3.24. I2C 代码实践¶

machine.I2C 封装了一个硬件 I2C 控制器。用总线 id 和一个可选的时钟频率来构造它：

from machine import I2C

i2c = I2C(2, freq=400_000)

id 选择使用哪个硬件 I2C 块；可用的编号以及它们映射到的 SDA / SCL 引脚取决于板子（见 OpenMV 开发板）。freq 是 SCL 时钟速率——100_000 是标准模式，400_000 是大多数传感器都支持的常见“快速”速度。

3.24.1. 扫描总线¶

scan() 遍历 7 位地址空间，并返回每个对其地址作出应答的设备的列表：

>>> i2c.scan()
[0x40, 0x68]

这是接好一条新总线后首先要尝试的事情。如果某个设备出现在列表中，说明接线和上拉都没问题。如果列表为空（或比预期的短），那么在怀疑代码之前，应先怀疑上拉、接线或设备的地址引脚。

3.24.2. 内存映射式模式¶

大多数 I2C 传感器把自身状态暴露为一组内部寄存器：状态标志位于某个地址，测量字节位于另一个地址，配置位于第三个地址。该库有两个便捷方法，直接对应“寻址设备、指向某个寄存器、然后读取或写入数据”的模式。

读取一个寄存器：

addr = 0x68
reg  = 0x3B
data = i2c.readfrom_mem(addr, reg, 6)
# `data` is 6 bytes starting at register 0x3B

这一次调用就会发出一个 START，发送带写位的设备地址，发送寄存器地址（一个重复起始），用读位重新发送地址，读取 6 个字节，对最后一个字节发出 NACK，然后发出 STOP。设备看到的是标准的“从寄存器读取”序列；脚本看到的是一次 Python 调用。

写入一个寄存器：

i2c.writeto_mem(addr, 0x6B, b"\x00")

该序列是其镜像：START、地址 + 写、寄存器、负载字节、STOP。

对于寄存器地址为两字节宽的设备（某些 EEPROM 和 16 位寻址的存储器），请传入 addrsize=16：

data = i2c.readfrom_mem(addr, 0x0100, 32, addrsize=16)

3.24.3. 读取一个传感器¶

下面是一个短循环，在一个典型的 MEMS 传感器上读取 WHO_AM_I 标识和加速度计 X 轴：

import time
import struct
from machine import I2C

i2c         = I2C(2, freq=400_000)
ADDR        = 0x68
WHO_AM_I    = 0x75
ACCEL_X_HI  = 0x3B

print("WHO_AM_I:", i2c.readfrom_mem(ADDR, WHO_AM_I, 1)[0])

while True:
    raw = i2c.readfrom_mem(ADDR, ACCEL_X_HI, 2)
    x   = struct.unpack(">h", raw)[0]
    print("accel X:", x)
    time.sleep_ms(100)

readfrom_mem() 返回一个 bytes 对象，因此 WHO_AM_I 读取用 [0] 索引第一个（也是唯一一个）字节。加速度计读取的是两个原始字节，需要把它们组装成一个有符号的 16 位值；struct 格式 ">h" 以大端有符号方式完成这件事——这是大多数 I2C 传感器使用的字节序，与 UART 链路上常见的小端约定相反。struct.unpack() 总是返回一个元组（每个格式字符对应一个元素），因此 [0] 取出这个单一的值。

3.24.4. 更底层的访问¶

对于不遵循寄存器映射模式的设备，有两个更底层的方法可以对地址阶段和数据方向进行直接控制：

i2c.writeto(addr, b"\x01\x02\x03")    # write 3 bytes to addr
data = i2c.readfrom(addr, 4)          # read 4 bytes from addr

这些方法对于带命令流接口的设备（显示器、某些实时时钟）很有用，在这些场合寄存器映射的便捷辅助方法并不太合适。

3.24.5. 无可用硬件块时进行位操作（bit-banging）¶

machine.SoftI2C 在任意 GPIO 引脚上提供相同的 API，用软件位操作（bit-banging）实现该协议：

from machine import SoftI2C, Pin

i2c = SoftI2C(scl=Pin("P5"), sda=Pin("P4"), freq=100_000)

当设备需要接在没有连到硬件 I2C 块的引脚上，或者所有硬件块都已被占用时，就使用它。位操作循环比硬件 I2C 慢，并且 CPU 在整个事务期间都保持忙碌，但其 API 与 I2C 完全相同，因此现有代码只需更改构造函数即可切换过来。