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第二十章 machine.I2C类实验
本章将介绍machine模块中的I2C类。通过本章的学习，读者将学习到machine模块中I2C类的使用。 本章分为如下几个小节： 20.1 machine.I2C类介绍 20.2 硬件设计 20.3 程序设计 20.4 运行验证 20.1 machine.I2C类介绍 machine.I2C类是machine模块内提供的类，该类不仅能用于访问和控制Kendryte K210硬件上的I2C控制器，还能使用软件模拟I2C与外部设备通讯。I2C总线用于和多个外部设备进行通信，多个外部设备可以共用一个I2C总线。Kendryte K210的硬件I2C控制器具有以下特点： 1. 支持主机模式和从机模式 2. 支持主机多从机通信 3. 支持标准模式（100Kb/s） 4. 支持快速模式（400Kb/s） 5. 支持7-bit和10-bit寻址 6. 支持关闭SCL时钟实验连续数据传输 7. 支持可编程数字噪声滤波功能 machine.I2C提供了I2C构造函数，用于创建一个I2C对象，I2C构造函数如下所示： class I2C(id=I2C.I2C0, mode=I2C.MODE_MASTER, scl=None, sda=None, gscl=None, gsda=None, freq=400000, timeout=1000, addr=0, addr_size=7, on_receive=None, on_transmit=None, on_event=None) 通过I2C构造函数可以通过指定参数创建并初始化一个I2C对象。 id指的是I2C的编号，可以是I2C.I2C0~I2C.I2C5和I2C.I2C_SOFT，其中I2C.I2C0~I2C.I2C2对应了Kendryte K210硬件上的I2C0、I2C1和I2C2，而I2C.I2C3~I2C.I2C5和I2C.I2C_SOFT则是CanMV软件通过控制GPIOHS模拟的I2C。 mode指的是I2C模式，可以是I2C.MODE_MASTER（主机模式）或I2C.MODE_SLAVE（从机模式）。 scl指的是I2C SCL信号使用的IO引脚编号。 sda指的是I2C SDA信号使用的IO引脚编号。 gscl指的是当使用软件模拟I2C时，I2C SCL信号使用的GPIOHS编号。 gsda指的是当使用软件模拟I2C时，I2C SDA信号使用的GPIOHS编号。 freq指的是I2C的通讯频率，支持标准模式100Kb/s、快速模式400Kb/s，若是硬件I2C，还支持超快速模式1000Kb/s和高速模式3.4Mb/s。 timeout指的是软件模拟I2C等待SCL信号释放的超时时间。 addr指的是从机模式下的从机地址，即本机地址。 addr_size指的是地址的长度，可以是7或10，分别对应7-bit和10-bit寻址。 on_receive指的是从机模式下的接收回调函数。 on_transmit指的是从机模式下的发送回调函数 on_event指的是从机模式下的事件回调函数（开始事件和结束事件）。 I2C构造函数的使用示例如下所示： from board import board_info from machine import I2C i2c = I2C(id=I2C.I2C0, scl=board_info.IMU_SCL, sda=board_info.IMU_SDA) machine.I2C类为I2C对象提供了scan()方法，用于扫描I2C总线上的从机，scan()方法如下所示： I2C.scan() scan()方法用于扫描I2C总线上挂载的所有I2C设备并以列表的形式返回它们的I2C从机地址。 scan()方法的使用示例如下所示： from board import board_info from machine import I2C i2c = I2C(id=I2C.I2C0, scl=board_info.IMU_SCL, sda=board_info.IMU_SDA) devices = i2c.scan() machine.I2C类为I2C对象提供了readfrom_mem_into()方法，用于读取从机寄存器的值到指定的变量中，readfrom_mem_into()方法如下所示： I2C.readfrom_mem_into(addr, memaddr, buf, mem_size=8) readfrom_mem_into()方法用于读取从机寄存器的值到指定的变量中。 addr指的是I2C从机的从机地址。 memaddr指的是I2C从机的寄存器地址。 buf指的是指定保存数据的变量。 mem_size指的是寄存器宽度，默认为8bit。 