第9章 ESP32 I2C 完整教學：I2C Scanner、LCD1602、OLED 與多裝置通訊

前言：為什麼 ESP32 一定要學 I²C？

前面的 ESP32 教學中，我們已經學會：

GPIO
PWM
ADC
Touch Sensor
DHT11 / DHT22

接下來會開始使用越來越多模組，例如：

LCD1602
OLED
RTC
環境感測器
ADC
EEPROM
IMU
氣壓計
光線感測器

如果每個模組都要使用大量 GPIO，

ESP32 的 Pin 很快就不夠用了。

這時候就需要：

I²C

I²C 最大的特色之一，就是只需要：

SDA
+
SCL

兩條主要訊號線，就可以在同一個 Bus 上連接多個裝置。

例如：

┌── LCD1602
                │
ESP32 ── I²C ───┼── OLED
                │
                ├── RTC
                │
                └── Sensor

只要這些裝置具有不同的：

I²C Address

ESP32 就可以透過同一組 SDA / SCL 與它們通訊。

目前 Arduino-ESP32 官方 I²C API 使用 Wire.h，Master 模式可透過 Wire.begin() 啟動，也可以使用 Wire.begin(sdaPin, sclPin, frequency) 自行指定 SDA、SCL 與 Bus Frequency。

本章將完整學習：

I²C
↓
SDA / SCL
↓
Wire Library
↓
I²C Address
↓
I²C Scanner
↓
LCD1602 I²C
↓
SSD1306 OLED
↓
Multiple I²C Devices
↓
DHT11 + LCD1602

最後完成：

ESP32 + DHT11 + I²C LCD1602 溫溼度顯示器

一、什麼是 I²C？

I²C 常寫成：

I2C
I²C

全名：

Inter-Integrated Circuit

是一種很常見的同步式序列通訊介面。

典型 I²C Bus 使用：

SDA
SCL

兩條訊號線。

其中：

SDA
=
Serial Data

負責資料。

SCL
=
Serial Clock

負責 Clock。

基本架構：

ESP32
 │
 ├── SDA ───────────────┐
 │                      │
 └── SCL ───────────────┤
                        │
              ┌─────────┼─────────┐
              │         │         │
              ▼         ▼         ▼
            LCD       OLED      Sensor

這就是：

I²C Bus

二、SDA 是什麼？

SDA：

Serial Data

負責傳送：

Address
Command
Data
ACK / NACK

等資訊。

ESP32 和 I²C Device 的資料都會透過 SDA 傳輸。

三、SCL 是什麼？

SCL：

Serial Clock

負責提供同步時脈。

概念：

SCL
↓
Clock

SDA
↓
Data

接收端就能依照 Clock 判斷何時讀取 SDA 上的 Data Bit。

四、ESP32 預設 SDA / SCL 是哪兩腳？

這個問題非常常見。

對：

Generic ESP32

Arduino-ESP32 官方目前列出的常見預設 I²C Pin 是：

SDA
→ GPIO21

SCL
→ GPIO22

但官方同時提醒：

Default pins may vary from board to board.

也就是：

不同 ESP32 Board 不一定完全一樣。

因此本章使用：

const uint8_t SDA_PIN = 21;
const uint8_t SCL_PIN = 22;

作為：

常見原始 ESP32 / ESP32-WROOM-32

教材設定。

如果使用：

ESP32-S3
ESP32-C3
ESP32-C6
其他開發板

應確認實際 Board Pinout。

五、ESP32 I²C 腳位可以自行指定嗎？

可以。

這也是 ESP32 相較許多傳統 Arduino 開發板很方便的地方。

Arduino-ESP32 官方 API：

Wire.begin(
  sdaPin,
  sclPin,
  frequency
);

例如：

Wire.begin(
  21,
  22,
  100000
);

代表：

SDA = GPIO21
SCL = GPIO22
Frequency = 100 kHz

官方目前的 Master Mode API 確實提供：

bool begin(
  int sdaPin,
  int sclPin,
  uint32_t frequency
);

六、Wire Library 是什麼？

Arduino 使用 I²C 時，最重要的 Library 是：

#include <Wire.h>

Wire 就是 Arduino I²C 通訊的主要 API。

初始化：

Wire.begin();

或者：

Wire.begin(
  SDA_PIN,
  SCL_PIN
);

ESP32 Master Mode 可以利用：

Wire.beginTransmission();
Wire.write();
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom();
Wire.read();

等函式與 I²C Device 通訊。

七、I²C Master 與 Device

一個典型 Bus：

ESP32
↓
I²C Master

LCD1602
OLED
RTC
Sensor
↓
I²C Devices

Master 會先指定：

Address

再和特定 Device 通訊。

因此即使：

LCD
OLED
RTC

全部接在相同：

SDA
SCL

ESP32 還是知道現在要跟哪一個裝置說話。

八、什麼是 I²C Address？

每個 I²C Device 都有：

I²C Address（補充說明）

可以把它想像成同一條 Bus 上的：

裝置門牌號碼。

例如：

Device A
Address = 0x27

Device B
Address = 0x3C

Device C
Address = 0x68

ESP32 要和 0x3C 通訊時：

Wire.beginTransmission(
  0x3C
);

