树莓派学习笔记——I2C使用 PCF8574 Python SMBUS

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。

    树莓派扩展功能的开发方法有很多，例如wiringPi和bcm2835 C library都提供I2C API函数。如果使用python+SMBUS库开发的话，你会发现Linux应用开发原来如此简单。（注意SMBUS和I2C存在区别与联系，在本文中两者是相等的概念）

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3.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。

    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。

图2 PCF8574读写时序

4.代码实现——python

    【安装python smbus】

    sudo apt-get install python-smbus    

    新建一个名为pcf8574.py的文件

#!/usr/bin/env python  
# -*- coding: utf-8 -*-

import smbus
import time

# 打开 /dev/i2c-1
bus = smbus.SMBus(1)
 
while True:
  for i in range(0,4):
	# 向PCF8574写入一个字节
	bus.write_byte( 0x20 , (1<<i) )
	# 延时100ms
	time.sleep(0.1)

【代码详解】

    【1】#!/usr/bin/env python

    定义python解析脚本的绝对路径。

    

    【2】# -*- coding: utf-8 -*-

    py文件为utf-8格式，否则无法写入中文注释。

    【3】import smbus

    导入smbus模块。

    【4】bus = smbus.SMBus(1)

    在树莓派版本2中，I2C设备位于I2C-1，所以此处的编号为1

    【5】bus.write_byte( 0x20 , (1<<i) )

    向PCF8574写入一个字节，注意PCF8574和其他I2C芯片不同，该芯片没有寄存器，发送写控制字之后可直接设置IO口输出状态。

    

   【执行程序】

    进入pcf8574.py所在目录，输入以下指令

    sudo python pcf8574.py

   【运行结果】

图3 运行结果

5.参考资料

【python SMBUS GitHub】python封装SMBUS操作函数具体代码，值得阅读。