什么是 I²C 總線

I²C 總線（Inter-Integrated Circuit Bus）是設備與設備間通信方式的一種。它是一種串行通信總線，由飛利浦公司在1980年代為了讓主板、嵌入式系統或手機用以連接低速周邊設備而發展^[1]。I²C 總線包含兩根信號線，一根為信號線 SDA ，另一根為時鐘線 SCL 。總線上可以掛載多個設備，以 7 位 I²C 地址為例，總線上最多可以掛載 2⁷?- 1 個設備，即 127 個，地址 0x00 不用（類似于網絡中的廣播地址）。I²C 還包括一個子集叫 SMBus （System Management Bus），是 1995 年由 Intel 提出的^[2]。為什么說是子集，是因為 SMBus 是 I²C 的簡化版，電氣特性和傳輸速率等方面上略有不同。下圖展示了一個 I²C 主設備和三個 I²C 從設備的示意圖，總線上只能有一個主設備，而通常情況下你的主機（如 Raspberry Pi，Arduino）就是主設備，傳感器為從設備。

圖源：Wikipedia

I²C 總線也并不是那么完美。因為 I²C 只有兩根信號線，與 SPI 的四根信號線相比，傳輸速率上并不占優，而且數據在同一時間內只能向一個方向傳輸。但反過來看，I²C 總線的最大優點是只需要占用兩個 IO 接口，在單片機等 IO 接口數量較少的設備上也算是一種優勢吧。

在 Raspberry Pi 的引腳中，引出了一組 I²C 接口，其內部總線 ID 為 1，引腳中的 GPIO 2 為 SDA，GPIO 3 為 SCL（如下圖所示）。至于 I²C-0，它用于 Raspberry Pi 內部的 GPIO 擴展器、相機、顯示器等其他設備。Raspberry Pi 的 I²C 引腳中內置了一個 1.8 kΩ 的上拉電阻，這意味著在一般情況下使用 I²C 總線時不必再連接一個額外的上拉電阻。

Raspberry Pi B+/2B/3B/3B+/Zero 引腳圖

相關類

I²C 操作的相關類位于?System.Device.I2c?和?System.Device.I2c.Drivers?命名空間下。

I2cConnectionSettings

I2cConnectionSettings?類位于?System.Device.I2c?命名空間下，表示 I²C 設備的連接設置。

public sealed class I2cConnectionSettings
{



public I2cConnectionSettings(int busId, int deviceAddress);
}

UnixI2cDevice 和 Windows10I2cDevice

UnixI2cDevice?和?Windows10I2cDevice?類位于?System.Device.I2c.Drivers?命名空間下。兩個類均派生自抽象類?I2cDevice，分別代表 Unix 和 Windows10 下的 I2C 控制器，使用時按照所處的平臺有選擇的進行實例化。這里以?UnixI2cDevice?類為例說明。

public class UnixI2cDevice : I2cDevice
{


public UnixI2cDevice(I2cConnectionSettings settings);



public override void Read(Span<byte> buffer);

public override byte ReadByte();


public override void Write(ReadOnlySpan<byte> data);

public override void WriteByte(byte data);
}

I²C 總線的通信步驟

在開始實驗之前，首先說明一下 I²C 總線的讀取和寫入的步驟。因為 .NET 幫我們封裝好了一些操作方法，這大大簡化了 I²C 的操作難度，即使你沒有豐富的硬件知識也可以順利的操作硬件，所以我們不必像開發單片機一樣去研究設備之間通信的時序圖（當然，如果通信出現錯誤的話還是需要用時序圖幫助判斷）。

讀取

向從設備寫入要讀取的寄存器的地址

這類似于數組的指針，需要先定位到相應的位置才能讀取。通常地址是一位的，只需要調用?WriteByte()?方法即可，但也有特殊情況，比如兩個字節的地址或者命令+地址時，就需要調用?Write()?方法。

讀取從設備中的數據

定位完成后就可以向從設備請求數據了。如果要讀取一個字節的數據，那么就調用?ReadByte()方法，如果要讀取多個字節，首先需要實例化一個?byte 數組，通過調用?Read()?方法來讀取多個數據，讀取的數據取決于數組的長度。比如要讀取 8 個字節的數據，代碼如下：
C# Span<byte> readBuffer = stackalloc byte[8]; sensor.Read(readBuffer);

寫入

寫入一般用于配置從設備的寄存器。因為你不可能只向從設備寫入寄存器的地址吧，所以通常會調用?Write()?方法。比如向地址為 0x01 的寄存器寫入一個字節的數據，代碼如下：

Span<byte> writeBuffer = stackalloc byte[] { 0x01, 0xFF };
sensor.Write(writeBuffer);

溫濕度傳感器讀取實驗

本實驗選用的傳感器為奧松的?DHT12。主要考慮到這個傳感器讀取非常簡單，不用配置，價格便宜，很適合用來練手。數據手冊地址：https://wenku.baidu.com/view/325b7096eff9aef8941e06f9.html?。

??提示

數據手冊（Datasheet）是電子元件的使用說明書，包括介紹、電氣特性、通信協議、性能等方面的內容。拿到數據手冊時我們應該關注什么？

1. 關注該元件的通信協議。有些設備支持多種通信協議，如本實驗用到的 DHT12 不僅支持 I2C，還支持 1-Wire 協議。選擇合適的通信協議進行編程。

2. 關注打算使用的通信協議的細節。比如 I2C 總線，你需要關注元件的地址、各個寄存器的地址、最大傳輸速率等等。

3. 關注該元件的通信的細節。有些設備的通信很簡單，并不需要拐彎抹角，但還有一些設備需要發送一些額外的命令。比如你在發送完寄存器地址后還需要緊接著發送一段命令，用于決定是讀還是寫該寄存器，返回數據時是按字節（byte）返回還是按字（word）返回等。

4. 關注各個寄存器的作用和配置。數據手冊中基本上都會把每個寄存器逐條列出，注意細節即可。

傳感器圖像

硬件需求

DHT12	x1
4.7 kΩ 電阻	x2
杜邦線	若干

電路

• SCL - SCL

• SDA - SDA

• VCC - 5V

• GND - GND

如果你的 DHT12 是裸板的話需要像電路圖中一樣給 SDA 和 SCL 加上上拉電阻。

代碼

打開 Visual Studio ，新建一個 .NET Core 控制臺應用程序，項目名稱為“Dht12”。

引入?System.Device.Gpio?NuGet 包。

新建類?Dht12，替換如下代碼：

在?Program.cs?中，將主函數代碼替換如下：

static void Main(string[] args)
{
I2cConnectionSettings settings = new I2cConnectionSettings(1, Dht12.DefaultI2cAddress);
UnixI2cDevice device = new UnixI2cDevice(settings);

using (Dht12 dht = new Dht12(device))
{
while (true)
{
Console.WriteLine($"Temperature: {dht.Temperature.ToString("0.0")} °C, Humidity: {dht.Humidity.ToString("0.0")} %");

Thread.Sleep(2000);
}
}
}

發布、拷貝、更改權限、運行

效果圖

原文地址：https://www.cnblogs.com/zhanggaoxing/p/10908670.html

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的.NET Core IoT 入门指南：（三）使用 I2C 进行通信的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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