树莓派学习笔记——wiringPi I2C设备使用详解

article/2025/10/28 2:22:59

1.前言

最近认真学习了树莓派，从浅到深认真分析了wiringPi实现代码，借助树莓派学习linux收获颇丰。深入学习linux一段时间后发现它非常有魅力，一个简单的IO口输出操作尽有那么多的“玩法”。wiringPi是一个简单易用的函数库，通过wiringPi可以扩展SPI和I2C等芯片，关于wiringPi的介绍和安装请参考我的另一篇【 博文】。
本篇博文将通过一个简单的例子呈现wiringPi的使用，虽然例子简单但会深入分析wiringPi内部实现代码。

2.若干简述

2.1 MCP23107简述

a) 硬件基本信息
MCP23017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MCP23017的I2C从机地址为 0x20。下图为MCP23017的硬件基本信息，左侧为MCP23017引脚图，右侧为I2C从机地址组成示意图， 从机地址的高4位为0100，高4位数字固定不变。

图1 MCP23017硬件基本信息
MCP23017具有GPA和GPB共16个扩展端口，另外INTA和INTB为IO中断管脚，可反映GPA或GPB的电平变化情况。请注意，RESET为复位管脚低电平有效， 可直接上拉到VDD或接一个1K到10K的电阻上拉至VDD。（经过两天的调试，我发现MCP23017运行几秒便不能运行，后来发现RESET管脚悬空，之后RESET和VDD相连问题解决。）
b) 字节模式
MCP23X17 系列能够工作于 字节模式或顺序模式 （ IOCON.SEQOP）。 
字节模式禁止地址指针自动递增。工作于字节模式时，MCP23X17系列在数据传送期间，传送每个字节后不会递增其内部地址计数器。 顺序模式可使地址指针自动递增。工作于顺序模式时，MCP23X17系列在数据传送期间，传送每个字节后会递增其地址计数器。访问最后一个寄存器后，地址指针自动返回到地址00h。（SEQOP位默认值为0）
c) 寄存器映射关系
BANK位用于更改寄存器的映射方式
如果BANK = 1，与每个端口关联的寄存器将相互独立。与PORTA关联的寄存器从地址00h - 0Ah 映射，与PORTB关联的寄存器从10h - 1Ah映射；如果BANK = 0，A/B寄存器将配对组合。例如，IODIRA将映射到地址00h，而IODIRB将映射到 下一地址 (地址01h)。所有寄存器的映射是从00H到15H。（BANK默认值为0）

图2 寄存器地址映射关系
【其他重要寄存器】
【IODIR I/O方向寄存器。
写1为输入状态，写0为输出状态。请注意在大多数MCU中，写1为输出状态，而MCP23017这样类似的设置完全是microchip的特色。
【GPPU】GPPU上拉电阻寄存器
写1为使能上拉，写入0为禁止上拉。使能芯片内部的上拉电阻往往有很有用。        
【GPIO】通用I/O端口寄存器
写1可以使相应的端口输出高电平，写0可以使响应的端口输出低电平。读取该寄存器可以获得相应端口的输入值。

2.2 用户空间开发I2C设备

通常情况下I2C设备由内核控制。但是在用户空间也可以通过 /dev设备接口访问I2C设备。每一个在内核注册的I2C设备都具有一个编号，该编号从0开始计数，可以查看 /sys/class/i2c-dev/查看具体编号，也可以通过i2ctool工具中的i2cdetect查看。【 i2cdetect工具的安装和使用】【 I2C操作时序介绍】

图3 查看 sys/class/i2c-dev
在linux系统中所有的设备都可以采用文件的形式访问，树莓派的i2c设备位于/dev/i2c-x(对应树莓派版本2为/dev/i2c-1)，可通过open，close，wirte，read和ioclt控制i2c设备。例如open为打开I2C设备，close为关闭I2C设备，wirte为向I2C设备写入字节内容，read为从I2C设备获得字节内容，ioctl可控制I2C设备的运行参数，例如从机地址或I2C速度等参数。更多内容请参考【 linux内核 I2C驱动说明】。
默认情况下，I2C和SPI设备被拉入了“黑名单”，换句话说在树莓派初始化时SPI和I2C设备并没有载入内核。在使用I2C设备之前需要载入SPI和I2C设备，具体参开请参考博文【树莓派I2C和SPI设备配置】

