I²C Kommunikation mit Arduino meistern – Praktisches Tutorial

Übersicht

I²C (Inter-Integrated Circuit) ist ein beliebter Kommunikationsbus, der nur zwei Leitungen (SDA, SCL) benötigt und bis zu 128 Geräte (7-Bit-Adressierung) oder 1024 Geräte (10-Bit) unterstützt. Ein Master steuert die Kommunikation mit mehreren Slaves.

Funktionsweise

Leitungen:

• SCL (Serial Clock): Taktsignal, vom Master erzeugt, synchronisiert Datenübertragung.
• SDA (Serial Data): Bidirektionale Datenleitung.

Beide Leitungen sind „Open-Drain“ → Pull-Up-Widerstände (2 kΩ–10 kΩ) erforderlich, damit Leitungen im Ruhezustand High sind. Geräte sind aktiv-low.

I²C Protokoll

Datenübertragung in 8-Bit-Sequenzen:

1. Start-Bedingung: SDA fällt auf Low, während SCL High ist.
2. Adress-Byte (7 Bit + R/W): MSB zuerst. 8. Bit: 0 = Master schreibt, 1 = Master liest.
3. ACK/NACK: Slave zieht SDA auf Low (ACK) oder lässt High (NACK).
4. Register-Adresse(n): Interne Register des Slaves adressieren.
5. Daten-Bytes: Beliebig viele 8-Bit-Sequenzen mit jeweils ACK.
6. Stop-Bedingung: SDA steigt auf High, während SCL High ist.

Praxisbeispiel

Zwei Breakout-Boards: GY-80 (4 Sensoren) + GY-521 (3 Sensoren) = 7 Sensoren an 2 Drähten.

Anschluss: Arduino SCL → beide Boards SCL, Arduino SDA → beide Boards SDA, GND & 5V gemeinsam. Pull-Ups auf Boards vorhanden.

I²C-Adressen der Sensoren

Adressen können auch per I²C Scanner Sketch (Arduino Playground) ausgelesen werden.

Interne Register

Beispiel ADXL345 X-Achse: Daten in zwei Registern: DATAX0 (0x32) und DATAX1 (0x33).

Arduino I²C Code (X-Achse ADXL345 auslesen)

/* I²C Kommunikation Tutorial
 * by Dejan, www.HowToMechatronics.com
 */
#include <Wire.h>

int ADXLAddress = 0x53;
#define X_Axis_Register_DATAX0 0x32
#define X_Axis_Register_DATAX1 0x33
#define Power_Register 0x2D

int X0, X1, X_out;

void setup() {
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);
  delay(100);
  // Messung aktivieren
  Wire.beginTransmission(ADXLAddress);
  Wire.write(Power_Register);
  Wire.write(8); // Bit D3 = 1
  Wire.endTransmission();
}

void loop() {
  Wire.beginTransmission(ADXLAddress);
  Wire.write(X_Axis_Register_DATAX0);
  Wire.write(X_Axis_Register_DATAX1);
  Wire.endTransmission();

  Wire.requestFrom(ADXLAddress, 2);
  if (Wire.available() <= 2) {
    X0 = Wire.read();
    X1 = Wire.read();
  }
  Serial.print("X0= "); Serial.print(X0);
  Serial.print(" X1= "); Serial.println(X1);
  // Hinweis: Rohdaten! Umrechnung nötig (siehe MEMS Tutorial).
}

Dieser Code demonstriert den reinen I²C-Lesevorgang. Die Umrechnung der Rohdaten in physikalische Werte erfolgt im MEMS-Tutorial.