ESP32 I2C通訊詳細說明以及應用程序講解

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：

將I2C設備與ESP32連接

使用ESP32掃描I2C地址

ESP32使用不同的I2C引腳（更改默認I2C引腳）

ESP32使用兩個I2C總線接口

我們將使用Arduino IDE對ESP32進行編程，因此在繼續本教程之前，您應該在Arduino IDE中安裝ESP32插件。

具有多個I2C器件的ESP32

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：

一個主設備有多個從設備：例如，您的ESP32使用I2C從BME280傳感器讀取數據，並將傳感器讀數寫入I2C OLED顯示屏。

多個主設備控制同一個從設備：例如，兩個ESP32板將數據寫入同一I2C OLED顯示器。

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：

標準模式（100 Kbit / s）

快速模式（400 Kbit / s）

高達5 MHz，但受到SDA上拉強度的限制

7位/ 10位尋址模式

雙尋址模式。用戶可以對命令寄存器進行編程以控制I²C接口，從而具有更大的靈活性

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：

將兩個外設都連接到ESP32的SCL和SDA線路;

在代碼中，通過其地址引用每個外圍設備；

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。

更改設備的I2C地址；

使用I2C多路複用器。

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。