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前言

MicroPython 是一种精简的 Python 实现，旨在运行在微控制器和嵌入式系统上。在嵌入式开发中，与外部设备进行通信是一项常见任务。而 I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种常用的串行通信协议，适用于连接各种传感器、显示器和其他外设。在 MicroPython 中，通过 machine 模块提供的 I2C 类，可以轻松地实现对硬件 I2C 总线的控制，并与外部设备进行通信。本教程将介绍如何在 MicroPython 中使用 I2C，包括初始化 I2C 总线、发送数据、接收数据等操作，帮助初学者快速上手。

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一、I2C的使用

1.1 分析一种情况

如果我去读一个存储空间使用I2C，我先要发送我要读的地址，然后从设备把我要读的内容给我返回过来，这样就完成了一次I2C的操作了
我们可以实现两个函数，一个发送地址，一个读地址上的内容。
或者实现一个函数实现了发送地址和读地址上的内容。

对于STM32 HAL库帮我们实现了这几个函数：

1. 一个发送一个接收这种叫做Master模式
2. 一个函数实现发送地址和接收地址叫做Mem模式

但是我们的Micropython为了简化理解，他直接实现的是Mem模式，所以我们不需要过多去纠结他。

1.2 初始化I2C总线

我们可以使用下面这个来构造一个I2C对象：

machine.I2C(scl,sda,[,freq])

其中freq为可选参数，他为I2C的速度

import machine

# 初始化 I2C 总线
i2c = machine.I2C(scl=machine.Pin(5), sda=machine.Pin(4))

1.3 扫描可用的I2C设备

我们可以使用下面这个函数扫描I2C总线上是否有设备存在
他会返回一个列表：

i2c.scan()

# 扫描连接的 I2C 设备
devices = i2c.scan()
print("Connected I2C devices:", devices)

1.4 向指定地址写入数据

我们可以使用下面这个函数进行数据的写入：

i2c.writeto_mem(device_address, mem_address, data)

参数1为设备的地址，参数2为你要写入该设备的哪个地方，data为写入的数据

# 写入数据到指定设备的指定内存地址
device_address = 0x68  # 假设设备地址为 0x68
mem_address = 0x00     # 假设内存地址为 0x00
data = b'data_to_write'

i2c.writeto_mem(device_address, mem_address, data)

1.5 读取指定地址的数据

我们可以使用下面这个函数读取数据：

i2c.readfrom_mem(device_address, mem_address, 4)  # 读取4个字节的数据

参数3为你要读取的字节个数，他会通过返回值返回数据

# 从指定设备的指定内存地址读取数据
device_address = 0x68  # 假设设备地址为 0x68
mem_address = 0x00     # 假设内存地址为 0x00
data = i2c.readfrom_mem(device_address, mem_address, 4)  # 读取4个字节的数据

print("Data read from memory:", data)

1.6 关闭I2C总线

我们可以向下面这样关闭一个I2C总线：

# 关闭 I2C 总线
i2c.deinit()

二、示例代码

使用硬件 I2C 总线与 DS3231 实时时钟模块进行通信，读取当前时间并打印出来：

import machine
import utime

# 初始化 I2C 总线
i2c = machine.I2C(scl=machine.Pin(5), sda=machine.Pin(4))

# DS3231 设备地址
device_address = 0x68

# 读取 DS3231 的时间数据
data = i2c.readfrom_mem(device_address, 0, 7)

# 解析时间数据
second = data[0]
minute = data[1]
hour = data[2]
day = data[4]
month = data[5]
year = data[6]

# 打印时间数据
print("Current time: %02d:%02d:%02d %02d/%02d/%04d" % (hour, minute, second, day, month, year + 2000))

# 关闭 I2C 总线
i2c.deinit()

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总结

通过本教程，我们学习了如何在 MicroPython 中使用 I2C 进行串行通信。首先，我们介绍了 I2C 的基本原理和工作方式，包括总线、主从设备、时钟信号和数据信号等概念。然后，我们学习了如何在 MicroPython 中初始化 I2C 总线，并通过 writeto() 和 readfrom() 方法向外部设备发送数据和接收数据。最后，我们通过实际示例演示了如何与传感器等外部设备进行通信，以及如何处理可能遇到的错误和异常情况。通过本教程的学习，读者可以掌握在 MicroPython 中使用 I2C 进行通信的基本技能，为嵌入式开发项目打下良好的基础。