就會指定對應 Device。

九、為什麼 Address 常寫成 0x27、0x3C？

因為：

0x

代表：

Hexadecimal

也就是十六進位。

例如：

0x27
0x3C
0x68

都是常見的 I²C Address 表示方式。

程式通常直接使用：

#define LCD_ADDRESS 0x27

或：

#define OLED_ADDRESS 0x3C

十、LCD1602 的 Address 一定是 0x27 嗎？

不一定。

很多 LCD1602 I²C Backpack 常見：

0x27

也可能是：

0x3F

或其他 Address。

Address 會受到：

I²C Expander IC
A0 / A1 / A2
PCB 設計
焊接 Jumper
模組版本

影響。

所以不要只看到網路程式：

LiquidCrystal_I2C lcd(
  0x27,
  16,
  2
);

就認為：

我的 LCD 一定也是 0x27。

最可靠的方法：

I²C Scanner

十一、OLED Address 一定是 0x3C 嗎？

也不一定。

SSD1306 OLED 常見 Address：

0x3C

或：

0x3D

部分 Display 可以透過硬體 Address Pin 或 Jumper 選擇 Address。Adafruit 的 SSD1306 資料也列出常見的 0x3C / 0x3D 位址。

因此：

不管是 LCD 還是 OLED，先跑 Scanner 是最好的習慣。

十二、什麼是 I²C Scanner？

I²C Scanner 是 ESP32 初學者非常值得保留的一支工具程式。

它的工作流程：

ESP32
↓
Address 0x01
↓
有人回應嗎？
↓
Address 0x02
↓
有人回應嗎？
↓
...
↓
Address 0x7E

只要某個 Address：

ACK

就表示：

Bus 上有 Device 回應。

Scanner 就把 Address 印在 Serial Monitor。

十三、I²C Scanner 的原理

Scanner 主要使用：

Wire.beginTransmission(
  address
);

然後：

error =
  Wire.endTransmission();

官方 Arduino-ESP32 API 說明，endTransmission() 會將資料送至 beginTransmission() 所指定的 Address，並回傳 Error Code。

因此 Scanner 可以透過：

error == 0

判斷：

該 Address 有 I²C Device 回應。

十四、ESP32 I²C Scanner 完整程式

/*
  ESP32 I2C Scanner

  Generic ESP32:
  SDA -> GPIO21
  SCL -> GPIO22
*/

#include <Wire.h>


const uint8_t SDA_PIN = 21;
const uint8_t SCL_PIN = 22;


void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  delay(500);

  Serial.println();
  Serial.println(
    "ESP32 I2C Scanner"
  );


  if (!Wire.begin(
        SDA_PIN,
        SCL_PIN))
  {
    Serial.println(
      "I2C initialization failed!"
    );

    while (true)
    {
      delay(1000);
    }
  }


  Serial.println(
    "I2C Ready"
  );
}


void loop()
{
  uint8_t
  deviceCount = 0;


  Serial.println();
  Serial.println(
    "Scanning..."
  );


  for (
    uint8_t address = 1;
    address < 127;
    address++
  )
  {
    Wire.beginTransmission(
      address
    );


    uint8_t error =
      Wire.endTransmission();


    if (
      error == 0
    )
    {
      Serial.print(
        "I2C device found at 0x"
      );


      if (
        address < 16
      )
      {
        Serial.print(
          "0"
        );
      }


      Serial.println(
        address,
        HEX
      );


      deviceCount++;
    }
  }


  if (
    deviceCount == 0
  )
  {
    Serial.println(
      "No I2C devices found."
    );
  }
  else
  {
    Serial.print(
      "Total devices: "
    );

    Serial.println(
      deviceCount
    );
  }


  Serial.println(
    "Scan complete."
  );


  delay(3000);
}

這種 Scanner 做法也是 Arduino 世界中很常見的 I²C Address 偵測方式。

十五、Scanner 顯示範例

如果只接 LCD：

ESP32 I2C Scanner

Scanning...

