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ESP32学习-I2C（IIC）通信详解与实践

news 2025/8/4 6:11:08

I2C（又称 IIC）是嵌入式开发中最常见的通信协议之一，广泛应用于传感器、显示屏、存储芯片等设备。ESP32 提供了灵活的 I2C 硬件接口，今天我们就来深入学习 I2C 的基本概念、使用流程及 ESP32 实践。

一、基本概念

✅ 什么是 I2C？

I2C（Inter-Integrated Circuit） 是一种由 Philips（飞利浦）发明的串行通信协议，用于主控与多个从设备之间的数据通信。它具有以下特点：

特性	说明
通信方式	串行通信（同步）
连接方式	只需两根信号线：SCL（时钟）和 SDA（数据）
主从结构	一个主控（如 ESP32）控制多个从设备
唯一地址	每个从设备有唯一的 7 位或 10 位地址
半双工通信	数据是双向的，但一次只能一个方向传输

❓ I2C 与 SPI 的区别

对比项	I2C	SPI
信号线	2 根（SDA, SCL）	4 根（MOSI, MISO, SCLK, CS）
速率	一般 100kHz~400kHz	更高，几 MHz 甚至几十 MHz
结构	多主多从	通常为一主多从（点对点）
成本	引脚少，布线简单	引脚多，布线复杂
应用场景	简单控制/低速设备，如传感器	高速传输，如屏幕、Flash

二、使用流程（ESP32 I2C 主机模式）

ESP32 的 I2C 驱动使用 主设备模式（Master） 最多可挂载两个 I2C 接口（I2C_NUM_0 和 I2C_NUM_1），流程如下：

配置 I2C 接口参数（GPIO、速率等）
安装 I2C 驱动
使用 i2c_master_write / read 等函数读写设备
完成通信后可卸载驱动（可选）

三、I2C 端口配置

ESP32 的 I2C 引脚是可选的（不是固定的），你可以选择任意空闲 GPIO 作为 SDA 和 SCL，只要设备支持。

例如我们选：

SDA：GPIO21
SCL：GPIO22

#include "driver/i2c.h"#define I2C_MASTER_NUM              I2C_NUM_0   // 使用 I2C0
#define I2C_MASTER_SDA_IO           21
#define I2C_MASTER_SCL_IO           22
#define I2C_MASTER_FREQ_HZ          400000      // 400kHz
#define I2C_MASTER_TX_BUF_DISABLE   0
#define I2C_MASTER_RX_BUF_DISABLE   0void i2c_master_init()
{i2c_config_t conf = {.mode = I2C_MODE_MASTER,.sda_io_num = I2C_MASTER_SDA_IO,.scl_io_num = I2C_MASTER_SCL_IO,.sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,  // 上拉电阻开启.scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,.master.clk_speed = I2C_MASTER_FREQ_HZ};i2c_param_config(I2C_MASTER_NUM, &conf);  // 选定iic控制器为I2C0，再配置对应端口信息i2c_driver_install(I2C_MASTER_NUM, conf.mode,I2C_MASTER_RX_BUF_DISABLE,I2C_MASTER_TX_BUF_DISABLE, 0);
}

🔍 SDA/SCL 需要接 上拉电阻（如 4.7kΩ），部分板子已内置。

🔧 `I2C_MASTER_RX_BUF_DISABLE` 和 `TX_BUF_DISABLE` 是什么？

这两个宏值为 0，表示：

你不需要缓冲区（你是主机，数据是你主动读写的，不需要控制器中先存一堆数据）
如果你要使用从机模式（I2C_MODE_SLAVE），那就必须配置非零缓冲区长度

💡 一句话总结

i2c_driver_install() 的作用是真正启用 I2C 控制器，它必须在 i2c_param_config() 之后调用，且主机模式下接收/发送缓冲区长度必须设为 0。

四、源代码示例（读写一个设备寄存器）

假设我们有一个从设备地址为 0x68，我们要向其写入一个寄存器，然后再读回来：

#define DEVICE_ADDR  0x68
#define REGISTER_ADDR 0x01// 写一个字节到指定寄存器
esp_err_t i2c_write_byte(uint8_t reg_addr, uint8_t data)
{i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();i2c_master_start(cmd);i2c_master_write_byte(cmd, (DEVICE_ADDR << 1) | I2C_MASTER_WRITE, true);i2c_master_write_byte(cmd, reg_addr, true);i2c_master_write_byte(cmd, data, true);i2c_master_stop(cmd);esp_err_t ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_MASTER_NUM, cmd,1000 / portTICK_PERIOD_MS);i2c_cmd_link_delete(cmd);return ret;
}// 从指定寄存器读取一个字节
esp_err_t i2c_read_byte(uint8_t reg_addr, uint8_t *data)
{i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();i2c_master_start(cmd);i2c_master_write_byte(cmd, (DEVICE_ADDR << 1) | I2C_MASTER_WRITE, true);i2c_master_write_byte(cmd, reg_addr, true);i2c_master_start(cmd); // 重启i2c_master_write_byte(cmd, (DEVICE_ADDR << 1) | I2C_MASTER_READ, true);i2c_master_read_byte(cmd, data, I2C_MASTER_NACK);i2c_master_stop(cmd);esp_err_t ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_MASTER_NUM, cmd,1000 / portTICK_PERIOD_MS);i2c_cmd_link_delete(cmd);return ret;
}