Arduino第九课 I2C通信模块
2023-03-17 05:58:23 0 举报物联网 Arduino通信模块，嵌入式通信协议
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大纲/内容
一、教学目标
1. 了解I2C通信协议的基本原理和特点；
2. 能够使用I2C总线进行设备之间的通信；
3. 掌握I2C通信协议的应用场景和实现方法。
二、教学内容
1. I2C通信协议的基本原理和特点
1.1 I2C通信协议的定义和发展历程；
1.2 I2C通信协议的基本原理和特点；
I2C是一种串行通信协议，被广泛应用于各种嵌入式系统和电子设备中，它允许多个设备在同一总线上进行通信。I2C的基本原理是通过两根线（数据线和时钟线）进行通信，其中数据线用于传输数据，时钟线用于同步数据传输。I2C通信协议中的每个设备都有一个唯一的地址，这样可以确保数据被发送到正确的设备。
I2C通信协议的特点之一是它是一种主从式通信协议。这意味着通信总线上有一个主设备，它控制通信的开始和结束，并向从设备发送命令或数据。从设备只能在主设备的请求下发送数据或响应命令。
另一个特点是I2C通信协议具有高度的灵活性和可扩展性。由于它可以支持多个设备，因此可以轻松地将新设备添加到现有的总线上。此外，I2C通信协议支持不同的数据传输速率，这使得它可以适应不同的应用场景和要求。
总的来说，I2C通信协议是一种简单、可靠和灵活的通信协议，它被广泛应用于各种领域，包括电子、计算机和汽车等。
I2C通信协议的特点之一是它是一种主从式通信协议。这意味着通信总线上有一个主设备，它控制通信的开始和结束，并向从设备发送命令或数据。从设备只能在主设备的请求下发送数据或响应命令。
另一个特点是I2C通信协议具有高度的灵活性和可扩展性。由于它可以支持多个设备，因此可以轻松地将新设备添加到现有的总线上。此外，I2C通信协议支持不同的数据传输速率，这使得它可以适应不同的应用场景和要求。
总的来说，I2C通信协议是一种简单、可靠和灵活的通信协议，它被广泛应用于各种领域，包括电子、计算机和汽车等。
1.3 I2C通信协议的工作方式和时序要求。
I2C通信协议的时序要求如下：
1. 起始条件：主设备发送一个开始信号（SDA从高电平到低电平，SCL保持高电平）。
2. 地址传输：主设备发送从设备地址（包括读/写位）。
3. 应答：从设备向主设备发送应答信号，表示它已准备好接收数据或命令。应答信号是一个低电平脉冲。
4. 数据传输：主设备向从设备发送数据。
5. 应答：从设备向主设备发送应答信号，表示它已接收到数据。
6. 停止条件：主设备发送一个停止信号（SDA从低电平到高电平，SCL保持高电平）。
在I2C通信协议中，时钟的频率是由主设备控制的，因此主设备必须能够处理所有从设备的响应。如果从设备无法及时响应，则通信可能会失败。
此外，I2C通信协议还有一些其他的时序要求，如重复启动条件和无应答条件等。这些要求确保了通信的可靠性和正确性，从而使得I2C通信协议成为一种广泛应用的通信协议。
1. 起始条件：主设备发送一个开始信号（SDA从高电平到低电平，SCL保持高电平）。
2. 地址传输：主设备发送从设备地址（包括读/写位）。
3. 应答：从设备向主设备发送应答信号，表示它已准备好接收数据或命令。应答信号是一个低电平脉冲。
4. 数据传输：主设备向从设备发送数据。
5. 应答：从设备向主设备发送应答信号，表示它已接收到数据。
6. 停止条件：主设备发送一个停止信号（SDA从低电平到高电平，SCL保持高电平）。
在I2C通信协议中，时钟的频率是由主设备控制的，因此主设备必须能够处理所有从设备的响应。如果从设备无法及时响应，则通信可能会失败。
此外，I2C通信协议还有一些其他的时序要求，如重复启动条件和无应答条件等。这些要求确保了通信的可靠性和正确性，从而使得I2C通信协议成为一种广泛应用的通信协议。
2. I2C总线的硬件实现和连接方式
2.1 I2C总线的硬件实现和连接方式；
2.2 I2C总线的物理层和电气特性
3. I2C通信协议的应用场景和实现方法
3.1 I2C通信协议的应用场景；
3.2 I2C通信协议的实现方法；
3.3 I2C通信协议的应用案例。
三、教学方法
通过PPT、实物演示等方式讲解I2C通信协议的基本原理和特点；
通过实验操作，让学生掌握I2C总线的硬件实现和连接方式；
通过课堂讨论，让学生了解I2C通信协议的应用场景和实现方法。
四、教学过程
五、教学评价
1. 能够熟练掌握I2C通信协议的基本原理和特点；