I2C device found at 0x27

Total devices: 1

就知道：

LCD Address
=
0x27

如果接 OLED：

I2C device found at 0x3C

則：

OLED Address
=
0x3C

十六、如果 Scanner 找不到任何 Device？

先檢查：

VCC
GND
SDA
SCL

再檢查：

SDA / SCL 是否接反

然後確認：

模組供電電壓
I²C Logic Level
Pull-up Resistor
Bus Frequency
GPIO Pin

不要第一時間就修改：

0x27
0x3C
0x3F

因為：

Scanner 一個 Address 都看不到時，通常首先是硬體 / Bus 問題。

十七、I²C 為什麼需要 Pull-up？

I²C 的 SDA / SCL 採用：

Open-drain / Open-collector

類型的 Bus 設計。

簡化概念：

Device
↓
可以把 Line 拉 LOW

但是 HIGH 通常由：

Pull-up Resistor

提供。

架構：

3.3V
 │
Pull-up
 │
 ├──── SDA
 │

3.3V
 │
Pull-up
 │
 └──── SCL

很多：

OLED Module
LCD Backpack
Sensor Board

本身已經具有 Pull-up。

十八、ESP32 I²C 最大的硬體注意事項：Logic Voltage

ESP32 GPIO 是：

3.3V Logic

因此不能因為 LCD1602 Backpack：

VCC = 5V

就直接假設：

SDA / SCL 拉到 5V 也一定安全。

有些 I²C Module 的 Pull-up 是接到 Module VCC。

如果：

Module VCC = 5V

可能造成：

SDA / SCL Pull-up
→ 5V

這並不是好的 ESP32 GPIO 設計。

較安全的方式包括：

確認模組可以 3.3V 工作

或：

確認 SDA / SCL Pull-up 是 3.3V

或使用：

Bidirectional I²C Level Shifter

十九、什麼是 LCD1602 I²C？

傳統 LCD1602 直接使用 Parallel Interface，

通常需要很多腳位：

RS
E
D4
D5
D6
D7

再加：

VCC
GND

使用 I²C Backpack 之後：

ESP32
↓
I²C
↓
I/O Expander
↓
LCD1602

對 ESP32 只需要：

SDA
SCL

即可控制 LCD。

這就是：

LCD1602 I²C

二十、LCD1602 I²C 常見接線

本章以：

SDA = GPIO21
SCL = GPIO22

為例。

建議：

先確認 Backpack 電壓與 SDA / SCL Pull-up 設計。

二十一、LCD1602 I²C Library

Arduino 中常見 Library 名稱：

LiquidCrystal_I2C

程式：

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

建立：

LiquidCrystal_I2C lcd(
  0x27,
  16,
  2
);

意思是：

Address = 0x27
Columns = 16
Rows = 2

二十二、注意：LiquidCrystal_I2C Library 有很多不同版本

這是非常重要的一點。

網路上名稱都叫：

LiquidCrystal_I2C

但不同 Library Fork 的初始化 API 可能不同。

有人使用：

lcd.init();

有人則使用：

lcd.begin();

甚至：

lcd.begin(
  16,
  2
);

所以：

如果 lcd.init() 編譯錯誤，不一定是 ESP32 問題，而可能是你安裝的 Library API 不同。

本章以下範例使用常見：

lcd.init();
lcd.backlight();

寫法。

實際使用時應確認安裝 Library 的 API。

二十三、LCD1602 Hello World

假設 Scanner 找到：

0x27

程式：

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>


const uint8_t SDA_PIN = 21;
const uint8_t SCL_PIN = 22;


LiquidCrystal_I2C lcd(
  0x27,
  16,
  2
);


void setup()
{
  Wire.begin(
    SDA_PIN,
    SCL_PIN
  );


  lcd.init();

  lcd.backlight();


  lcd.setCursor(
    0,
    0
  );

  lcd.print(
    "ESP32 I2C"
  );


  lcd.setCursor(
    0,
    1
  );

  lcd.print(
    "LCD1602 Ready"
  );
}


void loop()
{
}

LCD 顯示：

ESP32 I2C
LCD1602 Ready

二十四、setCursor() 是什麼？

LCD1602：

16 Columns
2 Rows

座標概念：

Column
0～15

Row：

0
1

所以：

lcd.setCursor(
  0,
  0
);

就是：

第一列
第一個字元

而：

lcd.setCursor(
  0,
  1
);

就是：

第二列
第一個字元

二十五、為什麼 LCD 有背光卻沒有文字？

很常見。

先確認：

Address

再確認 LCD Backpack 上的小型：

Contrast Potentiometer

如果對比度調得不對，

會出現：

背光有亮
但看不到字

可用小螺絲起子慢慢調整。

二十六、SSD1306 OLED 是什麼？

另一種非常適合 ESP32 的顯示器是：

SSD1306 OLED

常見：

0.96 inch
128 × 64

或：

128 × 32

OLED 不需要像 LCD1602 那樣只顯示固定字元。

它可以顯示：

文字
線條
矩形
圖示
Bitmap
圖表

因此更適合：

Sensor Dashboard
IoT 狀態
圖形介面

二十七、SSD1306 I²C Address

常見 SSD1306：

0x3C

或：

0x3D

部分模組可以依 Address Pin / Jumper 改變。

因此仍然：

先跑 Scanner。

二十八、SSD1306 OLED 接線

以四腳 I²C OLED 為例：

也就是和 LCD：

共用同一組
SDA / SCL

二十九、SSD1306 Arduino Library

常見使用：

Adafruit SSD1306
+
Adafruit GFX Library

程式：

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

建立：

Adafruit_SSD1306 display(
  128,
  64,
  &Wire,
  -1
);

Adafruit 官方 SSD1306 範例也是將 Wire 傳給 Adafruit_SSD1306，由 Wire Library 的 SDA / SCL 操作 I²C Display。

