ESP32 I2C 总线主模式通信程序
一、概述
这里主要是记录 ESP32 中进行 I2C 通行的基本程序，也可以说是 I2C 总线驱动程序，当然这里只是作为主模式，从模式我还没需要这个需求，以后有机会贴上。此笔记的主要目的是防止以后写 I2C 通信时，忘记代码而记录的，需要的小伙伴可以收藏一下。
I2C 通信原理
在了解程序之前需要先了解 I2C 的通信原理，这里我就不记录了，网上有很多大佬已经完成了这个事，下面是两位大佬的博客，可以参考一下。
一文搞懂I2C通信：https://zhuanlan.zhihu.com/p/282949543
一文搞懂I2C通信总线：https://blog.csdn.net/m0_38106923/article/details/123673285I2C总线仲裁机制
通过了解 I2C 通信原理后，可以知道 I2C 支持 一主多从和多主多从 的通行方式，这里需要注意一下多主多从模式，需要了解一下 I2C 的仲裁机制，有需要的可以看下面两位大佬的博客。
I2C总线仲裁机制：https://www.cnblogs.com/yuanqiangfei/p/15781416.html
I2C总线仲裁机制：https://blog.csdn.net/lpwsw/article/details/121778724I2C 遵循3个机制
“线与”机制：
多主机时，总线具有“线与”的逻辑功能，即只要有一个节点发送低电平时，总线上就表现为低电平。SDA回读机制
总线被启动后，多个主机在每发送一个数据位时都要对自己的输出电平进行检测，只要检测的电平与自己发出的电平一致，就会继续占用总线。低电平优先机制
由于线与的存在，当多主机发送时，谁先发送低电平谁就会掌握对总线的控制权。
二、I2C程序分析
一般总线的驱动程序，多数是两个套路，首先初始化，然后完成读写功能即可。
初始化
这里的初始化，主要是配置 I2C 的功能定义，见代码分析esp_err_t esp32_i2c_init()
{
// 初始化I2C配置
i2c_config_t i2c_config=
{
.mode = I2C_MODE_MASTER, // 设置i2c模式
.sda_io_num = I2c_SDA_IO, // 设置SDA引脚
.scl_io_num = I2c_SCL_IO, // 设置SCL引脚
.sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE, // 设置上拉使能
.scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE, // 设置上拉使能
.master.clk_speed = I2C_MASTER_FREQ_HZ, // 设置时钟频率400kbit
};
// 设置I2C
i2c_param_config(I2c_NUM,&i2c_config);
// 注册I2C服务及使能
esp_err_t err = i2c_driver_install(I2c_NUM, i2c_config.mode, 0, 0, 0);
return err;
}
I2C 的读取程序
首先看看怎么读取一个字节数据static esp_err_t i2c_read8(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t* read_data)
{
esp_err_t err = 0; /* 写地址 */
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); // 新建操作I2C句柄
i2c_master_start(cmd); // 启动I2C
i2c_master_write_byte(cmd, ( TCS34725_address << 1 ) | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN); // 发送地址+写+检查ack
i2c_master_write_byte(cmd, reg_addr, ACK_CHECK_EN); // 发送ID寄存器地址
i2c_master_stop(cmd); // 关闭发送I2C
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd); /* 读取数据 */
cmd = i2c_cmd_link_create();
i2c_master_start(cmd);
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_READ, ACK_CHECK_EN);
i2c_master_read_byte(cmd, read_data, NACK_VAL);
i2c_master_stop(cmd);
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd);
return err;
}读取两个字节数据
static esp_err_t i2c_read16(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint16_t* read_data)
{
esp_err_t err = 0;
uint8_t read_data_h, read_data_l;
/* 写地址 */
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); // 新建操作I2C句柄
i2c_master_start(cmd); // 启动I2C
i2c_master_write_byte(cmd, ( TCS34725_address << 1 ) | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN); // 发送地址+写+检查ack
i2c_master_write_byte(cmd, reg_addr, ACK_CHECK_EN); // 发送ID寄存器地址
i2c_master_stop(cmd); // 关闭发送I2C
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd); /* 读取数据 */
cmd = i2c_cmd_link_create();
i2c_master_start(cmd);
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_READ, ACK_CHECK_EN);
i2c_master_read_byte(cmd, &read_data_l, ACK_VAL);
i2c_master_read_byte(cmd, &read_data_h, NACK_VAL);
i2c_master_stop(cmd);
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd);
