常见I2C设备的使用

王明照2024年12月29日大约 11 分钟

常见I2C设备的使用

I2C的使用还是比较简单的，Arduino固件自带的Wire库足以让我们实现通信。但鉴于常见的模块别人已经开发了好几十年了，直接调用驱动库。

0.96寸OLED屏幕的使用（内置SSD1306驱动芯片）

OLED，即有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode）。OLED 由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性，被称为是第三代显示技术。

LCD 都需要背光，而 OLED 不需要，因为它是自发光的。这样同样的显示 OLED 效果要来得好一些。以目前的技术，OLED 的尺寸还难以大型化，但是分辨率确可以做到很高。

我们今天用到的屏幕是 0.96 寸的 SSD1306 芯片驱动的 OLED 屏幕。ta的分辨率是 128*64，意思就是横向有 128 个像素点，纵向有 64 个。

基于Adafruit OLED库
首先是接线：
OLED屏幕----------ESP32S3
SDA --------->>> GPIO3
SCL --------->>> GPIO46

#include <Arduino.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Wire.h>
#define SDA1 3
#define SCl1 46
// 创建oled对象，其中第一个参数128是屏幕的宽度，第二个参数64是屏幕高度，第三个参数是I2C地址
// 第四个参数是屏幕的RST引脚，我们的屏幕没有RST引脚，给-1即可
Adafruit_SSD1306 oled(128, 64, &Wire1, -1); 

void setup()
{
    // 注意，在刚刚的创建对象时我们指定了硬件I2C_1(在arduino固件中称为Wire1),所以接下来
    // 要初始化Wire1
    Wire1.begin(SDA1, SCL1);
    // 接下来是初始化屏幕的必要操作
    oled.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);// 设置电压3.3v和屏幕的地址0x3c
    oled.setTextColor(SSD1306_WHITE);//设置字体颜色,不管你的屏幕什么颜色,直接给白色就好
    //必要操作已完成,接下来是个性化操作
    oled.setTextSize(1);//设置字体大小，1是最小，2已经有点大了，可以自己去看看实际效果
   	到此，屏幕初始化完成了，可以选择在其它地方进行显示了，例如想在初始化屏幕之后就显示一个文本	
    oled.clearDisplay();// 先清屏，防止单片机复位后之前现实的内容和接下来要显示的文本重叠
    oled.setCursor(0, 0);// 设置光标位置
    oled.print("HELLO");
    oled.setCursor(0, 10);
    oled.print("ESP32S3");
    oled.display();// 最后调用这个方法将屏幕的内容显示出来，不可或缺
    delay(2000);// 延时2秒看看现象
}
void loop()
{
    //此处展示如何打印变量
    for (int i = 0; i <= 123; i++)
    {
        oled.clearDisplay();
    	oled.setCursor(0, 0);
    	oled.printf("current i: %d", i);
        oled.display();
        delay(10);//此处延时是为了更好地观察现象，一般来说不需要在刷新屏幕中使用延时
    }
    for (float i = 0.0f; i <= 1.23; i+=0.01)
    {
        oled.clearDisplay();
    	oled.setCursor(0, 0);
    	oled.print("current i: "+String(i));
        oled.display();
        delay(10);//此处延时是为了更好地观察现象，一般来说不需要在刷新屏幕中使用延时
    }
}

基于U8g2库(感兴趣可以自主探素)

#include <Arduino.h>
#include <>

void setup(){}
void loop(){}

MPU6050六轴姿态传感的使用（调用DMP和不调用DMP）

MPU6050是六轴陀螺仪，没有地磁校准, 本身不适合测量偏航角，不建议花费大量精力浪费在对它的优化上，不如买个九轴陀螺仪

图示为生活中常用的Yaw，Pitch，Roll

$笛卡尔math.png$

接下来还有更直观的例子：

1.航向yaw：

2.俯仰pitch：

3.横滚roll：

/*
  MPU6050 DMP6

  数字运动处理器（DMP）执行复杂的运动处理任务：
  - 融合来自加速度计、陀螺仪和外部磁力计（如果有的话）的数据，补偿单个传感器的噪声和误差。
  - 检测特定类型的运动，而无需连续监控原始传感器数据。
  - 减轻微控制器的工作负担。
  - 输出经过处理的数据，如四元数、欧拉角和重力向量。

