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树莓派I2C通过Shell操作FDC2214[通俗易懂]

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树莓派I2C通过Shell操作FDC2214[通俗易懂]陈拓chentuo@ms.xab.ac.cn2020/07/21-2020/07/29FDC2214是Ti公司的一款低功耗高精度的电容传感器芯片。本文讲述用树莓派LinuxShell配置和操作FDC2214，可以快速熟悉并进行原型开发。1.树莓派换源为了加快所需软件的下载，我们需要先换源。首先查看系统版本：lsb_release-a修改软件更新源/etc/apt/sources.listsudonano/etc/apt/sources.list在下面的语.

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

陈拓 chentuo@ms.xab.ac.cn 2020/07/21-2020/07/29

FDC2214是Ti公司的一款低功耗高精度的电容传感器芯片。本文讲述用树莓派Linux Shell配置和操作FDC2214，可以快速熟悉并进行原型开发。

1. 树莓派换源

为了加快所需软件的下载，我们需要先换源。

  • 首先查看系统版本：lsb_release -a

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  • 修改软件更新源 /etc/apt/sources.list

sudo nano /etc/apt/sources.list

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在下面的语句前面加#注释掉这行：

#deb http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian/ buster main contrib non-free rpi

可以用阿里源：

deb http://mirrors.aliyun.com/raspbian/raspbian/ buster main contrib non-free rpi

也可以用科大源：

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/raspbian/raspbian/ buster main contrib non-free rpi

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然后按Ctrl + O存盘，Ctrl + X退出。

  • 修改系统更新源/etc/apt/sources.list.d/raspi.list

sudo nano /etc/apt/sources.list.d/raspi.list

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在下面的语句前面加#注释掉这行：

#deb http://archive.raspberrypi.org/debian/ buster main

在这里可以添加阿里的源：

deb http://mirrors.aliyun.com/archive.raspberrypi.org/debian/ buster main ui

也可以里用科大源：

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/archive.raspberrypi.org/debian/ buster main ui

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  • 同步更新源

sudo apt-get update

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换源完成。

2. 启用树莓派I2C

树莓派GPIO2和I2C1_SDA，GPIO3和I2C1_SCL是复用的，默认功能是GPIO，如果要使用I2C需要执行如下命令进行树莓派配置，启用I2C功能：

sudo raspi-config

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选择Interfacing Options -> I2C -> yes 启动i2C内核驱动。

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不用重启。

运行lsmod命令查看i2c是否启动：

lsmod | grep i2c

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若没有启动i2c内核驱动，可以试下添加如下配置文件，运行如下命令打开配置文件。

sudo nano /etc/modules

增加以下两行并保存退出。

i2c-bcm2708

i2c-dev

需要重启树莓派。

3. 硬件连接

  • 树莓派引脚

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  • FDC2214引脚

下面左图为芯片引脚，芯片还需要配一些外围电路，可以在网上购买现成的模块。右图为模块引脚。

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  • 接线对照表

树莓派第 5脚（I2C1_SCL）- FDC2214第2脚（SCL）

树莓派第 3脚（I2C1_SDA）- FDC2214第4脚（SDA）

树莓派第 9脚（GND）     – FDC2214第6脚（ADDR）

树莓派第 7脚（GPIO4）   – FDC2214第8脚（SD）

树莓派第11脚（GPIO17）  – FDC2214第10脚（INTB）

树莓派第 6脚（GND）     – FDC2214第12脚（GND）

树莓派第 1脚（3.3V）    – FDC2214第14脚（+3.3V）

  • FDC2214引脚功能

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当SD引脚设置为高电平时，FDC将进入关机模式，关机模式是低功耗状态。将SD引脚设置为低电平时FDC退出关机模式。

注意：FDC2214使用前必须进行复位操作，即将SD拉高进入关机模式，再拉低进入正常工作模式。这时所有寄存器都返回其默认状态，并清除所有错误条件，取消INTB引脚的中断信号。

  • I2C接口规范

FDC使用I2C的扩展启动序列进行寄存器访问。I2C接口的最高速度为400kbit/s。此序列遵循标准I2C 7位从机地址，跟随一个8位指针寄存器字节，以设置寄存器地址。当ADDR引脚设置为低时，FDC I2C地址为0x2A；当ADDR引脚设置为高位时，FDC I2C地址为0x2B。FDC在正常工作状态时，ADDR引脚不得改变状态。

4. 用树莓派GPIO4控制FDC2214的SD引脚

4.1 用Shell命令直接控制GPIO4

  • 使GPIO4从内核空间暴露到用户空间中

echo 4 > /sys/class/gpio/export

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> 是IO重定向符号，IO重定向是指改变linux标准输入和输出的默认设备，指向一个用户定义的设备。echo 4 > export就是把4写入到export文件中。

