使用相同的SDA和SCL線,而不會出現任何問題。OLED顯示地址為0x3C,BME280地址為0x76。
if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
for(;;);
}
bool status = bme.begin(0x76);
if (!status) {
Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!");
while (1);
}
多個I2C設備(相同地址)
但是,如果您有多個具有相同地址的外設怎麼辦?例如,多個OLED顯示器或多個BME280傳感器?有幾種解決方案。
更改I2C地址
許多分線板都可以選擇根據其電路更改I2C地址。例如,看下面的OLED顯示器。
通過將電阻器放在一側或另一側,可以選擇不同的I2C地址。其他組件也會發生這種情況。
使用I2C多路複用器
但是,在前面的示例中,這僅允許您在同一總線上具有兩個I2C顯示器:一個具有0x3C地址,另一個具有0x3D地址。
此外,有時更改I2C地址並非易事。因此,為了在同一I2C總線中擁有多個具有相同地址的設備,您可以使用I2C多路複用器,如TCA9548A,它允許您與多達8個具有相同地址的設備進行通信。
ESP32使用兩個I2C總線接口
要使用ESP32的兩個I2C總線接口,您需要創建兩個TwoWire實例。
TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1)
然後,以所需的頻率在所需的引腳上初始化I2C通信。
void setup() {
I2Cone.begin(SDA_1, SCL_1, freq1);
I2Ctwo.begin(SDA_2, SCL_2, freq2);
}
然後,您可以使用Wire.h庫中的方法與I2C總線接口進行交互。
一個更簡單的替代方法是使用預定義的Wire()和Wire1()對象。Wire()。begin()使用默認引腳和默認頻率在第一條I2C總線上創建I2C通信。對於Wire1.begin(),您應該傳遞所需的SDA和SCL引腳以及頻率。
setup(){
Wire.begin();
Wire1.begin(SDA_2, SCL_2, freq);
}
這種方法允許您使用兩條I2C總線,其中一條使用默認參數。
為了更好地瞭解其工作原理,我們來看一個簡單的示例,該示例從兩個BME280傳感器讀取溫度,溼度和壓力。
每個傳感器都連接到不同的I2C總線。
· I2C總線1:使用GPIO 27(SDA)和GPIO 26(SCL);
· I2C總線2:使用GPIO 33(SDA)和GPIO 32(SCL);
#include
#include
#include
#define SDA_1 27
#define SCL_1 26
#define SDA_2 33
#define SCL_2 32
TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1);
Adafruit_BME280 bme1;
Adafruit_BME280 bme2;
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println(F("BME280 test"));
I2Cone.begin(SDA_1, SCL_1, 100000);
I2Ctwo.begin(SDA_2, SCL_2, 100000);
bool status1 = bme1.begin(0x76, &I2Cone);
if (!status1) {
Serial.println("Could not find a valid BME280_1 sensor, check wiring!");
while (1);
}
bool status2 = bme2.begin(0x76, &I2Ctwo);
if (!status2) {
Serial.println("Could not find a valid BME280_2 sensor, check wiring!");
while (1);
}
Serial.println();
}
void loop() {
Serial.print("Temperature from BME1= ");
Serial.print(bme1.readTemperature());
Serial.println(" *C");
Serial.print("Humidity from BME1 = ");
Serial.print(bme1.readHumidity());
Serial.println(" %");
Serial.print("Pressure from BME1 = ");
Serial.print(bme1.readPressure() / 100.0F);
Serial.println(" hPa");
Serial.println("--------------------");
Serial.print("Temperature from BME2 = ");
Serial.print(bme2.readTemperature());
Serial.println(" *C");
Serial.print("Humidity from BME2 = ");
Serial.print(bme2.readHumidity());
Serial.println(" %");
Serial.print("Pressure from BME2 = ");
Serial.print(bme2.readPressure() / 100.0F);
Serial.println(" hPa");
Serial.println("--------------------");
delay(5000);
}
讓我們看一下使用兩個I2C總線接口的相關部分。
定義要使用的SDA和SCL引腳:
#define SDA_1 27
#define SCL_1 26
#define SDA_2 33
#define SCL_2 32
創建兩個TwoWire對象(兩個I2C總線接口):
TwoWire I2Cone = TwoWire(0);
TwoWire I2Ctwo = TwoWire(1);
創建Adafruit_BME280庫的兩個實例以與您的傳感器進行交互:bme1和bme2。
Adafruit_BME280 bme1;
Adafruit_BME280 bme2;
在定義的引腳和頻率上初始化I2C通信:
I2Cone.begin(SDA_1, SCL_1, 100000);
I2Ctwo.begin(SDA_2, SCL_2, 100000);
然後,應使用正確的地址和I2C總線初始化bme1和bme2對象。bme1使用I2Cone:
bool status = bme1.begin(0x76, &I2Cone);
而bme2用途I2Ctwo:
bool status1 = bme2.begin(0x76, &I2Ctwo);
現在,您可以在bme1和bme2對象上使用Adafruit_BME280庫中的方法來讀取溫度,溼度和壓力。
另一種選擇
為了簡單起見,可以使用預定義的Wire()和Wire1()對象:
· Wire():在默認引腳GPIO 21(SDA)和GPIO 22(SCL)上創建I2C總線
· Wire1(SDA_2,SCL_2,freq):以所需的頻率在定義的SDA_2和SCL_2引腳上創建I2C總線。
這是相同的示例,但是使用此方法。現在,您的一個傳感器使用默認引腳,另一個傳感器使用GPIO 32和GPIO 33。
#include
#include
#include
#define SDA_2 33
#define SCL_2 32
Adafruit_BME280 bme1;
Adafruit_BME280 bme2;
void setup() {
Serial.begin(115200);
Serial.println(F("BME280 test"));
Wire.begin();
Wire1.begin(SDA_2, SCL_2);
bool status1 = bme1.begin(0x76);
if (!status1) {
Serial.println("Could not find a valid BME280_1 sensor, check wiring!");
while (1);
}
bool status2 = bme2.begin(0x76, &Wire1);
if (!status2) {
Serial.println("Could not find a valid BME280_2 sensor, check wiring!");
while (1);
}
Serial.println();
}
void loop() {
Serial.print("Temperature from BME1= ");
Serial.print(bme1.readTemperature());
Serial.println(" *C");
Serial.print("Humidity from BME1 = ");
Serial.print(bme1.readHumidity());
Serial.println(" %");
Serial.print("Pressure from BME1 = ");
Serial.print(bme1.readPressure() / 100.0F);
Serial.println(" hPa");
Serial.println("--------------------")
Serial.print("Temperature from BME2 = ");
Serial.print(bme2.readTemperature());
Serial.println(" *C");
Serial.print("Humidity from BME2 = ");
Serial.print(bme2.readHumidity());
Serial.println(" %");
Serial.print("Pressure from BME2 = ");
Serial.print(bme2.readPressure() / 100.0F);
Serial.println(" hPa");
Serial.println("--------------------");
delay(5000);
}
您應該在串口監視器上同時獲得兩個傳感器的讀數。
在本教程中,您瞭解了有關ESP32的I2C通信協議的更多信息。希望對您有幫助。