  该代码包括自动校准和偏移生成任务。支持多种输出格式。

  该代码与茶壶项目兼容，使用茶壶输出格式。

  电路：除了连接3.3V、GND、SDA和SCL外，此示例程序还依赖于MPU6050的INT引脚连接到Arduino的外部中断#0引脚。

  如果使用DMP 6.12固件版本，茶壶处理示例可能会因FIFO结构变化而失效。

  查看完整的MPU6050库文档：
  https://github.com/ElectronicCats/mpu6050/wiki
*/
#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include "I2Cdev.h"
#include "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h"
// #include "MPU6050_6Axis_MotionApps612.h" // 解除注释以使用DMP 6.12固件，并注释掉上面的库。
Adafruit_SSD1306 oled(128, 64, &Wire1, -1);
/* MPU6050默认I2C地址为0x68 */
MPU6050 mpu;
// MPU6050 mpu(0x69); // AD0高电平时使用
// MPU6050 mpu(0x68, &Wire1); // AD0低电平，但使用第二个Wire (TWI/I2C) 对象

/* 输出格式定义-------------------------------------------------------------------------------------------
- 使用 "OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL" 输出航向角/俯仰角/横滚角（度），从FIFO中的四元数计算得出。
  注意：航向角/俯仰角/横滚角存在万向锁问题。

- 使用 "OUTPUT_READABLE_QUATERNION" 输出四元数 [w, x, y, z] 格式。四元数不会出现万向锁问题，但在远程主机或软件环境中解析或处理效率较低。

- 使用 "OUTPUT_READABLE_EULER" 输出欧拉角（度），从FIFO中的四元数计算得出。
  注意：欧拉角存在万向锁问题。

- 使用 "OUTPUT_READABLE_REALACCEL" 输出去除重力后的加速度分量。加速度参考框架未进行方向补偿。+X将始终是传感器的+X。

- 使用 "OUTPUT_READABLE_WORLDACCEL" 输出去除重力并调整为世界参考框架的加速度分量。如果没有磁力计，偏航角是相对的。

- 使用 "OUTPUT_TEAPOT" 输出与InvenSense茶壶演示匹配的数据。
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL
// #define OUTPUT_READABLE_QUATERNION
// #define OUTPUT_READABLE_EULER
#define OUTPUT_READABLE_REALACCEL
// #define OUTPUT_READABLE_WORLDACCEL
// #define OUTPUT_TEAPOT

const int INTERRUPT_PIN = 19; // 定义外部中断#0引脚
bool blinkState;

/*---MPU6050控制/状态变量---*/
bool DMPReady = false;  // DMP初始化成功后设置为true
uint8_t MPUIntStatus;   // 存储实际的MPU中断状态字节
uint8_t devStatus;      // 每次设备操作后的返回状态（0表示成功，非0表示错误）
uint16_t packetSize;    // 预期的DMP数据包大小（默认为42字节）
uint8_t FIFOBuffer[64]; // FIFO存储缓冲区

/*---方向/运动变量---*/
Quaternion q;        // [w, x, y, z] 四元数容器
VectorInt16 aa;      // [x, y, z] 加速度传感器测量值
VectorInt16 gy;      // [x, y, z] 陀螺仪传感器测量值
VectorInt16 aaReal;  // [x, y, z] 去除重力后的加速度传感器测量值
VectorInt16 aaWorld; // [x, y, z] 世界框架下的加速度传感器测量值
VectorFloat gravity; // [x, y, z] 重力向量
float euler[3];      // [psi, theta, phi] 欧拉角容器
float ypr[3];        // [yaw, pitch, roll] 航向角/俯仰角/横滚角容器和重力向量