*read_data = read_data_h << 8 | read_data_l;
return err;
}读取多个字节
是不是发现像上面这样读取比较麻烦，不利于代码的复用，下面是一个读取函数搞定 I2C 的读取需求static esp_err_t i2c_read(uint8_t dev_addr, uint8_t* data_rd, size_t size)
{
esp_err_t err;
if (size == 0) {
return ESP_OK;
}
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
i2c_master_start(cmd);
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_READ, ACK_CHECK_EN);
if (size > 1) {
i2c_master_read(cmd, data_rd, size - 1, ACK_VAL);
}
i2c_master_read_byte(cmd, data_rd + size - 1, NACK_VAL);
i2c_master_stop(cmd);
/* I2C 发送函数 */
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd);
return err;
}
I2C的写程序
写一个字节数据static esp_err_t i2c_write8(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t write_data)
{
esp_err_t err = 0;
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); // 新建操作I2C句柄
i2c_master_start(cmd); // 启动I2C
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN); // 发送地址+写+检查ack
i2c_master_write_byte(cmd, reg_addr, ACK_CHECK_EN); // 发送ID寄存器地址
i2c_master_write_byte(cmd, write_data, ACK_CHECK_EN); // 将数据写入寄存器中
i2c_master_stop(cmd); // 关闭发送I2C
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd); // 删除句柄
return err;
}
写多个字节
static esp_err_t i2c_write(uint8_t dev_addr, uint8_t* write_data, size_t size)
{
esp_err_t err;
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); // 新建操作I2C句柄
i2c_master_start(cmd); // 启动I2C
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN); // 发送地址+写+检查ack
i2c_master_write(cmd, write_data, size, ACK_CHECK_EN); // 发送ID寄存器地址
i2c_master_stop(cmd); // 关闭发送I2C
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 100/portTICK_PERIOD_MS); // I2C 发送函数
i2c_cmd_link_delete(cmd); // 删除句柄
return err;
}
三、程序源码
头文件
/**
* @file esp32_i2c_drive.h
*
*/
#ifndef _ESP32_I2C_DRIVE_H_
#define _ESP32_I2C_DRIVE_H_
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*********************
* INCLUDES
*********************/
#include "driver/i2c.h"
/*********************
* DEFINES
*********************/
#define CODE_SIMPLIFY // I2C 驱动代码精简模式
// I2C配置
#define I2c_SDA_IO (21)
#define I2c_SCL_IO (22)
#define I2c_NUM (I2C_NUM_0)
#define I2C_MASTER_FREQ_HZ (400000)
#define ACK_CHECK_EN (0x1) // 主机检查从机的ACK
#define ACK_CHECK_DIS (0x0)
#define ACK_VAL (0x0) // 主机读取时的应答信号
#define NACK_VAL (0x1)
/**********************
* TYPEDEFS
**********************/
/**********************
* GLOBAL PROTOTYPES
**********************/
esp_err_t esp32_i2c_init();
esp_err_t esp32_i2c_write8(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t write_data);
esp_err_t esp32_i2c_read8(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t* read_data);
esp_err_t esp32_i2c_read16(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint16_t* read_data);
// esp_err_t esp32_i2c_write(uint8_t* write_data, size_t size);
// esp_err_t esp32_i2c_read(uint8_t* data_rd, size_t size);
/**********************
* MACROS
**********************/
#ifdef __cplusplus
} /* extern "C" */
#endif
#endif /* _ESP32_I2C_DRIVE_H_ */
源文件
#include "esp32_i2c_drive.h"
#include "TCS34725.h"
/***************************************************************