三十、ESP32 SSD1306 OLED Hello World

假設 Scanner 找到：

0x3C

程式：

#include <Wire.h>

#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>


const uint8_t SDA_PIN = 21;
const uint8_t SCL_PIN = 22;


#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64


#define OLED_RESET -1

#define OLED_ADDRESS 0x3C


Adafruit_SSD1306 display(
  SCREEN_WIDTH,
  SCREEN_HEIGHT,
  &Wire,
  OLED_RESET
);


void setup()
{
  Serial.begin(115200);


  Wire.begin(
    SDA_PIN,
    SCL_PIN
  );


  if (!display.begin(
        SSD1306_SWITCHCAPVCC,
        OLED_ADDRESS))
  {
    Serial.println(
      "SSD1306 initialization failed!"
    );

    while (true)
    {
      delay(1000);
    }
  }


  display.clearDisplay();


  display.setTextColor(
    SSD1306_WHITE
  );


  display.setTextSize(
    2
  );


  display.setCursor(
    0,
    0
  );


  display.println(
    "ESP32"
  );


  display.println(
    "OLED"
  );


  display.display();
}


void loop()
{
}

三十一、為什麼 OLED 要 display.display()？

程式：

display.print();

通常只是先把內容畫到：

Display Buffer

最後需要：

display.display();

才真正送到 OLED。

所以流程：

clearDisplay()
↓
setCursor()
↓
print()
↓
draw...
↓
display()

三十二、LCD1602 與 OLED 怎麼選？

如果做：

Temperature
Humidity

LCD1602 已經很夠用。

如果做：

Temperature
Humidity
Wi-Fi
Battery
Trend Chart
Icon

OLED 會更方便。

三十三、一組 SDA / SCL 可以接兩個裝置嗎？

可以。

這就是 I²C 很重要的優點。

例如：

ESP32 GPIO21 SDA
  │
  ├──── LCD1602 SDA
  │
  ├──── OLED SDA
  │
  └──── RTC SDA


ESP32 GPIO22 SCL
  │
  ├──── LCD1602 SCL
  │
  ├──── OLED SCL
  │
  └──── RTC SCL

也就是：

Parallel Bus Connection

不是每個裝置各占一組 GPIO。

三十四、多個 I²C Device 如何區分？

靠：

Address（補充說明）

例如：

LCD1602
0x27

OLED
0x3C

RTC
0x68

ESP32：

0x27
→ LCD

0x3C
→ OLED

0x68
→ RTC

所以：

SDA 相同
SCL 相同
Address 不同

就可以共存。

三十五、如果兩個裝置 Address 一樣怎麼辦？

這就是 I²C 常見問題之一。

假設：

Device A
0x3C

Device B
0x3C

而它們又沒有：

Address Jumper

就會 Address Conflict。

常見解決方式：

1. 修改其中一個 Device Address
2. 使用 Address Jumper
3. 更換不同 Address Device
4. 使用 I²C Multiplexer

例如：

TCA9548A

就是常見 I²C Multiplexer。

三十六、多裝置時 Scanner 更重要

如果連接：

LCD1602
OLED
RTC

Scanner 應該可能看到：

Found 0x27
Found 0x3C
Found 0x68

這時很容易知道：

Device
Address
Connection

是不是正常。

因此建議養成：

每次第一次接新的 I²C Module，都先跑 I²C Scanner。

三十七、I²C Frequency 是多少？

常見：

100 kHz

也就是：

Standard Mode

ESP32 可以：

Wire.begin(
  SDA_PIN,
  SCL_PIN,
  100000
);

目前 Arduino-ESP32 官方 begin() API 就允許直接設定 Bus Frequency。

另外也可以：

Wire.setClock(
  400000
);