readfrom_mem_into()方法的使用示例如下所示： from board import board_info from machine import I2C i2c = I2C(id=I2C.I2C0, scl=board_info.IMU_SCL, sda=board_info.IMU_SDA) devices = i2c.scan() buf = bytearray(1) i2c.readfrom_mem_into(devices[0], 0x0F, buf) machine.I2C类为I2C对象提供了writeto_mem()方法，用于将指定变量的值写入到从机的寄存器中，writeto_mem()方法如下所示： I2C.writeto_mem(addr, memaddr, buf, mem_size=8) writeto_mem()方法用于将指定变量的值写入到从机的寄存器中。 addr指的是I2C从机的从机地址。 memaddr指的是I2C从机的寄存器地址。 buf指的是指定保存数据的变量。 mem_size指的是寄存器宽度，默认为8bit。 writeto_mem()方法的使用示例如下所示： from board import board_info from machine import I2C i2c = I2C(id=I2C.I2C0, scl=board_info.IMU_SCL, sda=board_info.IMU_SDA) devices = i2c.scan() buf = bytearray(1) buf[0] = 0x00 i2c.writeto_mem(devices[0], 0x0F, buf) 20.2 硬件设计 20.2.1 例程功能 1. 创建一个I2C对象，并将其配置为主机模式 2. 使用I2C对象的scan()方法，扫描板载的I2C从设备，并打印输出 3. 使用I2C对象的readfrom_mem_into()方法，读取板载六轴传感器SH3001的芯片ID，并打印输出 20.2.2 硬件资源 1. 六轴传感器SH3001 SCL - IO22 SDA - IO23 20.2.3 原理图 本章实验内容，需要通过I2C总线与板载的六轴传感器SH3001进行通讯，正点原子DNK210开发板上六轴传感器SH3001的连接原理图，如下图所示： 图20.2.3.1 六轴传感器SH3001连接原理图 通过以上原理图可以看出，板载的六轴传感器SH3001通过I2C总线与Kendryte K210进行连接，其中I2C总线的SCL信号和SDA信号对应的IO编号分别为IO22和IO23。同时，因为六轴传感器SH3001的SDO引脚是被拉低的，因此结合六轴传感器SH3001的数据手册可以直到该连接方式的六轴传感器SH3001的I2C通讯从地址为0x36。 20.3 程序设计 20.3.1 machine.I2C类 有关machine.I2C类的介绍，请见第20.1小节《machine.I2C类介绍》。 20.3.2 程序流程图 图20.3.2.1 machine.I2C类实验流程图 20.3.3 main.py代码 main.py中的脚本代码如下所示： from board import board_info from fpioa_manager import fm from machine import I2C # 构造I2C对象 i2c = I2C(I2C.I2C0, scl=board_info.IMU_SCL, sda=board_info.IMU_SDA) # 扫描I2C总线从设备 devices = i2c.scan() print("Find devices:", devices) # 读取SH3001芯片ID buf = bytearray(1) i2c.readfrom_mem_into(0x36, 0x0F, buf) print("SH3001 Chip ID: 0x%X" % buf[0]) 可以看到，首先是构造了一个I2C对象，I2C对象被配置为默认的主机模式，并且I2C总线的SCL和SDA信号使用的分别是六轴传感器SH3001所连接的SCL和SDA对应的IO。 接着使用scan()方法，扫描I2C总线上的从设备地址，并且通过print()打印输出，由于板载六轴传感器SH3001的I2C设备地址为0x36，因此应该会扫描到设备地址为0x36的I2C设备。 最后使用readfrom_mem_into()方法读取六轴传感器SH3001的芯片ID，并通过print()打印输出，因为六轴传感器SH3001的芯片ID为0x61，因此这一步骤输出的芯片ID因该为0x61。 20.4 运行验证 将DNK210开发板连接CanMV IDE，并点击CanMV IDE上的“开始(运行脚本)”按钮后，可以看到“串行终端”窗口中输出了一系列信息，如下图所示： 图20.4.1 “串行终端”窗口打印输出 可以看到，“串行终端”串口中先是显示了扫描到的I2C总线设备地址，设备地址为54，要注意的是，这的设备地址是以十进制表示的，对应的十六进制就是0x36，也就是板载六轴传感器SH3001的I2C设备地址。 接着是输出了板载六轴传感器SH3001的芯片ID为0x61，这与SH3001数据手册中的描述一致。
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