ESP32学习笔记（十）——I2C通信

I2C/IIC(Inter IC Bus)是由飞利浦公司开发的一种通用数据总线两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）同步、半双工带数据应答总线挂载多设备（一主多从、多主多从）

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milu code · 2026-03-11 09:00:00 发布

注:使用VSCode中的ESP-IDF插件进行开发，笔记基于B站ＵＰ主艾谷科技的视频教程

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读写命令的格式需要对照芯片手册并使用下列函数进行编写

五、BH1750模块

六、建立工程项目

(1).复制工程文件夹

(2).在VSCode中打开新的工程文件夹

(3).在components中的CMakeList文件中添加IIC、BH1750文件路径

一、I2C通信简介

I2C/IIC(Inter IC Bus)是由飞利浦公司开发的一种通用数据总线

两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）

同步、半双工

带数据应答

总线挂载多设备（一主多从、多主多从）

二、硬件电路

所有的I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起

设备的SCL和SDA均要配置为开漏输出模式，该模式可以避免短路的问题

SCL、SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7k Ω左右

三、I2C通信

起始条件：SCL高电平期间，SDA从高电平切换到低电平

终止条件：SCL高电平期间，SDA从低电平切换到高电平

发送一个字节：SCL低电平期间，主机将数据位依次放到SDA线上（高位先行），然后释放SCL，从机将在SCL高电平期间读取数据位，依次循环上述过程8次，即可发送一个字节的数据

发送应答：主机在接收完一个字节的数据后，在下一个时钟发送一位数据，数据0表示应答，数据1表示非应答

接收应答：主机在接收完一个字节的数据后，在下一个时钟接收一位数据，判断从机是否应答，数据0表示应答，数据1表示非应答（主机在接收之前，需要释放SDA）

I2C时序

地址字节：当主机想要进行写操作时，地址字节是在从机设备地址末尾+0，即从机设备地址左移一位；当主机想要进行读操作时，地址字节是在从机设备地址末尾+1，即从机设备地址左移一位后+1

ESP32S3的I2C外设资源

ESP32S3内部集成两个I2C控制器，负责处理I2C总线上的通信

支持主机模式、从机模式

支持7/位10位地址模式

支持不同的通信速度，标准速度（100kHz）、快速（400kHz）

ESP32S3硬件I2C资源：I2C0、I2C1

四、I2C外设工作流程

i2c_param_config(i2c_port_t i2c_num, const i2c_config_t *i2c_conf);

i2c_num：I2C端口号

i2c_conf：结构体指针，创建新的结构体，并引出所有结构体成员

i2c_config_t i2c_structure = {

.clk_flags = , //配置时钟源

.master.clk_speed = , //配置I2C时钟线通信速度，且为结构体形式需要引出结构体成员，可配置为10000和40000

.mode = , //I2C通信模式，有主机模式和从机模式两种，一般选择主机模式

.scl_io_num = , //SCL的IO引脚

.scl_pullup_en = , //SCL引脚内部上拉电阻使能，有外部上拉可以不使能，但无外部上拉电阻时必须使能

.sda_io_num = , ///SDA的IO引脚

.sda_pullup_en = , //SDA引脚内部上拉电阻使能

.slave = , //当I2C设置为从机模式时，配置该结构体，配置相应的从机参数

};

i2c_driver_install(i2c_port_t i2c_num, i2c_mode_t mode, size_t slv_rx_buf_len, size_t slv_tx_buf_len, int intr_alloc_flags);

i2c_num：I2C端口号

mode：选则I2C模式

slv_rx_buf_len：用于从机模式的接收缓存区大小，此处不使用，直接配置为0

slv_tx_buf_len：用于从机模式的发送缓存区大小，此处不使用，直接配置为0

intr_alloc_flags：中断标志位，此处不使用，直接配置为0

读写命令的格式需要对照芯片手册并使用下列函数进行编写

i2c_cmd_link_create(void); 该函数用于返回命令链句柄

i2c_master_start(i2c_cmd_handle_t cmd_handle)在命令链中存入起始命令

i2c_master_write_byte(i2c_cmd_handle_t cmd_handle, uint8_t data, bool ack_en)

cmd_handle：命令链句柄

data：传输的命令

ack_en：应答位

i2c_master_read_byte(i2c_cmd_handle_t cmd_handle, uint8_t *data, i2c_ack_type_t ack);