設定較高速 Bus。

但：

所有 I²C Device、線路與 Pull-up 都必須能支援該 Frequency。

初學教材使用：

100 kHz

即可。

三十八、I²C 線可以拉很長嗎？

I²C 原本比較適合：

PCB
同一設備
短距離模組

而不是：

數公尺
跨房間

因為線路越長：

Capacitance ↑
Noise ↑
Signal Rise Time ↑

就越容易通訊失敗。

如果距離很長，

應考慮：

RS-485
CAN
其他差動介面

而不是強迫 I²C 拉很遠。

三十九、本章實作：ESP32 + DHT11 + I²C LCD1602 溫溼度顯示器

現在把：

第 8 章
DHT11

與：

第 9 章
I²C LCD1602

結合。

架構：

DHT11
  │
GPIO4
  │
  ▼
ESP32
  │
  │ I²C
  ├──── SDA GPIO21
  │
  └──── SCL GPIO22
        │
        ▼
     LCD1602

顯示：

TEMP: 27.5 C
HUM : 63.2 %

這就是一台真正可以獨立顯示的：

ESP32 數位溫溼度計

四十、實作材料

四十一、完整 GPIO 規劃

DHT11 DATA
→ GPIO4

LCD SDA
→ GPIO21

LCD SCL
→ GPIO22

整理：

四十二、完整接線

DHT11

ESP32 3.3V
→ DHT VCC

GPIO4
→ DHT DATA

GND
→ DHT GND

裸 DHT Sensor 必須注意：

DATA Pull-up

LCD1602 I²C（補充說明）

ESP32 GPIO21
→ LCD SDA

ESP32 GPIO22
→ LCD SCL

ESP32 GND
→ LCD GND

VCC 則依 LCD Backpack 實際電氣規格設計。

如果 Backpack 必須使用 5V 才能正常顯示，

請確認：

SDA / SCL Pull-up Voltage

不要把 5V Logic 直接送入 ESP32 GPIO。

必要時使用：

I²C Level Shifter

四十三、先跑 Scanner

正式程式前，

先只接 LCD1602。

執行：

I²C Scanner（補充說明）

如果看到：

I2C device found at 0x27

就把正式程式：

#define LCD_ADDRESS 0x27

如果 Scanner 顯示：

0x3F

則改成：

#define LCD_ADDRESS 0x3F

不要猜。

四十四、需要的 Library

本實作使用：

Wire
LiquidCrystal_I2C
DHT

程式：

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <DHT.h>

其中：

Wire

為 Arduino / ESP32 Core 內建 I²C Library。

DHT 使用上一章：

DHT sensor library by Adafruit
+
Adafruit Unified Sensor

LCD 則依你安裝的：

LiquidCrystal_I2C

版本確認初始化 API。

四十五、ESP32 + DHT11 + LCD1602 完整程式

/*
  第 9 章
  ESP32 I2C 通訊完整教學

  實作：
  ESP32 + DHT11
  + I2C LCD1602
  溫溼度顯示器


  GPIO：

  DHT DATA
  -> GPIO4

  I2C SDA
  -> GPIO21

  I2C SCL
  -> GPIO22


  LCD Address：
  請先使用 I2C Scanner 確認
*/


#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#include <DHT.h>


// =====================================
// I2C
// =====================================
const uint8_t SDA_PIN =
  21;

const uint8_t SCL_PIN =
  22;


const uint32_t
I2C_FREQUENCY =
  100000;


// =====================================
// LCD
// =====================================
// 請依 Scanner 結果修改
const uint8_t
LCD_ADDRESS =
  0x27;


LiquidCrystal_I2C lcd(
  LCD_ADDRESS,
  16,
  2
);


// =====================================
// DHT
// =====================================
const uint8_t
DHT_PIN =
  4;


#define DHT_TYPE DHT11

// 如果使用 DHT22：
// #define DHT_TYPE DHT22


DHT dht(
  DHT_PIN,
  DHT_TYPE
);


// =====================================
// Sensor Interval
// =====================================
const unsigned long
READ_INTERVAL =
  2000;


unsigned long
lastReadTime =
  0;


// =====================================
// Clear LCD Line
// =====================================
void clearLine(
  uint8_t row
)
{
  lcd.setCursor(
    0,
    row
  );

  lcd.print(
    "                "
  );
}


// =====================================
// Show Sensor Error
// =====================================
void showSensorError()
{
  clearLine(0);
  clearLine(1);


  lcd.setCursor(
    0,
    0
  );

  lcd.print(
    "DHT SENSOR"
  );


  lcd.setCursor(
    0,
    1
  );

  lcd.print(
    "ERROR!"
  );
}


// =====================================
// Show Temperature
// =====================================
void showTemperature(
  float temperature
)
{
  clearLine(0);


  lcd.setCursor(
    0,
    0
  );


  lcd.print(
    "TEMP:"
  );


  lcd.print(
    temperature,
    1
  );


  lcd.print(
    " C"
  );
}


// =====================================
// Show Humidity
// =====================================
void showHumidity(
  float humidity
)
{
  clearLine(1);


  lcd.setCursor(
    0,
    1
  );


  lcd.print(
    "HUM :"
  );


  lcd.print(
    humidity,
    1
  );


  lcd.print(
    " %"
  );
}


// =====================================
// setup()
// =====================================
void setup()
{
  Serial.begin(
    115200
  );


  delay(
    500
  );


  Serial.println();
  Serial.println(
    "ESP32 DHT11"
  );

  Serial.println(
    "I2C LCD1602"
  );


  // -----------------------------
  // I2C
  // -----------------------------
  if (!Wire.begin(
        SDA_PIN,
        SCL_PIN,
        I2C_FREQUENCY))
  {
    Serial.println(
      "I2C initialization failed!"
    );


    while (true)
    {
      delay(1000);
    }
  }


  // -----------------------------
  // LCD
  // -----------------------------
  lcd.init();

  lcd.backlight();


  lcd.clear();


  lcd.setCursor(
    0,
    0
  );

  lcd.print(
    "ESP32 DHT11"
  );


  lcd.setCursor(
    0,
    1
  );

  lcd.print(
    "Starting..."
  );


  // -----------------------------
  // DHT
  // -----------------------------
  dht.begin();


  delay(
    1500
  );


  lcd.clear();


  Serial.println(
    "System Ready"
  );
}


// =====================================
// loop()
// =====================================
void loop()
{
  unsigned long
  currentTime =
    millis();