3.简单测试代码

#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <mcp23017.h>// 扩展MCP23017 起始PIN地址
// MCP23017占用 100-115 
#define EXTEND_BASE 100int main (void)
{// wiringPi初始化wiringPiSetup( );// mcp23017初始化，此时MCP23017的I2C地址为0x20mcp23017Setup( EXTEND_BAS E, 0x20 );int i;for ( i = 0 ; i < 16 ; i++ ){pinMode( EXTEND_BASE + i, OUTPUT );}for (;;){for( i = 0 ; i < 16; i++){digitalWrite ( EXTEND_BASE + i, HIGH);delay (500);digitalWrite ( EXTEND_BASE + i, LOW);delay (500);}}return 0 ;
}

4.代码详解

4.1 wiringPiSetup

【 见另一篇博文】

4.2 mcp23017Setup

int mcp23017Setup (const int pinBase, const int i2cAddress)
{int fd ;struct wiringPiNodeStruct *node ;// 初始化I2C设备if ((fd = wiringPiI2CSetup (i2cAddress)) < 0)return fd ;// 附加操作，设置MCP23017设备 I2C操作地址不自动递增wiringPiI2CWriteReg8 (fd, MCP23x17_IOCON, IOCON_INIT) ;// MCP23017加入链表node = wiringPiNewNode (pinBase, 16) ;// 赋值相应的操作函数 my开头的函数均位于mcp23017.c文件中node->fd = fd ;node->pinMode = myPinMode ;node->pullUpDnControl = myPullUpDnControl ;node->digitalRead = myDigitalRead ;node->digitalWrite = myDigitalWrite ;node->data2 = wiringPiI2CReadReg8 (fd, MCP23x17_OLATA) ;node->data3 = wiringPiI2CReadReg8 (fd, MCP23x17_OLATB) ;return 0 ;
}

mcp23017Setup是一个较为复杂的函数，主要实现三部分功能—— 第一，初始化树莓派I2C设备，通过打开 /dev/i2c-1实现（相对于树莓派2版本），通过open可返回一个 文件fd （可理解为设备的标记或编号，就是一个数字，好比你的身份证号）； 第二，加入新节点，wiringPi通过一个链表维护所有的pin，在树莓派中pin是一个比较有趣的概念，例如一个MCP23017具有16个输入或输出PIN，这使得wiringPi增加额外的16个PIN，该16个PIN起始地址可以设定，但必须大于64，16个PIN的地址连续； 第三，增加控制函数，例如digitalRead，digitalWrite和pullUpDnControl等。

4.2.1 I2C初始化 wiringPiI2CSetup

初始化的最终目标为   fd = open (device, O_RDWR) 和  ioctl (fd, I2C_SLAVE, devId) 
【调用关系】 【wiringPiI2CSetup】 --> 【wiringPiI2CSetupInterface】
【wiringPiI2CSetupInterface】 --> 【  fd = open (device, O_RDWR) 】
--> 【  ioctl (fd, I2C_SLAVE, devId)   】 

4.2.2 加入新节点 wiringPiNewNode

wiringPi的外部设备有一个链表构成，相应的数字量读写和模拟量读写均根据该链表完成。该链表是wiringPi的"核心"，链表结构体见以下代码。在该 结构体中记录了节点编号（设备的起始编号 pinBase），以及各种操作函数【操作函数的说明请看4.2.3】。 
struct wiringPiNodeStruct
{int pinBase ;int pinMax ;int fd ; // Node specificunsigned int data0 ; // dittounsigned int data1 ; // dittounsigned int data2 ; // dittounsigned int data3 ; // dittovoid (*pinMode) (struct wiringPiNodeStruct *node, int pin, int mode) ;void (*pullUpDnControl) (struct wiringPiNodeStruct *node, int pin, int mode) ;int (*digitalRead) (struct wiringPiNodeStruct *node, int pin) ;void (*digitalWrite) (struct wiringPiNodeStruct *node, int pin, int value) ;void (*pwmWrite) (struct wiringPiNodeStruct *node, int pin, int value) ;int (*analogRead) (struct wiringPiNodeStruct *node, int pin) ;void (*analogWrite) (struct wiringPiNodeStruct *node, int pin, int value) ;struct wiringPiNodeStruct *next ;
} ;