cmd_handle：命令链句柄

data：读取到的数据存放的地址

ack：应答位

i2c_master_stop(i2c_cmd_handle_t cmd_handle)在命令链中存入停止命令

i2c_master_cmd_begin(i2c_port_t i2c_num, i2c_cmd_handle_t cmd_handle, TickType_t ticks_to_wait)

i2c_num：I2C端口号

cmd_handle：命令链句柄

ticks_to_wait：超时等待时间

i2c_cmd_link_delete(i2c_cmd_handle_t cmd_handle);用于销毁命令链

五、BH1750模块

BH1750是一款适用于I2C总线接口的数字环境光强传感器

适用于获取环境光数据，用于后续的光强调控

检测光照强度分辨率：1~65535勒克斯

支持标准I2C（100kHz）、快速I2C（400kHz）

六、建立工程项目

(1).复制工程文件夹

复制LED的工程文件夹,并改名为IICBH1750，在components文件夹下创建新的文件夹并取名iic、bh1750,在iic、bh1750文件夹中创建相应的.c、.h文件。

(2).在VSCode中打开新的工程文件夹

打开工程文件后,先点击垃圾桶按钮清理之前编译程序产生的中间文件,清理完成后再进行编译。

(3).在components中的CMakeList文件中添加IIC、BH1750文件路径

(4).编写iic.c文件

#include "iic.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "driver/i2c.h"


void iic_init(void)
{
    i2c_config_t i2c_structure = {
        .clk_flags = 0,
        .master.clk_speed = 100000,
        .mode = I2C_MODE_MASTER,
        .scl_io_num = GPIO_NUM_4,
        .scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .sda_io_num = GPIO_NUM_5,
        .sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
    };
    i2c_param_config(I2C_NUM_0, &i2c_structure);

   i2c_driver_install(I2C_NUM_0, I2C_MODE_MASTER, 0, 0, 0);
}

(5).编写iic.h文件

#ifndef __MYIIC_H_
#define __MYIIC_H_

void iic_init(void);

#endif

（6）.编写bh1750.c文件

#include "bh1750.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "driver/i2c.h" 
#include "iic.h"    

void bh1750_send_cmd(uint8_t cmd_data)
{
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();   //创建空的命令链条
    i2c_master_start(cmd);
    i2c_master_write_byte(cmd, bh1750_write_addr, true);
    i2c_master_write_byte(cmd, cmd_data, true);
    i2c_master_stop(cmd);
    i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, cmd, 1000);     //该函数为开启控制开关,命令链自动生成数据帧
                                                    // 第三个参数为最大通信时间
    i2c_cmd_link_delete(cmd);                       //使用完成后删除命令链
}

uint16_t bh1750_read_data(void)
{
    uint8_t light_high = 0, light_low = 0;
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd);
    i2c_master_write_byte(cmd, bh1750_read_addr, true);
    i2c_master_read_byte(cmd, &light_high, I2C_MASTER_ACK);
    i2c_master_read_byte(cmd, &light_low, I2C_MASTER_NACK);
    i2c_master_stop(cmd);
    i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0, cmd, 1000);
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
    return light_high<<8 | light_low;
}

void bh1750_init(void)
{
    iic_init();                                         //初始化I2C
    bh1750_send_cmd(PowerOn);                           //将BH1750设置为上电模式
    bh1750_send_cmd(Continuous_HResolutionMode_1);      //将BH1750设置为连续模式
    vTaskDelay(200);                                    //初次切换为连续模式时,需要等待最大180ms
}

（7）.编写bh1750.h文件

根据芯片手册编写

#ifndef __BH1750_H_
#define __BH1750_H_

#include <stdint.h>

#define bh1750_write_addr 0x46
#define bh1750_read_addr  0x47

#define PowerDown                       0x00
#define PowerOn                         0x01
#define Reset                           0x07
#define Continuous_HResolutionMode_1    0x10
#define Continuous_HResolutionMode_2    0x11
#define Continuous_LResolutionMode      0x13
#define OneShot_HResolutionMode_1       0x20
#define OneShot_HResolutionMode_2       0x21                                                  
#define OneShot_LResolutionMode         0x23

void bh1750_send_cmd(uint8_t cmd_data);
uint16_t bh1750_read_data(void);
void bh1750_init(void);

#endif

(8).编写main.c文件

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "bh1750.h"

float light = 0;

void app_main(void)
{
    lcd_init();
    bh1750_init();

    while(1)
    {
        light = (float)bh1750_read_data() / 1.2;
        printf("light:%f\r\n",light); 
        vTaskDelay(1000);
    }
}