【Arduino】Arduino Mega2560 I2C速率调节

最新推荐文章于 2025-04-24 22:12:35 发布

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#单片机 #嵌入式硬件 #c++

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文章详细描述了在使用ArduinoMega2560和Wire.h库进行I2C通信时，尝试通过setClock()方法改变时钟频率至10kHz遇到的问题。默认的100kHz无法降至10kHz，作者通过查阅库源码和芯片数据手册，发现需要调整TWPS预分频数并修改TWBR的计算方式，最终通过设置TWPS0为1和调整TWBR公式实现了目标频率。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

问题

使用Arduino Mega2560板，Wire.h库进行I²C通信时，需要调节I²C通信的速率。

setClock()方法

直接使用Wire.h库的setClock()方法修改I²C通信的时钟频率。
setClock()介绍
机翻如下：
setClock()介绍机翻

新的问题

默认I²C通信的时钟频率为100kHz，计划使用10kHz频率时，直接调节上述setClock()函数参数为10000，但用示波器测量得到的SCL频率仍约为40kHz。

解决过程

翻了翻Wire库的代码以及Mega2560芯片的数据手册，截取了部分内容如下：
Wire.cpp片段

void TwoWire::setClock(uint32_t clock)
{
  twi_setFrequency(clock);
}

Wire库还依赖了twi.c文件，twi.c片段

void twi_init(void)
{
  ...
  // initialize twi prescaler and bit rate
  cbi(TWSR, TWPS0);
  cbi(TWSR, TWPS1);
  TWBR = ((F_CPU / TWI_FREQ) - 16) / 2;
  // 此处TWI_FREQ在twi.h文件中宏定义为1000000，即IIC默认时钟频率为100kHz
  // #define TWI_FREQ 100000L
  ...
}

void twi_setFrequency(uint32_t frequency)
{
  TWBR = ((F_CPU / frequency) - 16) / 2;
  
  /* twi bit rate formula from atmega128 manual pg 204
  SCL Frequency = CPU Clock Frequency / (16 + (2 * TWBR))
  note: TWBR should be 10 or higher for master mode
  It is 72 for a 16mhz Wiring board with 100kHz TWI */
}

SCL时钟频率计算公式

TWPS预分频数表

由上代码片段结合数据手册可知，在初始化时，预分频数为1，TWBR为8位寄存器，其最大值为255，则SCL频率在此情况下最低为 $\frac{16MHz}{16+2*255} \approx 30.4kHz$ 。
所以为了满足SCL时钟频率达到10kHz的目的，需要将预分频器调节为4分频，即把TWPS0置1，同时修正TWBR计算公式。
最终将twi.c文件中

cbi(TWSR, TWPS0);
TWBR = ((F_CPU / TWI_FREQ) - 16) / 2;

修改为

sbi(TWSR, TWPS0);
TWBR = ((F_CPU / TWI_FREQ) - 16) / 2 / 4;

补充

//-----------位操作定义------------------------
#define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))
#define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))

可知为sbi(sfr, bit)为将寄存器指定位置1，cbi(sfr, bit)为将寄存器指定位置0。

参考资料

setClock() - Arduino Reference
请教:cbi()/sbi()的用法 (amobbs.com 阿莫电子论坛 - 东莞阿莫电子网站)
ATmega640-1280-1281-2560-2561-Datasheet-DS40002211A.pdf