  // -----------------------------
  // Read every 2 seconds
  // -----------------------------
  if (
    currentTime
    - lastReadTime
    < READ_INTERVAL
  )
  {
    return;
  }


  lastReadTime =
    currentTime;


  // -----------------------------
  // Read Sensor
  // -----------------------------
  float humidity =
    dht.readHumidity();


  float temperature =
    dht.readTemperature();


  // -----------------------------
  // Sensor Error
  // -----------------------------
  if (
    isnan(humidity)
    ||
    isnan(temperature)
  )
  {
    Serial.println(
      "DHT Sensor Error!"
    );


    showSensorError();


    return;
  }


  // -----------------------------
  // LCD
  // -----------------------------
  showTemperature(
    temperature
  );


  showHumidity(
    humidity
  );


  // -----------------------------
  // Serial Monitor
  // -----------------------------
  Serial.print(
    "Temperature = "
  );

  Serial.print(
    temperature,
    1
  );

  Serial.print(
    " C"
  );


  Serial.print(
    " | Humidity = "
  );

  Serial.print(
    humidity,
    1
  );

  Serial.println(
    " %RH"
  );
}

四十六、LCD 顯示結果

正常：

TEMP:27.5 C
HUM :63.2 %

Sensor Error：

DHT SENSOR
ERROR!

這樣使用者不用：

USB
Serial Monitor
PC

就可以直接看環境數據。

四十七、為什麼更新 LCD 前先清除整列？

假設原來：

TEMP:100.0 C

下一次變：

TEMP:9.8 C

如果沒有把舊文字清掉，

LCD 可能留下：

TEMP:9.8 C0

之類的殘字。

因此建立：

clearLine();

先輸出：

16 個空白

再寫新內容。

這比每次：

lcd.clear();

更好。

因為整個 LCD 不斷 Clear：

可能閃爍

而局部更新比較平順。

四十八、LCD 更新太快會怎樣？

DHT 本身每：

2 seconds

才有必要讀一次，

所以 LCD 也不需要：

每幾毫秒刷新

本章架構：

每 2 秒
↓
Read DHT
↓
Update LCD

就很合理。

這也減少：

I2C Traffic
LCD Flicker
不必要重繪

四十九、如何改成 DHT22？

只需要改：

#define DHT_TYPE DHT11

成：

#define DHT_TYPE DHT22

接線與 LCD 程式大致不變。

因此同一支程式可以成為：

ESP32 + DHT11 + LCD1602

或：

ESP32 + DHT22 + LCD1602

五十、如何把 LCD 改成 OLED？

整體 Sensor 架構不用重寫。

原本：

DHT
↓
ESP32
↓
LCD1602

改成：

DHT
↓
ESP32
↓
SSD1306 OLED

Sensor Reading：

dht.readTemperature();
dht.readHumidity();

完全可以保留。

只需要替換：

Display Layer

五十一、DHT11 + OLED 核心顯示範例

假設 OLED Address：

0x3C

可以：

display.clearDisplay();


display.setTextSize(1);

display.setTextColor(
  SSD1306_WHITE
);


display.setCursor(
  0,
  0
);

display.println(
  "ESP32 ENV MONITOR"
);


display.setTextSize(2);


display.setCursor(
  0,
  20
);

display.print(
  temperature,
  1
);

display.println(
  " C"
);


display.setCursor(
  0,
  44
);

display.print(
  humidity,
  1
);

display.println(
  " %"
);


display.display();

就可以製作較漂亮的：

OLED Environment Monitor

五十二、OLED 還能做什麼？

相比 LCD1602，

OLED 可以進一步加入：

Temperature Icon
Humidity Icon
Wi-Fi Icon
Battery
Alarm
Trend
Graph

例如：

┌────────────────────┐
│ ESP32 ENV MONITOR  │
│                    │
│ TEMP    27.5 C     │
│ HUM     63.2 %     │
│                    │
│ WiFi: OK           │
└────────────────────┘

後面加入 Wi-Fi 後就很適合。

五十三、LCD1602 + OLED 可以同時接嗎？

可以，

如果：

Address 不衝突

例如：

LCD1602
0x27

OLED
0x3C

可以：

GPIO21 SDA
├── LCD SDA
└── OLED SDA

GPIO22 SCL
├── LCD SCL
└── OLED SCL

程式：

LiquidCrystal_I2C lcd(
  0x27,
  16,
  2
);


Adafruit_SSD1306 display(
  128,
  64,
  &Wire,
  -1
);

共用：

Wire

即可。

五十四、I²C Bus 上可以接多少 Device？

理論上 I²C Address 空間可以容納很多 Device，

但實際數量還受到：

Address 衝突
Bus Capacitance
Pull-up
線長
Frequency
供電
Device Loading

限制。

因此不要只問：

I²C 理論可以多少個 Address？

更重要的是：

這條實際 Bus 的 Signal Integrity 能不能正常工作？

五十五、兩塊相同 OLED 可以同時接嗎？

假設兩塊 SSD1306：

OLED A
0x3C

OLED B
0x3C

直接接同一 Bus：

Address Conflict

如果模組可以：

0x3C
0x3D

修改其中一塊即可：

OLED A
0x3C

OLED B
0x3D

如果完全無法改 Address，

可以使用：

I2C Multiplexer

五十六、Wire.beginTransmission() 做什麼？

例如：

Wire.beginTransmission(
  0x3C
);