/*-用于InvenSense茶壶演示的数据包结构-*/
uint8_t teapotPacket[14] = {'$', 0x02, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0x00, 0x00, '\r', '\n'};

/*------中断检测例程------*/
volatile bool MPUInterrupt = false; // 表示MPU6050中断引脚是否变高
void DMPDataReady()
{
    MPUInterrupt = true;
}

void setup()
{
    Wire1.begin(SDA1, SCL1, 400000);
    oled.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
    oled.setTextColor(WHITE);
    oled.setTextSize(1);
    oled.setRotation(3);
    oled.display();
    oled.clearDisplay();
#if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_ARDUINO_WIRE
    Wire.begin();
    Wire.setClock(400000); // 设置I2C时钟为400kHz。如果编译有困难，请注释掉此行
#elif I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_BUILTIN_FASTWIRE
    Fastwire::setup(400, true);
#endif

    Serial.begin(230400); // 115200波特率是茶壶演示所需的
    while (!Serial)
        ;

    /* 初始化设备 */
    Serial.println(F("正在初始化I2C设备..."));
    mpu.initialize();
    pinMode(INTERRUPT_PIN, INPUT);

    /* 验证连接 */
    Serial.println(F("测试MPU6050连接..."));
    if (mpu.testConnection() == false)
    {
        Serial.println("MPU6050连接失败");
        while (true)
            ;
    }
    else
    {
        Serial.println("MPU6050连接成功");
    }

    /* 等待串行输入 */
    //   Serial.println(F("\n发送任意字符以开始: "));
    //   while (Serial.available() && Serial.read()); // 清空缓冲区
    //   while (!Serial.available());                 // 等待数据
    //   while (Serial.available() && Serial.read()); // 再次清空缓冲区

    /* 初始化并配置DMP */
    Serial.println(F("正在初始化DMP..."));
    devStatus = mpu.dmpInitialize();

    /* 设置陀螺仪偏移量，按最小灵敏度缩放 */
    mpu.setXGyroOffset(0);
    mpu.setYGyroOffset(0);
    mpu.setZGyroOffset(0);
    mpu.setXAccelOffset(0);
    mpu.setYAccelOffset(0);
    mpu.setZAccelOffset(0);

    /* 确保成功（返回0表示成功） */
    if (devStatus == 0)
    {
        mpu.CalibrateAccel(6); // 校准时间：生成偏移量并校准MPU6050
        mpu.CalibrateGyro(6);
        Serial.println("这些是当前有效的偏移量: ");
        mpu.PrintActiveOffsets();
        Serial.println(F("启用DMP...")); // 开启DMP
        mpu.setDMPEnabled(true);

        /* 启用Arduino中断检测 */
        Serial.print(F("启用中断检测（Arduino外部中断 "));
        Serial.print(digitalPinToInterrupt(INTERRUPT_PIN));
        Serial.println(F(")..."));
        attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(INTERRUPT_PIN), DMPDataReady, RISING);
        MPUIntStatus = mpu.getIntStatus();

        /* 设置DMP就绪标志，以便主循环函数知道可以使用它 */
        Serial.println(F("DMP准备就绪！等待第一次中断..."));
        DMPReady = true;
        packetSize = mpu.dmpGetFIFOPacketSize(); // 获取预期的DMP数据包大小以供后续比较
    }
    else
    {
        Serial.print(F("DMP初始化失败（代码 ")); // 打印错误代码
        Serial.print(devStatus);
        Serial.println(F(")"));
        // 1 = 初始内存加载失败
        // 2 = DMP配置更新失败
    }
}