文件名 : esp32_i2c_drive.c
作者 : jiaozhu
版本 : V1.0
描述 : esp32_i2c_drive esp32的i2c驱动文件。
其他 : 无
日志 : 初版 V1.0 2022/12/30
***************************************************************/
/**
* @brief 初始化I2C
*
* @return esp_err_t 初始化成功返回 0
*/
esp_err_t esp32_i2c_init()
{
// 初始化I2C配置
i2c_config_t i2c_config=
{
.mode = I2C_MODE_MASTER, // 设置i2c模式
.sda_io_num = I2c_SDA_IO, // 设置SDA引脚
.scl_io_num = I2c_SCL_IO, // 设置SCL引脚
.sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE, // 设置上拉使能
.scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE, // 设置上拉使能
.master.clk_speed = I2C_MASTER_FREQ_HZ, // 设置时钟频率400kbit
};
// 设置I2C
i2c_param_config(I2c_NUM,&i2c_config);
// 注册I2C服务及使能
esp_err_t err = i2c_driver_install(I2c_NUM, i2c_config.mode, 0, 0, 0);
return err;
}
#if defined(CODE_SIMPLIFY)
/**
* @brief 通过I2C写入多个数据
*
* @param write_data 数据地址，类型为 [寄存器地址] [数据地址] [寄存器地址] [数据地址] ......
* @param size 写入的数据长度
* @return esp_err_t 操作成功返回 0
*/
static esp_err_t i2c_write(uint8_t dev_addr, uint8_t* write_data, size_t size)
{
esp_err_t err;
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); // 新建操作I2C句柄
i2c_master_start(cmd); // 启动I2C
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN); // 发送地址+写+检查ack
i2c_master_write(cmd, write_data, size, ACK_CHECK_EN); // 发送ID寄存器地址
i2c_master_stop(cmd); // 关闭发送I2C
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 100/portTICK_PERIOD_MS); // I2C 发送函数
i2c_cmd_link_delete(cmd); // 删除句柄
return err;
}
/**
* @brief 通过I2C读取设备数据，但是需要配合 i2c_write 使用才能读取
*
* @param data_rd 数据存储地址
* @param size 需要读取的数据长度
* @return esp_err_t 操作成功返回 0
*/
static esp_err_t i2c_read(uint8_t dev_addr, uint8_t* data_rd, size_t size)
{
esp_err_t err;
if (size == 0) {
return ESP_OK;
}
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
i2c_master_start(cmd);
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_READ, ACK_CHECK_EN);
if (size > 1) {
i2c_master_read(cmd, data_rd, size - 1, ACK_VAL);
}
i2c_master_read_byte(cmd, data_rd + size - 1, NACK_VAL);
i2c_master_stop(cmd);
/* I2C 发送函数 */
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd);
return err;
}
#else
/**
* @brief 往 I2C 中写入一个8位的数据
*
* @param dev_addr 设备地址
* @param reg_addr 寄存机地址
* @param write_data 需要写入的数据
* @return esp_err_t 无错误时返回 0
*/
static esp_err_t i2c_write8(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t write_data)
{
esp_err_t err = 0;
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); // 新建操作I2C句柄
i2c_master_start(cmd); // 启动I2C
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN); // 发送地址+写+检查ack
i2c_master_write_byte(cmd, reg_addr, ACK_CHECK_EN); // 发送ID寄存器地址
i2c_master_write_byte(cmd, write_data, ACK_CHECK_EN); // 将数据写入寄存器中
i2c_master_stop(cmd); // 关闭发送I2C
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd); // 删除句柄
return err;
}
/**
* @brief 读取一个8位的数据
*
* @param dev_addr 设备地址
* @param reg_addr 寄存器地址
* @param read_data 数据存储地址
* @return esp_err_t 无错误时返回 0
*/
static esp_err_t i2c_read8(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t* read_data)
{
esp_err_t err = 0;
/* 写地址 */