wiringPiNewNode相关操作可分为3步
【1】查找MCP23017的pin是否被占用。
【2】在内存中开辟一个wiringPiNewNode。
【3】给该结构体变量设置默认值，并添加到控制链表中。

4.2.3 编写控制函数 

【pinMode】IO口功能设置函数，mode参数—— INPUT为输入状态， OUTPUT为输出状态
【pullUpDnControl】IO口输入功能设置，mode参数
【digitalRead】读取IO口管脚电平状态
【digitalWrite】设置IO口电平状态
【analogRead】 若该IO为模拟量输入端口，读取该端口的模拟输入
【analogWrite】 若该IO为模拟量输出端口，设置该端口的模拟输出

4.3 pinMode

MCP23017的扩展pin必须大于64，在MCP23017Setup函数中注册了相应的pin，此处通过wiringPiFindNode在链表中查找MCP23017的node信息， node信息包括pin编号、设置IO方向、读取和设置IO管脚等。请注意  node->pinMode (node, pin, mode) 指向 MCP23017中的myPinMode函数，该注册工作在mcp23017Setup发生。 
// 位于wiringPi.c
void pinMode (int pin, int mode)
{int fSel, shift, alt ;struct wiringPiNodeStruct *node = wiringPiNodes ;// PIN编号小于64，内部设备if ((pin & PI_GPIO_MASK) == 0){// 代码省略}else{// 查找是否存在该设备if ((node = wiringPiFindNode (pin)) != NULL)node->pinMode (node, pin, mode) ;return ;}
}
// 位于mcp23017.c   
static void myPinMode (struct wiringPiNodeStruct *node, int pin, int mode)
{int mask, old, reg ;pin -= node->pinBase ;// 操作GPA 或 GPBif (pin < 8)reg = MCP23x17_IODIRA ;else{reg = MCP23x17_IODIRB ;pin &= 0x07 ;}// 获得IODIRx原始值mask = 1 << pin ;old = wiringPiI2CReadReg8 (node->fd, reg) ;// 设置新值if (mode == OUTPUT)old &= (~mask) ;elseold |= mask ;wiringPiI2CWriteReg8 (node->fd, reg, old) ;
}

4.4 digitalWrite

digitalWrite函数和pinMode函数操作思路相同，先检测该pin位于板载区域还是扩展区域，如果是扩展区域该pin是否有效，如果有效则调用digitalRead函数。 
// 位于wiringPi.c
int digitalWrite (int pin)    
{char c ;struct wiringPiNodeStruct *node = wiringPiNodes ;// PIN编号小于64，内部设备if ((pin & PI_GPIO_MASK) == 0){// 代码省略}else{// 查找是否存在该设备if ((node = wiringPiFindNode (pin)) == NULL)return LOW ;return node->digitalWrite (node, pin) ;}
}
// 位于mcp23017.c
static void myDigitalWrite (struct wiringPiNodeStruct *node, int pin, int value)
{int bit, old ;pin -= node->pinBase ; bit = 1 << (pin & 7) ;// 操作GPAif (pin < 8){old = node->data2 ;if (value == LOW)old &= (~bit) ;elseold |= bit ;wiringPiI2CWriteReg8 (node->fd, MCP23x17_GPIOA, old) ;node->data2 = old ;}// 操作GPBelse    {old = node->data3 ;if (value == LOW)old &= (~bit) ;elseold |= bit ;wiringPiI2CWriteReg8 (node->fd, MCP23x17_GPIOB, old) ;node->data3 = old ;}
}

