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ESP32学习笔记（十）——I2C通信

news 2026/5/12 3:12:01

注:使用VSCode中的ESP-IDF插件进行开发，笔记基于B站ＵＰ主艾谷科技的视频教程

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目录

一、I2C通信简介

二、硬件电路

三、I2C通信

ESP32S3的I2C外设资源

四、I2C外设工作流程

读写命令的格式需要对照芯片手册并使用下列函数进行编写

五、BH1750模块

六、建立工程项目

(1).复制工程文件夹

(2).在VSCode中打开新的工程文件夹

(3).在components中的CMakeList文件中添加IIC、BH1750文件路径

(4).编写iic.c文件

(5).编写iic.h文件

（6）.编写bh1750.c文件

（7）.编写bh1750.h文件

(8).编写main.c文件

(9).编译

(10).连接电路

(11).下载并运行

一、I2C通信简介

  • I2C/IIC(Inter IC Bus)是由飞利浦公司开发的一种通用数据总线
  • 两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）
  • 同步、半双工
  • 带数据应答
  • 总线挂载多设备（一主多从、多主多从）

二、硬件电路

  • 所有的I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起
  • 设备的SCL和SDA均要配置为开漏输出模式，该模式可以避免短路的问题
  • SCL、SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7k Ω左右

三、I2C通信

  • 起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平
  • 终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

  • 发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节的数据

  • 发送应答：主机在接收完一个字节的数据后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答
  • 接收应答：主机在接收完一个字节的数据后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

I2C时序

  • 地址字节：当主机想要进行写操作时，地址字节是在从机设备地址末尾+0，即从机设备地址左移一位；当主机想要进行读操作时，地址字节是在从机设备地址末尾+1，即从机设备地址左移一位后+1

ESP32S3的I2C外设资源

  • ESP32S3内部集成两个I2C控制器，负责处理I2C总线上的通信
  • 支持主机模式、从机模式
  • 支持7/位10位地址模式
  • 支持不同的通信速度，标准速度（100kHz）、快速（400kHz）
  • ESP32S3硬件I2C资源：I2C0、I2C1

四、I2C外设工作流程

i2c_param_config(i2c_port_t i2c_num, const i2c_config_t *i2c_conf);

  • i2c_num：I2C端口号
  • i2c_conf：结构体指针，创建新的结构体，并引出所有结构体成员

i2c_config_t i2c_structure = {

.clk_flags = , //配置时钟源

.master.clk_speed = , //配置I2C时钟线通信速度，且为结构体形式需要引出结构体成员，可配置为10000和40000

.mode = , //I2C通信模式，有主机模式和从机模式两种，一般选择主机模式

.scl_io_num = , //SCL的IO引脚

.scl_pullup_en = , //SCL引脚内部上拉电阻使能，有外部上拉可以不使能，但无外部上拉电阻时必须使能

.sda_io_num = , ///SDA的IO引脚

.sda_pullup_en = , //SDA引脚内部上拉电阻使能

.slave = , //当I2C设置为从机模式时，配置该结构体，配置相应的从机参数

};

i2c_driver_install(i2c_port_t i2c_num, i2c_mode_t mode, size_t slv_rx_buf_len, size_t slv_tx_buf_len, int intr_alloc_flags);

  • i2c_num：I2C端口号
  • mode：选则I2C模式
  • slv_rx_buf_len：用于从机模式的接收缓存区大小，此处不使用，直接配置为0
  • slv_tx_buf_len：用于从机模式的发送缓存区大小，此处不使用，直接配置为0
  • intr_alloc_flags：中断标志位，此处不使用，直接配置为0

读写命令的格式需要对照芯片手册并使用下列函数进行编写

i2c_cmd_link_create(void); 该函数用于返回命令链句柄

i2c_master_start(i2c_cmd_handle_t cmd_handle)在命令链中存入起始命令

i2c_master_write_byte(i2c_cmd_handle_t cmd_handle, uint8_t data, bool ack_en)

  • cmd_handle：命令链句柄
  • data：传输的命令
  • ack_en：应答位

i2c_master_read_byte(i2c_cmd_handle_t cmd_handle, uint8_t *data, i2c_ack_type_t ack);

  • cmd_handle：命令链句柄
  • data：读取到的数据存放的地址
  • ack：应答位

i2c_master_stop(i2c_cmd_handle_t cmd_handle)在命令链中存入停止命令

i2c_master_cmd_begin(i2c_port_t i2c_num, i2c_cmd_handle_t cmd_handle, TickType_t ticks_to_wait)