void loop()
{
    if (!DMPReady)
        return; // 如果DMP编程失败，停止程序

    /* 从FIFO读取一个数据包 */
    if (mpu.dmpGetCurrentFIFOPacket(FIFOBuffer))
    { // 获取最新数据包
        oled.clearDisplay();
#ifdef OUTPUT_READABLE_YAWPITCHROLL
        /* 显示航向角/俯仰角/横滚角（度） */
        mpu.dmpGetQuaternion(&q, FIFOBuffer);
        mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q);
        mpu.dmpGetYawPitchRoll(ypr, &q, &gravity);
        oled.setCursor(0, 0);
        oled.print("Yaw:");
        oled.setCursor(0, 8);
        oled.print("   ");
        oled.print(ypr[0] * 180 / M_PI);
        oled.setCursor(0, 16);
        oled.print("Pitch: ");
        oled.setCursor(0, 24);
        oled.print("   ");
        oled.print(ypr[1] * 180 / M_PI);
        oled.setCursor(0, 32);
        oled.print("Roll:");
        oled.setCursor(0, 40);
        oled.print("   ");
        oled.print(ypr[2] * 180 / M_PI);
#endif

#ifdef OUTPUT_READABLE_QUATERNION
        /* 显示四元数值，采用简单矩阵形式：[w, x, y, z] */
        mpu.dmpGetQuaternion(&q, FIFOBuffer);
        Serial.print("quat\t");
        Serial.print(q.w);
        Serial.print("\t");
        Serial.print(q.x);
        Serial.print("\t");
        Serial.print(q.y);
        Serial.print("\t");
        Serial.println(q.z);
#endif

#ifdef OUTPUT_READABLE_EULER
        /* 显示欧拉角（度） */
        mpu.dmpGetQuaternion(&q, FIFOBuffer);
        mpu.dmpGetEuler(euler, &q);
        Serial.print("euler\t");
        Serial.print(euler[0] * 180 / M_PI);
        Serial.print("\t");
        Serial.print(euler[1] * 180 / M_PI);
        Serial.print("\t");
        Serial.println(euler[2] * 180 / M_PI);
#endif

#ifdef OUTPUT_READABLE_REALACCEL
        /* 显示去除重力后的实际加速度 */
        mpu.dmpGetQuaternion(&q, FIFOBuffer);
        mpu.dmpGetAccel(&aa, FIFOBuffer);
        mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q);
        mpu.dmpGetLinearAccel(&aaReal, &aa, &gravity);
        oled.setCursor(0, 48);
        oled.print("Accel X: ");
        oled.setCursor(0, 56);
        oled.print("   ");
        oled.print(aaReal.x);
        oled.setCursor(0, 64);
        oled.print("Accel Y: ");
        oled.setCursor(0, 72);
        oled.print("   ");
        oled.print(aaReal.y);
        oled.setCursor(0, 80);
        oled.print("Accel Z: ");
        oled.setCursor(0, 88);
        oled.print("   ");
        oled.print(aaReal.z);

#endif

#ifdef OUTPUT_READABLE_WORLDACCEL
        /* 显示初始世界框架下的加速度，去除重力并根据已知的方向从四元数旋转 */
        mpu.dmpGetQuaternion(&q, FIFOBuffer);
        mpu.dmpGetAccel(&aa, FIFOBuffer);
        mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q);
        mpu.dmpGetLinearAccel(&aaReal, &aa, &gravity);
        mpu.dmpGetLinearAccelInWorld(&aaWorld, &aaReal, &q);
        Serial.print("aworld\t");
        Serial.print(aaWorld.x);
        Serial.print("\t");
        Serial.print(aaWorld.y);
        Serial.print("\t");
        Serial.println(aaWorld.z);
#endif

#ifdef OUTPUT_TEAPOT
        /* 以InvenSense茶壶演示格式显示四元数值 */
        teapotPacket[2] = FIFOBuffer[0];
        teapotPacket[3] = FIFOBuffer[1];
        teapotPacket[4] = FIFOBuffer[4];
        teapotPacket[5] = FIFOBuffer[5];
        teapotPacket[6] = FIFOBuffer[8];
        teapotPacket[7] = FIFOBuffer[9];
        teapotPacket[8] = FIFOBuffer[12];
        teapotPacket[9] = FIFOBuffer[13];
        Serial.write(teapotPacket, 14);
        teapotPacket[11]++; // 数据包计数，故意在0xFF处循环
#endif
    oled.display();
    }
}