代表：

接下來準備和 Address 0x3C 的 Device 通訊。

資料先透過：

Wire.write();

放進 Buffer。

最後：

Wire.endTransmission();

才真正送出。

Arduino-ESP32 官方文件也特別說明：

Wire.write() 並不是立即直接傳給 Device，而是加入 I²C Buffer；endTransmission() 才會將 Buffer 送出。

五十七、I²C 如何讀取 Device？

一般流程：

Wire.requestFrom(
  address,
  size
);

然後：

Wire.read();

官方 Arduino-ESP32 Master API 目前也提供：

requestFrom()
read()
readBytes()

用於從指定 Device 取得資料。

五十八、常見錯誤：LCD 沒畫面

依序檢查：

1. VCC
2. GND
3. SDA
4. SCL
5. I2C Address
6. Contrast
7. Library
8. init() / begin()
9. Backlight
10. Logic Voltage

最重要：

先跑 Scanner。（補充說明）

五十九、常見錯誤：Scanner 找到 0x27，但是 LCD 沒字

如果：

Scanner
→ 0x27

證明：

I2C Backpack 有回應

但 LCD 還沒字，

再檢查：

Contrast
Library Compatibility
LCD Initialization
Backlight
Backpack Pin Mapping

這時問題就不再只是：

SDA / SCL

六十、常見錯誤：OLED 顯示初始化失敗

如果：

SSD1306 allocation failed

或 Display 初始化失敗，

檢查：

Address
0x3C / 0x3D

以及：

128×32
128×64

是否與實際 OLED 相符。

Adafruit 的不同 SSD1306 Display 範例也會依 Panel 型號使用不同 Screen Size 與 Address。

六十一、常見錯誤：把 SDA / SCL 接反

正確：

ESP32 SDA
→ Device SDA

ESP32 SCL
→ Device SCL

不是：

SDA → SCL
SCL → SDA

雖然這個錯誤很基本，

但在 I²C Scanner 顯示：

No I2C devices found

時非常常見。

六十二、常見錯誤：所有網路教學都寫 GPIO21 / 22，所以每塊 ESP32 都一樣

不對。

Generic ESP32 常見：

SDA = GPIO21
SCL = GPIO22

但官方已明確提醒：

Board default pins may vary.

更可靠的做法：

Wire.begin(
  SDA_PIN,
  SCL_PIN
);

明確指定自己的 Pin。

六十三、常見錯誤：LCD Address 永遠寫死 0x27

不要。

應先：

I2C Scanner
↓
Address
↓
程式

而不是：

網路文章說 0x27
↓
直接複製

OLED 也一樣。

六十四、常見錯誤：每多一個 I²C Device 就換一組 SDA / SCL

一般不需要。

I²C 的目的就是：

一組 SDA
+
一組 SCL
↓
多 Device

只要：

Address 不衝突

就可以共用同一 Bus。

六十五、I²C Scanner 應該保留下來

我很建議 ESP32 開發資料夾固定留一支：

ESP32_I2C_Scanner.ino

每次拿到新模組：

LCD
OLED
RTC
IMU
Sensor
ADC
EEPROM

第一件事：

接線
↓
Scanner
↓
確認 Address
↓
再寫正式程式

這會省下非常多 Debug 時間。

六十六、ESP32 I²C 可以應用在哪些模組？

常見包括：

LCD1602

ESP32
↓
I2C
↓
LCD

OLED

ESP32
↓
SSD1306

RTC

DS3231

IMU

例如：

MPU6050

ADC

例如：

ADS1115

環境 Sensor

例如：

BME280
SHT31
BH1750

EEPROM

例如：

24Cxx

這也是為什麼 I²C 是 ESP32 IoT 教材中非常重要的一章。

六十七、I²C 與 SPI 有什麼差別？

簡單比較：

本章先掌握：

I²C（補充說明）

後面再進入：

ESP32 SPI

六十八、FAQ：ESP32 I²C 常見問題

Q1：ESP32 I2C 的 SDA 是哪一腳？

Generic ESP32 常見預設：

GPIO21

但不同 Board 可能不同。

Q2：ESP32 I2C 的 SCL 是哪一腳？

Generic ESP32 常見：

GPIO22

不同 ESP32 Board 仍應查看實際 Pinout。

Q3：ESP32 可以自行指定 SDA / SCL 嗎？

可以。

例如：

Wire.begin(
  21,
  22,
  100000
);