  • i2c_num：I2C端口号
  • cmd_handle：命令链句柄
  • ticks_to_wait：超时等待时间

i2c_cmd_link_delete(i2c_cmd_handle_t cmd_handle);用于销毁命令链

五、BH1750模块

  • BH1750是一款适用于I2C总线接口的数字环境光强传感器
  • 适用于获取环境光数据，用于后续的光强调控
  • 检测光照强度分辨率：1~65535勒克斯
  • 支持标准I2C（100kHz）、快速I2C（400kHz）

六、建立工程项目

(1).复制工程文件夹

复制LED的工程文件夹,并改名为IICBH1750，在components文件夹下创建新的文件夹并取名iic、bh1750,在iic、bh1750文件夹中创建相应的.c、.h文件。

(2).在VSCode中打开新的工程文件夹

打开工程文件后,先点击垃圾桶按钮清理之前编译程序产生的中间文件,清理完成后再进行编译。

(3).在components中的CMakeList文件中添加IIC、BH1750文件路径

(4).编写iic.c文件

#include "iic.h" #include "driver/gpio.h" #include "driver/i2c.h" void iic_init(void) { i2c_config_t i2c_structure = { .clk_flags = 0, .master.clk_speed = 100000, .mode = I2C_MODE_MASTER, .scl_io_num = GPIO_NUM_4, .scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE, .sda_io_num = GPIO_NUM_5, .sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE, }; i2c_param_config(I2C_NUM_0, &i2c_structure); i2c_driver_install(I2C_NUM_0, I2C_MODE_MASTER, 0, 0, 0); }

(5).编写iic.h文件

##ifndef __MYIIC_H_ #define __MYIIC_H_ void iic_init(void); #endif

（6）.编写bh1750.c文件

#include "bh1750.h" #include "freertos/FreeRTOS.h" #include "freertos/task.h" #include "driver/gpio.h" #include "driver/i2c.h" #include "iic.h" void bh1750_send_cmd(uint8_t cmd_data) { i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); //创建空的命令链条 i2c_master_start(cmd); i2c_master_write_byte(cmd, bh1750_write_addr, true); i2c_master_write_byte(cmd, cmd_data, true); i2c_master_stop(cmd); i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, cmd, 1000); //该函数为开启控制开关,命令链自动生成数据帧 // 第三个参数为最大通信时间 i2c_cmd_link_delete(cmd); //使用完成后删除命令链 } uint16_t bh1750_read_data(void) { uint8_t light_high = 0, light_low = 0; i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); i2c_master_start(cmd); i2c_master_write_byte(cmd, bh1750_read_addr, true); i2c_master_read_byte(cmd, &light_high, I2C_MASTER_ACK); i2c_master_read_byte(cmd, &light_low, I2C_MASTER_NACK); i2c_master_stop(cmd); i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, cmd, 1000); i2c_cmd_link_delete(cmd); return light_high<<8 | light_low; } void bh1750_init(void) { iic_init(); //初始化I2C bh1750_send_cmd(PowerOn); //将BH1750设置为上电模式 bh1750_send_cmd(Continuous_HResolutionMode_1); //将BH1750设置为连续模式 vTaskDelay(200); //初次切换为连续模式时,需要等待最大180ms }

（7）.编写bh1750.h文件

  • 根据芯片手册编写
#ifndef __BH1750_H_ #define __BH1750_H_ #include <stdint.h> #define bh1750_write_addr 0x46 #define bh1750_read_addr 0x47 #define PowerDown 0x00 #define PowerOn 0x01 #define Reset 0x07 #define Continuous_HResolutionMode_1 0x10 #define Continuous_HResolutionMode_2 0x11 #define Continuous_LResolutionMode 0x13 #define OneShot_HResolutionMode_1 0x20 #define OneShot_HResolutionMode_2 0x21 #define OneShot_LResolutionMode 0x23 void bh1750_send_cmd(uint8_t cmd_data); uint16_t bh1750_read_data(void); void bh1750_init(void); #endif

(8).编写main.c文件

#include <stdio.h> #include "freertos/FreeRTOS.h" #include "freertos/task.h" #include "driver/gpio.h" #include "bh1750.h" float light = 0; void app_main(void) { lcd_init(); bh1750_init(); while(1) { light = (float)bh1750_read_data() / 1.2; printf("light:%f\r\n",light); vTaskDelay(1000); } }

(9).编译

(10).连接电路

(11).下载并运行

窗口每秒打印一次光照强度信息

http://www.jsqmd.com/news/467452/

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