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快资讯：ESP32 I2C 总线主模式通信程序

来源：博客园

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。

  1. 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/123673285

  2. I2C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.htmlI2C总线仲裁机制：https://blog.csdn.net/lpwsw/article/details/121778724


    (相关资料图)

  3. I2C 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。

  1. 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;}

  2. 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;}

  3. 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 __cplusplusextern "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;}#endifesp_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/123673285I2C总线仲裁机制：https://www.cnblogs.com/yuanqiangfei/p/15781416.htmlI2C总线仲裁机制：https://blog.csdn.net/lpwsw/article/details/121778724

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