4.6 wiringPiI2CReadReg8 和 wiringPiI2CWriteReg8

这两个函数涉及到linux驱动方面的内容，均通过ioctl (fd, I2C_SMBUS, &args)实现，具体请看以下代码，更多底层的内容请参考【 linux内核 I2C驱动说明】 
struct i2c_smbus_ioctl_data
{char read_write ;uint8_t command ;int size ;union i2c_smbus_data *data ;
} ;
static inline int i2c_smbus_access (int fd, char rw, uint8_t command, int size, union i2c_smbus_data *data)
{struct i2c_smbus_ioctl_data args ;args.read_write = rw ;args.command = command ;args.size = size ;args.data = data ;return ioctl (fd, I2C_SMBUS, &args) ;
}
int wiringPiI2CReadReg8 (int fd, int reg)
{union i2c_smbus_data data;if (i2c_smbus_access (fd, I2C_SMBUS_READ, reg, I2C_SMBUS_BYTE_DATA, &data))return -1 ;elsereturn data.byte & 0xFF ;
}
int wiringPiI2CWriteReg8 (int fd, int reg, int value)
{union i2c_smbus_data data ;data.byte = value ;return i2c_smbus_access (fd, I2C_SMBUS_WRITE, reg, I2C_SMBUS_BYTE_DATA, &data) ;
}

5.总结与提高

wiringPi提供了一个很好的封装，但是也是一把双刃剑。对于初学而言可以很好的利用树莓派实现应用，绕开linux驱动方面的知识，但是慢慢熟悉之后还是要补充linux驱动方面的内容个，使用open、wirte和ioctl实现I2C设备的控制。
国外有很多博文指出，BCM2835的I2C存在问题，该问题发生在I2C Stop时序保持的时间太短导致I2C从设备无法正常体质。参考资料中的第1项包含对I2C硬件问题的讨论和解决方法，请各位参考。

6.参考资料和精彩博文

1.【 修改I2C设备默认速度】【 修改I2C设备默认速度】
2.【 MCP23017 C++ Example 国外】




http://chatgpt.dhexx.cn/article/vXv1tOrj.shtml

相关文章

wiringPi简介、安装和管脚说明,官方document

wiringPi简介、安装和管脚说明,官方document

https://www.cnblogs.com/lulipro/p/5992172.html WiringPi API 教程 https://www.rubydoc.info/gems/wiringpi2/2.0.1/WiringPi/GPIO 硬件初始化函数 使用wiringPi时&#xff0c;你必须在执行任何操作前初始化树莓派&#xff0c;否则程序不能正常工作。 可以调用下表函数…
阅读更多...
树莓派4B-WiringPi库的安装和使用 (C和Python版)

树莓派4B-WiringPi库的安装和使用 (C和Python版)

本文适合&#xff1a;掌握一定的linux常用基本命令&#xff0c;有C或Python编程基础的读者。 有很多入坑树莓派的新手会Python或者C语言&#xff0c;想玩转树莓派上的GPIO硬件资源&#xff0c;但是又不知道从何下手&#xff0c;本文就是一篇让新手入门树莓派GPIO硬件编程的文章…
阅读更多...
（转）树莓派wiringPi库详解

（转）树莓派wiringPi库详解

https://www.cnblogs.com/lulipro/p/5992172.html <div id"post_detail">树莓派wiringPi库详解 wiringPi是一个很棒的树莓派IO控制库&#xff0c;使用C语言开发&#xff0c;提供了丰富的接口&#xff1a;GPIO控制&#xff0c;中断&#xff0c;多线程&#xf…
阅读更多...
树莓派学习笔记——wiringPi GPIO使用详解

