Arduino 如何设定I2C通信频率？

Question

Arduino的I2C通信频率无法设置（使用Wire库），不管使用什么方法频率都为400K，如下图所示。

试过很多方法，比如使用

Wire.setClock(200000);

使用如下程序（有Wire库）

// 设置I2C通信频率
void setI2CFrequency(uint32_t frequency) {
  // 计算TWBR值
  uint8_t prescaler = 1; // 预分频器值
  uint32_t cpuFrequency = F_CPU; // CPU频率（16 MHz）
  uint32_t twbrValue = ((cpuFrequency / frequency) - 16) / (2 * prescaler);

  // 设置TWBR寄存器
  TWBR = twbrValue;

  // 设置预分频器（TWSR寄存器）
  TWSR &= ~0x03; // 清除预分频器位
  TWSR |= (0x00 & 0x03); // 设置预分频器为1
}

以上方法都有试过，I2C频率经过测试均为400k，请问怎么修改I2C频率最有效？

Answer 1

下午好🌅🌅🌅
本答案参考通义千问

在Arduino上设置I2C通信频率并不是一件直接的事情，因为Wire库通常将I2C时钟频率固定在400kHz。但是，如果你希望改变这个频率，可以尝试以下几种方法：

1. 手动配置TWBR寄存器：这是最常见的方法，通过直接修改TWBR寄存器来设置不同的I2C时钟频率。

2. 使用低级硬件操作：通过直接访问AVR单片机的寄存器来配置I2C时钟频率。

3. 使用第三方库：一些第三方库提供了更灵活的I2C通信配置选项。

以下是针对第一种方法的具体步骤和示例代码：

步骤 1: 确定CPU频率和期望的I2C频率

首先，确定你的Arduino板子上的CPU频率以及你想要设置的I2C时钟频率。例如，如果你使用的是一个16MHz的Arduino板，并且希望设置为100kHz，你可以使用以下公式计算TWBR寄存器的值：

[ \text{TWBR} = \left(\frac{\text{CPU频率}}{\text{期望I2C频率}} - 16\right) / 2 ]

步骤 2: 编写代码

在Arduino代码中，你需要先禁用Wire库，然后手动设置TWBR寄存器的值。这里提供了一个示例代码：

#include <avr/io.h>

void setup() {
  // 初始化串口通信，用于输出调试信息
  Serial.begin(9600);
  
  // 设置I2C时钟频率
  setI2CFrequency(100000); // 设置为100kHz
}

void loop() {
  // 主循环
}

// 设置I2C通信频率
void setI2CFrequency(uint32_t frequency) {
  // 计算TWBR值
  uint8_t prescaler = 1; // 预分频器值
  uint32_t cpuFrequency = F_CPU; // CPU频率（16 MHz）
  uint32_t twbrValue = ((cpuFrequency / frequency) - 16) / (2 * prescaler);

  // 设置TWBR寄存器
  TWBR = (uint8_t)twbrValue;

  // 设置预分频器（TWSR寄存器）
  TWSR &= ~(_BV(TWS4) | _BV(TWS3) | _BV(TWS2) | _BV(TWS1) | _BV(TWS0)); // 清除所有预分频器位
  TWSR |= (0x00 & (_BV(TWS4) | _BV(TWS3) | _BV(TWS2) | _BV(TWS1) | _BV(TWS0))); // 设置预分频器为1
  
  // 输出调试信息
  Serial.print("TWBR: ");
  Serial.println(TWBR, HEX);
}

注意事项：

• 在上述代码中，我们使用了_BV()宏来设置预分频器位。这个宏定义在<avr/sfr_defs.h>头文件中。
• 如果你的Arduino板使用的不是16MHz的CPU频率，你需要相应地调整F_CPU的值。
• 请确保你的代码运行在支持这些寄存器的Arduino板上，例如ATmega328P等。

通过这种方式，你应该能够成功地更改I2C通信的时钟频率。