Arduino主从机之间的I2C通讯实验

　　I2C简介

　　I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件．在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送；如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件．然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下．主机负责产生定时时钟和终止数据传送。

　　I2C工作原理

　　SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）都是双向I/O线，接口电路为开漏输出．需通过上拉电阻接电源VCC．当总线空闲时．两根线都是高电平，连接总线的外同器件都是CMOS器件，输出级也是开漏电路．在总线上消耗的电流很小，因此，总线上扩展的器件数量主要由电容负载来决定，因为每个器件的总线接口都有一定的等效电容．而线路中电容会影响总线传输速度．当电容过大时，有可能造成传输错误．所以，其负载能力为400pF，因此可以估算出总线允许长度和所接器件数量。

　　主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件．在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送；如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件．然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下．主机负责产生定时时钟和终止数据传送。

　　2C总线特点

　　（1）在硬件上，12C总线只需要一根数据线和一根时钟线两根线，总线接口已经集成在芯片内部，不需要特殊的接口电路，而且片上接口电路的滤波器可以滤去总线数据上的毛刺．因此I2C总线简化了硬件电路PCB布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性。因为12C芯片除了这两根线和少量中断线，与系统再没有连接的线，用户常用IC可以很容易形成标准化和模块化，便于重复利用。

　　（2）I2C总线是一个真正的多主机总线，如果两个或多个主机同时初始化数据传输，可以通过冲突检测和仲裁防止数据破坏，每个连接到总线上的器件都有唯一的地址，任何器件既可以作为主机也可以作为从机，但同一时刻只允许有一个主机。数据传输和地址设定由软件设定，非常灵活。总线上的器件增加和删除不影响其他器件正常工作。

　　（3）I2C总线可以通过外部连线进行在线检测，便于系统故障诊断和调试，故障可以立即被寻址，软件也利于标准化和模块化，缩短开发时问。

　　（4）连接到相同总线上的IC数量只受总线最大电容的限制，串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3．4Mbit/s。

　　（5）总线具有极低的电流消耗．抗高噪声干扰，增加总线驱动器可以使总线电容扩大10倍，传输距离达到15m；兼容不同电压等级的器件，工作温度范围宽。

　　Arduino主从机之间的I2C通讯实验

　　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。

　　Arduino通讯命令见网址：http://www.arduino.cc/en/Reference/Wire，我通过这次IIC通讯实验把这10个I2C通讯命令全部应用到了。

　　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：http://arduino.cc/en/Main/Software

　　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，则点亮主机数字端口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。

　　实验全景图：

　　把双Arduino控制器的SCL和SDA以及GND三根引脚用杜邦线相连，如果不是两个Arduino分别独立供电，您就要把双Arduino控制器的VCC也连一起，它们共用一个电源。这次实验就是把这四根线SCL和SDA以及GND、VCC都互连起来了。Arduino的SCL引脚位于模拟端口5，SDA引脚位于模拟端口4。

　　Arduino控制器源于DFRobot官方网址：http://item.taobao.com/item.htm？spm=1101*r1F.1-1mJ7T.3-1MYgQs&id=3136612323

　　注意：由于“单三角括号”里的内容，博客里显示不出来，所以我把头文件声明命令“被迫”进行了修改，以便在博客里看到头文件，例如改成“#include 《Wire.h》”。

　　Arduino主机程序：（包括与I2C通讯相关的命令）

　　/*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 《Wire.h》//声明I2C库文件

　　#define LED 13

　　byte x = 0;//变量x决定LED的亮灭

　　//初始化

　　void setup（）

　　{

　　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）; //发送数据到设备号为4的从机

　　Wire.send（“light is ”）; // 发送字符串“light is ”

　　Wire.send（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） // 当主机接收到从机数据时

　　{

　　byte c = Wire.receive（）; //接收一个字节赋值给c

　　//判断c为1，则点亮LED，否则熄灭LED。

　　if（c==1）

　　{digitalWrite（LED，LOW）;}

　　else

　　{digitalWrite（LED，HIGH）;}

　　}

　　delay（1000）;//延时1s

　　}

　　Arduino从机程序：（包括与I2C通讯相关的命令）

　　/*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 《Wire.h》//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

　　}

　　// 当从机接收到主机字符，执行该事件

　　void receiveEvent（int howMany）

　　{

　　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.receive（）; // 作为字符接收字节

　　Serial.print（c）; // 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.receive（）; // 作为整数接收字节

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

　　}

　　//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.send（ x）; // 响应主机的通知，向主机发送一个字节数据

　　}

　　我通过这次I2C通讯实验把这10个Arduino的I2C通讯命令全部应用到了，仔细看实验程序注释，并实践一次，就可以了解这Arduino控制器的I2C命令如何应用了。

　　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。

　　推荐阅读：arduino读取I2C总线上连接设备的地址