Das I2C-Bus-System

Aufbau, Funktionsweise und Micropython-Programmierung

Eine Einführung mit dem TTGO T-Display und den I2C-Modulen PCF8574 und LM75A/B

 
In diesem Skript geht es nicht darum, möglichst viele verschiedene I2C-Projekte zu präsentieren. Vielmehr möchte ich die Funktionsweise des I2C-Busses an Hand einiger typischer Beispiele ausführlich erklären und auf dieser Grundlage eine Reihe von Micropython-Programmen für ESP32-Mikrocontroller (z. B. TTGO T-Display) entwickeln. Ich beginne mit einer Darstellung des I2C-Busses und des I2C-Bus-Protokolls.  Auf dieser Grundlage werde ich entsprechende Programme für die Datenübertragung vorstellen. Bei diesen Programmen greifen wir zunächst nicht auf fertige Micropython-Funktionen zurück; stattdessen kontrollieren wir die Zustände der Signal-Leitungen direkt über das Setzen und Lesen der Aus- bzw.  Eingänge (Bit-Banging).
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Danach werden wir uns intensiv mit den Modulen PCF8574 (8-Bit-Expander) und LM75A bzw. LM75B (mehr als nur Temperatur-Sensoren) beschäftigen. Auch hier werden wir immer wieder hinter die Kulissen schauen: So werden wir uns u. A. mit der Darstellung von negativen Zahlen im Zweiersystem beschäftigen und die Funktionsweise von I2C-Micropython-Methoden mit Hilfe von Signal-Diagrammen analysieren.

Inhaltsverzeichnis

1. Grundlagen
1.1 Der I2C-Datenbus
1.2 Das I2C-Bus-Protokoll (Überblick)
1.3 Das I2C-Bus–Protokoll genauer betrachtet
1.4 Aufzeichnen und Analyse einer I2C-Datenübertragung

2. I2C-Master und -Slave programmieren
2.1 Bit-Banging-Programm für einen einfachen Master
2.2 Bit-Banging-Programm für einen einfachen Slave
2.3 Verkabelung und Tests
2.4 Bewährungsprobe: Bit-Banging-Master steuert PCF8574-Modul

3. Die I2C-Klasse von Micropython (ESP32)
3.1 Umgang mit Bytes-Typen
3.2 Noch einmal den PCF8574 steuern – diesmal mit der I2C-Klasse
3.3 Port-Zustand beim PCF8574 lesen
3.4 LM75-Modul: Temperaturwerte lesen (1 Byte, 2 Bytes)

4. Noch mehr zum LM75: Mit verschiedenen Registern arbeiten
4.1 Register: schreiben und lesen
4.2 Die I2C-Methoden readfrom_mem und writeto_mem
4.3 Der OS Compare Mode
4.4 Ein einfacher Thermostat

Beiträge zu weiteren I2C-Modulen
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Materialien: Skript (ca. 30 Seiten), Datasheets, Programme und Videos 
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Thermostat mit LM75B