Arduino-ESP32 官方 Master API 支援自訂 SDA、SCL 與 Bus Frequency。

Q4：ESP32 I2C Scanner 有什麼用途？

用來找出：

Bus 上有哪些 I²C Address。

因此拿到：

LCD
OLED
RTC
Sensor

時可以先確認裝置是否正常回應。

Q5：LCD1602 I2C Address 是多少？

沒有唯一答案。

常見可能是：

0x27
0x3F

正式使用請跑：

I²C Scanner。

Q6：SSD1306 OLED Address 是多少？

常見：

0x3C

或：

0x3D

實際仍以 Scanner / 模組設定為準。

Q7：LCD1602 和 OLED 可以一起接嗎？

可以，

如果 Address 不衝突。

例如：

LCD
0x27

OLED
0x3C

兩者可共用：

SDA
SCL

Q8：I²C 可以接很多裝置嗎？

可以，

但除了 Address 數量，

還要考慮：

Bus Capacitance
Pull-up
線長
Frequency
Address Conflict

Q9：Scanner 找不到裝置怎麼辦？

檢查：

VCC
GND
SDA
SCL
GPIO
Logic Voltage
Pull-up

先解決 Bus 通訊，

再處理 Library。

Q10：LCD 有背光但是沒有字怎麼辦？

先確認：

Scanner 找得到 Address

再調整：

Contrast Potentiometer（補充說明）

並確認：

LiquidCrystal_I2C Library

的初始化 API。

Q11：ESP32 可以接 5V LCD1602 I²C 嗎？

要看完整 Module 電路。

特別需要確認：

SDA / SCL Pull-up

是否被拉到 5V。

ESP32 為 3.3V Logic，

所以不能只因為 LCD VCC 使用 5V，就忽略 I²C Logic Level。

必要時使用：

Bidirectional Level Shifter。

Q12：Wire.h 要另外安裝嗎？

一般 Arduino-ESP32 Core 已經提供：

#include <Wire.h>

不需要另外安裝第三方 Wire Library。

六十九、本章學習重點整理

第一個核心：

I²C 只需要兩條主要訊號線

SDA
+
SCL

第二個核心：

Generic ESP32 常見：

SDA
GPIO21

SCL
GPIO22

但不同 Board 可能不同。

第三個核心：

ESP32 可以：

Wire.begin(
  SDA,
  SCL,
  frequency
);

自行指定 I²C Bus。

第四個核心：

I²C Device 透過：

Address（補充說明 2）

區分。

例如：

0x27
0x3C
0x68

第五個核心：

拿到任何新的 I²C Module，

先使用：

I²C Scanner（補充說明 2）

而不是猜 Address。

第六個核心：

多個 Device：

LCD
OLED
RTC
Sensor

可以共用：

SDA
SCL

前提：

Address 不衝突
+
Bus 電氣條件正常

第七個核心：

LCD1602 適合：

簡單文字
Sensor 數值

SSD1306 OLED 則更適合：

文字
圖示
圖形
Dashboard

七十、本章總結

在第 9 章中，我們正式學習 ESP32 最重要的通訊介面之一：

I²C（補充說明 2）

整體架構：

ESP32
 │
 ├── SDA
 │
 └── SCL
      │
      ▼
    I²C Bus
      │
 ┌────┼────────┬────────┐
 ▼    ▼        ▼        ▼
LCD  OLED     RTC      Sensor

首先學會：

#include <Wire.h>

以及：

Wire.begin();

對 Generic ESP32，本章使用：

SDA = GPIO21
SCL = GPIO22

但這只是常見預設；Arduino-ESP32 官方明確指出不同 Board 的 Default Pins 可能不同。

接著認識：

I²C Address（補充說明 2）

並完成非常重要的工具程式：

ESP32 I²C Scanner

讓 ESP32 自動找出：

0x27
0x3C
0x68
...

等 Bus 上的 Device Address。

之後實作：

LCD1602 I²C（補充說明 2）

學會：

Address
Backlight
Cursor
16×2 Character Display

再進一步認識：

SSD1306 OLED（補充說明）

以及：

128×64
Pixel Display
Text
Graphics

最後把上一章：

DHT11

與本章：

I²C LCD1602

整合成：

ESP32 + DHT11 + I²C LCD1602 溫溼度顯示器（補充說明）

完整資料流程：

Temperature
Humidity
      │
      ▼
    DHT11
      │
    GPIO4
      │
      ▼
    ESP32
      │
      │ I²C
      ├── SDA GPIO21
      └── SCL GPIO22
            │
            ▼
         LCD1602
            │
            ▼
   TEMP:27.5 C
   HUM :63.2 %

至此，ESP32 已經從單純：

Serial Monitor

進一步具備：

獨立顯示介面

而 I²C 的真正價值還不只 LCD。

後面可以繼續加入：

OLED
RTC DS3231
MPU6050
BME280
BH1750
ADS1115
EEPROM

形成：

ESP32
+
Multiple Sensors
+
Multiple I²C Devices

的完整系統。

因此如果只記住本章一個實作流程，就是：

接好 SDA / SCL → 先跑 I²C Scanner → 確認 Address → 再安裝對應 Library → 最後整合正式程式。

這個習慣可以解決大量 ESP32 I²C 模組「明明接好了卻完全沒反應」的問題。