树莓派学习笔记——wiringPi GPIO使用详解

1.前言 最近认真学习了树莓派&#xff0c;从浅到深认真分析了wiringPi实现代码&#xff0c;借助树莓派学习linux收获颇丰。深入学习linux一段时间后发现它非常有魅力&#xff0c;一个简单的IO口输出操作尽有那么多的“玩法”。wiringPi是一个简单易用的函数库&#xff0c;通过w…
阅读更多...
树莓派在下载Wiringpi时遇到的问题1.软件包 wiringpi 没有可安装候选2.失败：域名解析暂时失败。 wget: 无法解析主机地址 “project-downloads.drogon.ne

树莓派在下载Wiringpi时遇到的问题1.软件包 wiringpi 没有可安装候选2.失败：域名解析暂时失败。 wget: 无法解析主机地址 “project-downloads.drogon.ne

项目场景&#xff1a; 最近无聊,在玩实验室的树莓派,在装Wringpi时遇到了一些问题,记录一下 错误1 我用的是树莓派4B,在sudo apt-get install wiringpi时报了如下错误: 正在读取软件包列表… 完成 正在分析软件包的依赖关系树… 完成 正在读取状态信息… 完成 没有可用的软件…
阅读更多...
树莓派学习笔记——wiringPi简介、安装和管脚说明

树莓派学习笔记——wiringPi简介、安装和管脚说明

1.WiringPi简介 WiringPi是应用于树莓派平台的GPIO控制库函数&#xff0c;WiringPi遵守GUN Lv3。wiringPi使用C或者C开发并且可以被其他语言包转&#xff0c;例如python、ruby或者PHP等。WiringPi中的函数类似于Arduino的wiring系统&#xff0c;这使得熟悉arduino的用户使用wri…
阅读更多...
WiringPi介绍及安装方法

WiringPi介绍及安装方法

WiringPi介绍及安装方法 1.WiringPi简介 WiringPi是应用于树莓派平台的GPIO控制库函数&#xff0c;WiringPi遵守GUN Lv3。wiringPi使用C或者C开发并且可以被其他语言包转&#xff0c;例如python、ruby或者PHP等。WiringPi中的函数类似于Arduino的wiring系统&#xff0c;这使得…
阅读更多...
树莓派wiringPi库详解

树莓派wiringPi库详解

达者为先 师者之意 树莓派wiringPi库详解 1 WiringPi安装2 wiringPi库编译和运行3 wiringPi库API大全3.1 硬件初始化函数3.2 通用GPIO控制函数3.3 时间控制函数3.4 中断3.5 多线程3.6 softPwm软件实现的PWM3.7 串口通信3.8 shift移位寄存器芯片API3.9 树莓派硬件平台特有的API…
阅读更多...
第七课：树莓派WiringPi库

第七课：树莓派WiringPi库

目录 一、WiringPi库介绍 二、WiringPi安装 方法一&#xff1a; 安装git工具&#xff08;已安装跳过&#xff09;&#xff08;前提已更换国内下载源&#xff09; ①&#xff1a;输入一下指令 ​②&#xff1a; 输入指令--在线获得 WiringPi 的源代码&#xff08;2019后不…
阅读更多...
树莓派——wiringPi库详解

树莓派——wiringPi库详解

文章目录 查看树莓派引脚编号wiringPi库API大全硬件初始化函数通用GPIO控制函数时间控制函数串口通信串口通信配置测试代码串口通信实例 中断多线程其他 wiringPi&#xff08;特定平台&#xff0c;特定功能接口&#xff09;库是基于c语言开发的&#xff0c;提供了丰富的接口&am…
阅读更多...
【树莓派】了解wiringPi库、控制继电器

【树莓派】了解wiringPi库、控制继电器

目录 一、wiringPi库二、继电器1、继电器介绍及接线说明2、树莓派控制继电器 一、wiringPi库 wiringPi是一个很棒的树莓派IO控制库&#xff0c;使用C语言开发&#xff0c;提供了丰富的接口&#xff1a;GPIO控制&#xff0c;中断&#xff0c;多线程等。 在树莓派命令行输入gpio…
阅读更多...
树莓派开发—— wiringPi 库的使用