VL53L0X激光测距芯片/模块的使用

1. 原理

采用940nm垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL)发射出激光，激光碰到障碍物后反射回来被VL53L0X接收到，测量激光在空气中的传播时间，进而得到距离。

2.参数

超小体积：4.4 x 2.4 x 1.0mm

最大测距：2m

发射的激光对眼镜安全，且完全不可见。

工作电压：2.6 to 3.5 V

通信方式：IIC，400KHz，设备地址0x52，最低位是读写标志位。0表示写，1表示读。

3. 代码

评价，这是个好模块。然后就是这个模块上面的排针需要想方法焊上去，我已经在半个多月前通知过你们了先把代码放上，后面我再详细介绍

/*
	使用
		adafruit/Adafruit_VL53L0X@^1.2.4
		adafruit/Adafruit SSD1306@^2.5.13
	这两个库
*/
#include <Arduino.h>
#include "Adafruit_VL53L0X.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "Adafruit_SSD1306.h"

#define SCREEN_WIDTH 128    
#define SCREEN_HEIGHT 64    
#define OLED_RESET -1       
#define SCREEN_ADDRESS 0x3C 

Adafruit_SSD1306 oled(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire1, OLED_RESET);
Adafruit_VL53L0X tof = Adafruit_VL53L0X(); // 查看头文件可知默认Wire0连接，因此屏幕走Wire1连接，不过这些都是可以修改的，详细看库文件

void setup()
{   
    pinMode(20, OUTPUT);// 
    pinMode(19, OUTPUT);//这两个是当时用来根据不同距离点亮不同的灯
    Serial.begin(115200);
    Wire.begin(SDA,SCL,100000);
    Wire1.begin(SDA1, SCL1, 100000);

    tof.begin();

    oled.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS);
    oled.setTextSize(2);
    oled.clearDisplay();
    oled.setTextColor(WHITE);
    oled.setCursor(0, 0);
    oled.println("VL53L0-TOF");
    oled.setCursor(0, 25);
    oled.println("Loading...");
    oled.display();

    delay(1500);

    oled.setCursor(0, 0);
    oled.println("VL53L0-TOF");
    oled.setCursor(0, 25);
    oled.println("Loading...");
    oled.setCursor(0, 50);
    oled.println("|** OK **|");
    oled.display();
    delay(1500);
}

void loop()
{
    oled.clearDisplay();
    oled.setTextSize(2);
    

    VL53L0X_RangingMeasurementData_t measure;//该结构体是一定要有的

    tof.rangingTest(&measure, false);

    if (measure.RangeMilliMeter < 150)
    {
        digitalWrite(19, HIGH);
        digitalWrite(20, LOW);
    }
    else if (measure.RangeMilliMeter > 450)
    {
        digitalWrite(19, LOW);
        digitalWrite(20, HIGH);
    }
    else
    {
        digitalWrite(19, LOW);
        digitalWrite(20, LOW);
    }
    oled.setCursor(0, 0);
    oled.print("Distance:");
    oled.setCursor(0, 20);
    oled.printf("%d mm", measure.RangeMilliMeter);
    oled.setCursor(0, 40);
    oled.setTextSize(1);
    oled.print("Blue < 150;Red > 450");
    oled.display();

}

常见I2C设备 的使用

常见I2C设备 的使用

0.96寸OLED屏幕 的使用（内置SSD1306驱动芯片）

MPU6050六轴姿态传感 的使用（调用DMP和不调用DMP）

VL53L0X激光测距芯片/模块 的使用

1. 原理

2.参数

3. 代码

常见I2C设备的使用

常见I2C设备的使用

0.96寸OLED屏幕的使用（内置SSD1306驱动芯片）

MPU6050六轴姿态传感的使用（调用DMP和不调用DMP）

VL53L0X激光测距芯片/模块的使用