2. 能够使用I2C总线进行设备之间的通信；
3. 能够应用I2C通信协议解决实际问题。
六、教学资源
七、教学建议
1. 注重实践操作，让学生亲自动手实验；
2. 通过案例分析，激发学生的学习兴趣；
3. 鼓励学生自主学习和探索，提高学生的学习能力和创新能力。
案例教学
连接一个温度传感器
一、线路连接
将温度传感器连接到Arduino开发板上，连接方式如下：
1. 将传感器的VCC引脚连接到Arduino板的5V引脚；
2. 将传感器的GND引脚连接到Arduino板的GND引脚；
3. 将传感器的SCL引脚连接到Arduino板的A5引脚（或者SCL引脚）；
4. 将传感器的SDA引脚连接到Arduino板的A4引脚（或者SDA引脚）。
1. 将传感器的VCC引脚连接到Arduino板的5V引脚；
2. 将传感器的GND引脚连接到Arduino板的GND引脚；
3. 将传感器的SCL引脚连接到Arduino板的A5引脚（或者SCL引脚）；
4. 将传感器的SDA引脚连接到Arduino板的A4引脚（或者SDA引脚）。
二、代码实现
#include <Wire.h>
#define TEMP_SENSOR_ADDRESS 0x48 // 温度传感器地址
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
Wire.begin(); // 初始化I2C总线
}
void loop() {
Wire.beginTransmission(TEMP_SENSOR_ADDRESS); // 开始传输数据
Wire.write(0x00); // 设置温度寄存器地址
Wire.endTransmission(); // 结束传输数据
Wire.requestFrom(TEMP_SENSOR_ADDRESS, 2); // 请求2个字节的数据
while (Wire.available() < 2); // 等待数据接收完毕
int16_t temp = Wire.read() << 8 | Wire.read(); // 读取温度值
float temperature = temp / 256.0; // 计算温度值
Serial.print("Temperature: "); // 输出温度值
Serial.print(temperature);
Serial.println(" °C");
delay(1000); // 延时1秒
}
#define TEMP_SENSOR_ADDRESS 0x48 // 温度传感器地址
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
Wire.begin(); // 初始化I2C总线
}
void loop() {
Wire.beginTransmission(TEMP_SENSOR_ADDRESS); // 开始传输数据
Wire.write(0x00); // 设置温度寄存器地址
Wire.endTransmission(); // 结束传输数据
Wire.requestFrom(TEMP_SENSOR_ADDRESS, 2); // 请求2个字节的数据
while (Wire.available() < 2); // 等待数据接收完毕
int16_t temp = Wire.read() << 8 | Wire.read(); // 读取温度值
float temperature = temp / 256.0; // 计算温度值
Serial.print("Temperature: "); // 输出温度值
Serial.print(temperature);
Serial.println(" °C");
delay(1000); // 延时1秒
}
解析 1. 引入Wire库；
2. 定义温度传感器地址；
3. 初始化串口通信和I2C总线；
4. 在循环中，开始传输数据并设置温度寄存器地址；
5. 请求2个字节的数据，并等待数据接收完毕；
6. 读取温度值并计算温度值；
7. 输出温度值；
8. 延时1秒。
2. 定义温度传感器地址；
3. 初始化串口通信和I2C总线；
4. 在循环中，开始传输数据并设置温度寄存器地址；
5. 请求2个字节的数据，并等待数据接收完毕；
6. 读取温度值并计算温度值；
7. 输出温度值；
8. 延时1秒。
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