我是潘，曾经是个工程师。这是“Arduino 公开课” 系列的入门教程。本课开始将介绍 I2C 通信协议，利用该协议 Arduino 将获得极大的扩展，我们将深入了解 I2C 各类应用和细节。有任何疑问请在评论区提出，我会逐一回答。
Arduino UNO 扩展接口并不多，但它有一项必杀技：I2C（全称“Inter-Integrated Circuit”，也叫
“IIC” ）。这个通信协议已经存在了将近40年，由飞利浦半导体（现在的 NXP）所定义。它将连接数百个设备或传感器的复杂电路，简化为2根数据线（SDA —— 数据 和 SCL —— 时序）。我们可以看看 NXP 的官方介绍：
I2C 的优势
现在已有成千上万使用 I2C 协议的设备或传感器，通过 Arduino 开发板都能控制它们。常见的如。外部精密时钟（DS1307）、数字电位器、温度计、指南针、FM收音模块、外部存储、I/O扩展，液晶显示屏、数字放大器等等。只需一条总线（即两条数据线）就可以连接所有的设备，上限是112个。
Arduino UNO 的I2C端口是 A4（SDA）、A5（SCL）：
如果你使用的是 Mega2560，那么SDA 和 SCL 分别是 20、21，其他开发板请参考官方DataSheet。如果使用 DIY系统 则 SDA、SCL 分别为27脚和28脚。I2C 总线接线方式很简单：
如果只连接一个 I2C 设备，那么上拉电阻就不是必须的。如果连接多个设备，那么要接两个 10KΩ 上拉电阻，但也有些设备会要求 4.7KΩ 上拉电阻。没关系，按要求连接即可。I2C 总线可以达到 1 米左右，但要注意导线寄生电容对数据传输的影响。另外，使用 NXP P82B715 等IC，可以将总线长度延长至20米以上，这个以后我们会讲到。
I2C 设备分 master 和 slave 两类定义，Arduino 开发板一般就是 master，总线连接的设备和传感器是 slaves 。问题出现了，总线上设备那么多，读写数据时怎样才能区分它们？我们想对A设备写入数据，但如何保证不会写进了B设备？
实际上，每个 I2C 设备都有一个唯一的地址。利用地址信息就可以区分它们。
首先，I2C 需要使用库 wire.h，同时要用到方法 Wire.begin()，要把它放到 void setup() 中。然后，向I2C设备发送数据必须具备两个元素，设备的唯一地址（16进制）和至少一个字节的数据。
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Wire.beginTransmission(0x2F);// 设备地址为0x2F
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地址会向 SDA 线发送，提醒对应的设备，数据来了：
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Wire.write(0);//向总线写入0，这个数据会传送到上面的地址中
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根据地址找到设备后，向其发送数据。这期间，这个设备会张开手臂迎接数据的到来，而其他设备则会无视，因此一次只能操作一个I2C设备。
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Wire.endTransmission();//结束通信
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此语句表示本次通信结束。否则，无法进行下一个设备的数据传输。
我们需要从设备接受数据，同时也知道了有多少数据将会反馈回来。比如，要求某个设备一次性反馈3个寄存器的信息，每个信息需要一个变量来存储：
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Wire.requestFrom(device_address,3);
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这告诉设备，向 Arduino 反馈3个寄存器的信息，后面立刻跟上3个指针变量：
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*a=Wire.read();
*b=Wire.read();
*c=Wire.read();
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获得设备的数据反馈后，将指针变量 *a、*b、*c 视作普通变量使用即可。实际上，用普通变量接受数据也没有问题，但一些操作中，使用指针变量会带来意想不到的好处，比如利用 sizeof(指针变量类型) 的方法，跳转到前后一个字节。
更多 I2C 的细节可以参考 NXP 的官方文档。
现在利用上面的知识，通过 I2C 控制 MCP4725 （12bits DAC ）模块的电压输出。其实，MCP4725是一个能将参考电压分成 4096 份（12bits）的精密电压 IC。在 Arduino 上，可以输出0~5V之间的电压，每级电压为 5/4096V ：
在 Arduino UNO 上，模块 SDA 接 A4，SCL 接 A5，VCC 是参考电压，接5V或3.3V都可以，输出范围分别为 0~5V 和 0~3.3V，GND 接 GND。
学习操作一个模块时，首先要做的事情是查阅其 DataSheet，MCP4725 的在这里。第19页有一个表格（FIGURE 6-2: Write Commands for DAC Input Register and EEPROM.）很重要：
表格告诉我们，操作这个模块要给出4个字节：
1st byte 是地址；
2nd byte 为操作字节。前三位C2=0、C1=1、C0=0 时，只对 DAC 操作，如果C0=1，还会对EEPROM写入。
3rd byte 是 12bits DAC 的前8bits；
4th byte 前4位为 DAC 总数据的后4位，最后4位没有定义。
现在写一个程序，输出 0~ 3.3V 任意一个电压值，精度位 3.3/4096 V：
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/*
作者：Ardui.Co
效果：MCP4725 输出 0~3.3V 任意电压
版本：1.0
更新时间：2017年3月26日
*/
#include <Wire.h> // I2C 协议必不可少的库
#define MCP4725 0×62 // MCP4725 的地址，如果不清楚可以扫描一下
unsignedintval;
bytebuffer[3];//设置字节变量
voidsetup() {
Wire.begin();// I2C 要开始传输了
}
voidloop(){
buffer[0]=0b01000000;// 对应表格 2nd byte “操作字节”
val=3000;// 写入 0 ~ 4095 的范围
buffer[1]=val>>4;// 将一个整数转化为二进制，并向右移位4位，对应 3rd byte
buffer[2]=val<<4;// 将一个整数转化为二进制，并向左移位4位，最右边空出4位了，对应 4th byte
Wire.beginTransmission(MCP4725);// 传入地址，对应 1st byte
Wire.write(buffer[0]); // 找到地址后，将操作参数传递给 2nd byte
Wire.write(buffer[1]); // 将前面8位传递给 3rd byte
Wire.write(buffer[2]); // 将后面4位传递给 4th byte
Wire.endTransmission();// 结束传输
}
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此时测量MCP4725 上的 OUT 和 GND 之间的电压：
Vout = VCC * val/4095 = 3.3V * 3000/4095 ≈ 2.418V。
不过，由于仪器的测量误差和 LDO 的输出精度，VCC不一定等于3.3V，此时，先测量一下VCC，再做运算。实际测得 VCC = 3.274V，因此 Vout = 3.274V * 3000/4095 = 2.398V
Arduino 是没有内置 DAC 的，但 DAC 的用途很广，比如结合第13课的旋转编码器，就能制作一个连续可以调的数字电源；也可以利用各种数学函数，输出任意波形的信号。