树莓派开发—— wiringPi 库的使用

一、wiringPi 的安装 参考文献&#xff1a; https://www.cnblogs.com/lulipro/p/5992172.html 进入 wiringPi的github (https://git.drogon.net/?pwiringPi;asummary) 下载安装包。点击页面的第一个链接的右边的snapshot,下载安装压缩包。 然后进入安装包所在的目录执行以下…
阅读更多...
WiringPi安装及使用详解

WiringPi安装及使用详解

这个文章先不要看&#xff0c;现在写的跟屎一样&#xff0c;我会断断续续的对本文章进行修改和优化&#xff0c;第一部分没问题&#xff0c;可以参考 WiringPi安装及使用详解 1、WiringPi的安装 2、Wiring常用命令详解 3、Python调用WiringPi库进行开发 1、安装WiringPi 登…
阅读更多...
【wrodpress】wordpress发表文章后无法显示

【wrodpress】wordpress发表文章后无法显示

搭建完wordpress&#xff0c;发表第一篇博客测试。文章发布后&#xff0c;首页已经能显示出文章的标题&#xff0c;但是点进去后却提示该页无法显示。 而且可以看到 因为我写的标题是文字&#xff0c;所以标题默认就是文字&#xff0c;而wordpress生成的链接中包含中文字符是…
阅读更多...
如何在Hexo博客发布文章

如何在Hexo博客发布文章

1、markdown格式上传&#xff1a;Hexo默认使用的格式是markdown格式的文件&#xff0c;所以上传markdown文件可以自动转化为HTML格式的文章&#xff1b; 2、将.md文件复制到你hexo博客文件夹 中 source 下的 _posts 中&#xff0c;默认只有一个 hello-world.md&#xff1b; 3、…
阅读更多...
微信公众号申请及文章发送详细流程介绍

微信公众号申请及文章发送详细流程介绍

文章目录 准备工作一、注册订阅号1.打开微信公众平台网址2.点击右上角立即注册&#xff0c;选择订阅号3.填写信息 二、登录微信公众号发表文章1.登录刚注册的公众号2.选择发表文章类型发表文章3.编辑好文章后可以选择阅览查看内容 三、管理微信公众号1.设置自己公众号内容2.管理…
阅读更多...
使用wxjava实现发表内容、预览信息以及推送文章

使用wxjava实现发表内容、预览信息以及推送文章

大家好，我是雄雄。 文章目录 前言保存草稿的方法获取草稿箱列表根据media_id获取草稿箱信息给指定人发送预览文章推送文章（按照标签推送）前言 今天分享的内容有如下几个： 保存草稿根绝media_id会哦去草稿箱的信息发表内容，并不是发发布（已发表的内容不会推送给用户，不占…
阅读更多...
CSDN 文章审核中的有趣现象

CSDN 文章审核中的有趣现象

简 介&#xff1a; 对于今天CSDN记录实验博文在审核过程中遇到的“审核未通过”进行查询&#xff0c;通过“二分法” 逐步定位到影响审核通过的具体词语&#xff0c;经过修改之后&#xff0c;便完成了 CSDN 中的文章审核。莫名其妙的审核不通过&#xff0c;来自于输入文字中的 …
阅读更多...
csdn发布不了文章的解决

csdn发布不了文章的解决

插件的问题 问题 csdn发布不了文章&#xff0c;点击“发布后”&#xff0c;没有任何反应&#xff1b;编辑框也出现了莫名其妙的框图&#xff08;附图1&#xff09; 本以为是csdn在更新&#xff0c;经咨询客服4006600108&#xff08;可能是浏览器插件或者缓存的问题&#xff0…
阅读更多...
在CSDN写文章是一种什么体验？

在CSDN写文章是一种什么体验？

大家好&#xff0c;我是记得诚。 不知不觉&#xff0c;距离我第一篇博客&#xff0c;已快三年了&#xff0c;时间过得真快。 今天简单写一篇文章&#xff0c;记录自己在CSDN的成长进步。 开始 写博客是受杨秀章老师的启发&#xff0c;看到他充满烟火气的文字&#xff0c;给…
阅读更多...
推荐文章

Copyright @ 2022~2023