ESP32学习笔记（17）——I2C接口使用

一、I2C简介

I2C（Inter-Integrated Circuit ,内部集成电路) 总线是一种由飞利浦 Philip 公司开发的串行总线。是两条串行的总线，它由一根数据线（SDA）和一根时钟线（SCL）组成。两条线都需要上拉电阻。I2C 总线上可以接多个 I2C 设备，每个器件都有一个唯一的地址识别。同一时间只能有一个主设备，其他为从设备。通常 MCU 作为主设备控制，外设作为从设备。

ESP32有两个I2C控制器（也称为端口），负责处理I2C总线上的通信。每个I2C控制器都可以作为主机或从机运行。

ESP-IDF 编程指南——I2C

二、API说明

以下 I2C 接口位于 driver/include/driver/i2c.h。

2.1 i2c_param_config

2.2 i2c_driver_install

2.3 i2c_cmd_link_create

2.4 i2c_master_start

2.5 i2c_master_write_byte

2.6 i2c_master_write

2.7 i2c_master_read_byte

2.8 i2c_master_read

2.9 i2c_master_stop

2.10 i2c_master_cmd_begin

2.11 i2c_cmd_link_delete

三、编程流程

3.1 设置通信参数

要建立I2C通信，请先配置驱动程序。这是通过设置结构的参数来完成的i2c_config_t：

设置I2C操作模式-从机或主机i2c_mode_t
配置通讯引脚
- 为SDA和SCL信号分配GPIO引脚
- 设置是否启用ESP32的内部上拉电路
（仅限主机）设置I2C时钟速度
（仅限从机）配置以下内容
- 是否启用10位地址模式
- 定义从机地址

之后，初始化给定I2C端口的配置。为此，调用函数i2c_param_config()并将端口号和结构传递给该函数i2c_config_t。

配置示例（主机）：

int i2c_master_port = 0;
i2c_config_t conf = {
    .mode = I2C_MODE_MASTER,
    .sda_io_num = I2C_MASTER_SDA_IO,         // select GPIO specific to your project
    .sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
    .scl_io_num = I2C_MASTER_SCL_IO,         // select GPIO specific to your project
    .scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
    .master.clk_speed = I2C_MASTER_FREQ_HZ,  // select frequency specific to your project
    // .clk_flags = 0,          /*!< Optional, you can use I2C_SCLK_SRC_FLAG_* flags to choose i2c source clock here. */
};

配置示例（从机）：

int i2c_slave_port = I2C_SLAVE_NUM;
i2c_config_t conf_slave = {
    .sda_io_num = I2C_SLAVE_SDA_IO,          // select GPIO specific to your project
    .sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
    .scl_io_num = I2C_SLAVE_SCL_IO,          // select GPIO specific to your project
    .scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
    .mode = I2C_MODE_SLAVE,
    .slave.addr_10bit_en = 0,
    .slave.slave_addr = ESP_SLAVE_ADDR,      // address of your project
};

3.2 驱动程序安装

配置I2C驱动程序后，通过i2c_driver_install()使用以下参数调用该函数来安装它：

端口号，来自的两个端口号之一 i2c_port_t
主机或从机，选自 i2c_mode_t
（仅限从机）为发送和接收数据分配的缓冲区大小。由于I2C是以主机为中心的总线，因此，只有在主机请求时，数据才能从从机传输到主机。因此，从设备通常将具有一个发送缓冲区，从设备在其中写入应用程序数据。数据保留在发送缓冲区中，由主机自行决定是否由主机读取。
用于分配中断的标志（请参阅esp_hw_support / include / esp_intr_alloc.h中的ESP_INTR_FLAG_ *值）

3.3 运行I2C通信

安装I2C驱动程序后，ESP32已准备好与其他I2C设备通信。

ESP32的I2C控制器作为主设备负责与I2C从设备建立通信，并发送命令以触发从设备采取行动，例如进行测量并将读数发送回主设备。

为了更好地进行流程组织，驱动程序提供了一个称为“命令链接”的容器，该容器应填充一系列命令，然后传递给I2C控制器以执行。

3.3.1 作为主机通信

主机写
下面的示例显示了如何为I2C主设备构建命令链接，以将n个字节发送给从设备。

使用创建一个命令链接i2c_cmd_link_create()。
然后，用要发送到从站的一系列数据填充它：
1. 起始位-i2c_master_start()
2. 从机地址- i2c_master_write_byte()。提供单字节地址作为此函数调用的参数。
3. 数据-一个或多个字节作为参数i2c_master_write()
4. 停止位-i2c_master_stop()
这两个函数i2c_master_write_byte()和i2c_master_write()具有一个额外的参数指定所述主是否应当确保它已经接收到ACK位。
通过调用触发I2C控制器执行命令链接i2c_master_cmd_begin()。一旦触发执行，就不能修改命令链接。
传输命令后，通过调用释放命令链接使用的资源i2c_cmd_link_delete()。

主机读
下面的示例显示了如何为I2C主机构建命令链接以从从机读取n个字节。

与写入数据相比，第4步中的命令链接不是使用i2c_master_write...函数而是使用i2c_master_read_byte()或i2c_master_read()。同样，配置步骤5中的最后一次读取，以便主机不提供ACK位。
写或读指示
发送从机地址后（请参见上图两个步骤中的步骤3），主机会和从机进行写入或读取。

有关主机实际操作的信息隐藏在从机地址的最低有效位中。

因此，主机发送的用于将数据写入从机的命令链接包含该地址，如下所示：(ESP_SLAVE_ADDR << 1) | I2C_MASTER_WRITE

i2c_master_write_byte(cmd, (ESP_SLAVE_ADDR << 1) | I2C_MASTER_WRITE, ACK_EN);

同样，从从站读取的命令链接如下所示：

i2c_master_write_byte(cmd, (ESP_SLAVE_ADDR << 1) | I2C_MASTER_READ, ACK_EN);

3.3.2 作为从机通信