树莓派学习笔记——I2C PCF8574 BCM2835 Library

1.前言

    树莓派的GPIO端口数量有限，可通过IO扩展芯片增加GPIO的数量，使得树莓派可以适应更多的应用。PCF8574为一款通过I2C总线扩展IO的芯片，单个PCF8574可扩展8个IO，一个I2C总线最多可挂载8个PCF8574，所以树莓派最多可扩展64个IO。

    树莓派的LIB很多，例如wiringPi和bcm2835 C library都提供I2C API函数，本文选择bcm2835 C librayr实现对PCF8574的控制。

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2.PCF8574使用简述

    PCF8574的采用7位I2C地址，7位I2C地址中的低3位从高到低分别为A2 A1和A0，该3位为地址选择位，若地址选择全部接GND，那么PCF8574的I2C从机地址为0x20。图1为PCF8574的基本信息，左侧为芯片内部结构示意图，其中A2 A1和A0决定从机地址而从机地址直接影响I2C总线控制器，右侧上部为PCF8574引脚图，右侧下部为I2C从机地址组成示意图，从机地址的高4位为0100，该4位数字固定不变。

图1 PCF8574基本信息

    请注意I2C 7位从机地址和I2C 读控制字或i2C写控制器存在联系与区别，对于7位从机地址为0x20的PCF8574而言，读控制字为0x41，写控制字为0x40。若使用GPIO通过软件法模拟I2C时序时，通常把写控制字0x40定义为I2C从机地址，软件模拟时的I2C地址（0x40）和I2C 7位从机地址（0x41）存在区别。

    为了保险起见可使用i2cdetect工具查看，具体使用方法请查看参考资料【1】。

图2 使用I2C detect查看PCF8574从机地址

    PCF8574内部含有8个准双向IO，对PCF8574进行一次写操作可修改IO口的输出状态，对PCF8574进行一次读操作可获取IO口的输入状态。I2C总线的操作较为复杂，各芯片之间的差异较大，例如BH1750、AT24C04和ADXL345虽然均使用I2C接口，但是细节之处存在差异较大。

3.代码实现

    新建C文件，并命名为PCF8574.c

#include 

char WriteBuf[1] = {0x00};

int main(int argc, char **argv)
{
    if (!bcm2835_init())
    return 1;
    
    bcm2835_i2c_begin();
    bcm2835_i2c_setSlaveAddress(0x20);
    bcm2835_i2c_set_baudrate(10000);
   
    while(1)
    {
        WriteBuf[0] = 0x00;
        bcm2835_i2c_write( WriteBuf , 1);
        bcm2835_delay(500);

        WriteBuf[0] = 0x01;
        bcm2835_i2c_write( &WriteBuf[0] , 1);
        bcm2835_delay(500);
    }
   
    bcm2835_i2c_end();
    bcm2835_close();

    return 0;
}

bcm2835_i2c_begin();    

设置I2C相关引脚为复用功能

bcm2835_i2c_setSlaveAddress(0x20);

设置I2C从机设备的地址，此处为0x20。

bcm2835_i2c_set_baudrate(100000);

设定I2C通信时的波特率，一般情况下不超过200000HZ(200KHz)。

WriteBuf

该数组为IO口输出结果，若数组中唯一的元素值为0x00时，所有IO口的输出状态为低电平；若该元素的值为0x01时，只有IO0(最低位)为高电平。加上延时函数便了实现PCF8574 IO0电平不断翻转的效果。

4.编译与执行

    使用CD命令进入PCF8574.c所在的目录，并输入

    gcc -o PCF8574 PCF8574.c -lbcm8574

    sudo ./PCF8574

5.总结和展望

    具备I2C接口的传感器很多，例如温度、湿度、加速度和角速度等等，如果用好树莓派的I2C接口做很多的应用。bcm2835 C library也非常好用，把之前需要几天乃至几周调试的工作量缩短为几个小时乃至几分钟，这样可以把更多的时间与精力集中于应用本身。学习树莓派更看重的是树莓派的网络功能，把网络功能和传感功能结合起来做一些好玩有意思的应用。

6.参考资料

【1】i2cdetect安装和使用

【2】PCF8574数据手册

【3】扩展板链接