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); // 新建操作I2C句柄
i2c_master_start(cmd); // 启动I2C
i2c_master_write_byte(cmd, ( TCS34725_address << 1 ) | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN); // 发送地址+写+检查ack
i2c_master_write_byte(cmd, reg_addr, ACK_CHECK_EN); // 发送ID寄存器地址
i2c_master_stop(cmd); // 关闭发送I2C
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd);
/* 读取数据 */
cmd = i2c_cmd_link_create();
i2c_master_start(cmd);
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_READ, ACK_CHECK_EN);
i2c_master_read_byte(cmd, read_data, NACK_VAL);
i2c_master_stop(cmd);
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd);
return err;
}
/**
* @brief 读取一个16位的数据
*
* @param dev_addr 设备地址
* @param reg_addr 寄存器地址
* @param read_data 数据存储地址
* @return esp_err_t 无错误时返回 0
*/
static esp_err_t i2c_read16(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint16_t* read_data)
{
esp_err_t err = 0;
uint8_t read_data_h, read_data_l;
/* 写地址 */
i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create(); // 新建操作I2C句柄
i2c_master_start(cmd); // 启动I2C
i2c_master_write_byte(cmd, ( TCS34725_address << 1 ) | I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN); // 发送地址+写+检查ack
i2c_master_write_byte(cmd, reg_addr, ACK_CHECK_EN); // 发送ID寄存器地址
i2c_master_stop(cmd); // 关闭发送I2C
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd);
/* 读取数据 */
cmd = i2c_cmd_link_create();
i2c_master_start(cmd);
i2c_master_write_byte(cmd, ( dev_addr << 1 ) | I2C_MASTER_READ, ACK_CHECK_EN);
i2c_master_read_byte(cmd, &read_data_l, ACK_VAL);
i2c_master_read_byte(cmd, &read_data_h, NACK_VAL);
i2c_master_stop(cmd);
err = i2c_master_cmd_begin(I2c_NUM, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
i2c_cmd_link_delete(cmd);
*read_data = read_data_h << 8 | read_data_l;
return err;
}
#endif
esp_err_t esp32_i2c_write8(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t write_data)
{
#if defined(CODE_SIMPLIFY)
uint8_t write_buf[2];
write_buf[0] = reg_addr;
write_buf[1] = write_data;
return i2c_write(dev_addr, write_buf, 2);
#else
return i2c_write8(dev_addr, reg_addr, write_data);
#endif
}
esp_err_t esp32_i2c_read8(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint8_t* read_data)
{
#if defined(CODE_SIMPLIFY)
esp_err_t err = 0;
err = i2c_write(dev_addr, ®_addr, 1);
err = i2c_read(dev_addr, read_data, 1);
return err;
#else
return i2c_read8(dev_addr, reg_addr, read_data);
#endif
}
esp_err_t esp32_i2c_read16(uint8_t dev_addr, uint8_t reg_addr, uint16_t* read_data)
{
#if defined(CODE_SIMPLIFY)
uint8_t buf[2];
esp_err_t err = 0;
err = i2c_write(dev_addr, ®_addr, 1);
err = i2c_read(dev_addr, buf, 2);
*read_data = buf[1] << 8 | buf[0];
return err;
#else
return i2c_read16(dev_addr, reg_addr, read_data);
#endif
}
注意：到此笔记已经结束了，上面程序各位可以直接拿去使用，但是拒绝商用，出现任何问题概不负责。
参考链接
一文搞懂I2C通信：https://zhuanlan.zhihu.com/p/282949543
一文搞懂I2C通信总线：https://blog.csdn.net/m0_38106923/article/details/123673285
I2C总线仲裁机制：https://www.cnblogs.com/yuanqiangfei/p/15781416.html
I2C总线仲裁机制：https://blog.csdn.net/lpwsw/article/details/121778724
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