执行该操作之后，/sys/class/gpio目录下会增加一个gpio4文件夹。

查看GPIO4引脚（在Liunx中设备都以文件的形式，引脚也是设备）

ls /sys/class/gpio

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ls /sys/class/gpio/gpio4

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  • 设置GPIO4为输出模式

echo out > /sys/class/gpio/gpio4/direction

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查看设置：cat /sys/class/gpio/gpio4/direction

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  • FDC2214复位，SD引脚拉高再拉低

1) 向value文件中输入1，GPIO4输出高电平，当SD引脚设置为高电平时，FDC2214将进入关机模式。

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio4/value

查看GPIO4的值：cat /sys/class/gpio/gpio4/value

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2) 再向value文件中输入0，GPIO4输出地电平，FDC完成初始化，进入工作模式。

echo 0 > /sys/class/gpio/gpio4/value

查看初始化过程：

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FDC2214完成Reset。

5. i2c-tools

为了从命令行控制i2c设备，需要安装工具i2c-tools。

5.1 安装i2c-tools

sudo apt-get install i2c-tools

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i2c-tools官网，ttp://www.lm-sensors.org/wiki/i2cToolsDocumentation

I2c-tools仅有四条命令，下面逐条介绍。

5.2 查询i2c设备

  • 树莓派上I2C总线列表

i2cdetect -l

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  • 查看挂在总线上的从机设备地址

i2cdetect -y 1

检测i2c-1上的挂载情况

-y表示取消用户交互过程，直接执行指令

1代表I2C总线编号

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2a=0x2A是FDC2214 I2C的从机地址。

ADDR是设备地址选择引脚：

当ADDR为低时从机地址为0x2A；当ADDR为高时从机地址为0x2B。我的FDC2214 ADDR引脚接地，所以I2C地址为2a。

5.3 查看所有寄存器的内容

i2cdump -y 1 0x2a

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这是寄存器的初始状态，可以对照FDC2214芯片手册查看。

5.4 寄存器内容写入

  • 写字节

i2cset -y 1 I2C从机设备地址 寄存器地址 要写入的值(字节)

  • 写字（2字节）

i2cset -y 1 I2C从机设备地址 寄存器地址 要写入的字节值(字) w

5.5 寄存器内容读出

  • 读字节

i2cget -y 1 I2C从机设备地址 寄存器地址

  • 读字（2字节）

i2cget -y 1 I2C从机设备地址 寄存器地址 w

5.6 读取FDC2214的ID

  • ID寄存器

为了判断树莓派和FDC2214是没有问题，先读取FDC2214的ID，这里有两个ID可以供我们读取：

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# 读取MANUFACTURER_ID

i2cget -y 1 0x2a 0x7E w

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# 18772 = 0x4954，大小端交换0x5449，与芯片手册中Table 45一致。

# 读取DEVICE_ID

i2cget -y 1 0x2a 0x7F w

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# 21808 = 0x5530，大小端交换0x3055，与芯片手册中Table 46一致。

6. 寄存器配置

  • 芯片文档10.2.3.2建议的初始寄存器配置值

FDC上电后立即进入Sleep模式，需要先对寄存器进行设置，再进入工作模式。

需要设置7组寄存器。

  1. 转换时间寄存器（0x08，0x09，0x0A，0x0B）的值0x8329
  2. 建立时间寄存器（0x10，0x11，0x12，0x13）的值0x000A
  3. 分频器寄存器（0x14，0x15，0x16，0x17）的值0x2002
  4. ERROR_CONFIG寄存器（0x19）保持默认值，禁用INTB（最低位控制）。
  5. 多路复用寄存器MUX_CONFIG（0x1B）的值0xC20D
  6. 传感器驱动电流寄存器（0x1E，0x1F，0x20，0x21）的值0x7C00
  7. CONFIG寄存器（0x1A）0x1601 使用外部时钟源（0x1401使用内部时钟源）。这个寄存器最后设置。

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  1. CONFIG寄存器个位的设置

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 转存失败重新上传取消

15:14 b00，在0通道上执行连续转换

13 b0器件活动，b1器件休眠

12 保留，设置为b1

选用设置15:14:13:12 b0001启动器件在0通道上进行连续转换

11 b0全电流活动模式，b1低功耗活动模式

10 保留，设置为b1

9  b0使用内部时钟，b1使用外部时钟

8  保留，设置为b0

选用设置11:10:9:8 b0100全电流活动模式，使用内部时钟

7  b0中断禁用

6  b0所以通道用1.5mA max电流驱动，b1只有通道0用1.5mA电流驱动（单通道模式）

5:0 保留，设置为b000001

选用设置7:6:5:0 b0000 0001

综合设置b0001 0100 0000 0001 0x1401

7. 读取FDC2214各通道的值

7.1 FDC2214初始化CH0

要读取数据首先要初始化。下面是0通道的初始化序列：

  • 设置0通道的参考计数转换间隔时间。寄存器0x08，值0x8329 (0x8329*16)/55M ==9.76ms，每10ms左右可以读取一次值。

先查看原始值：

i2cget -y 1 0x2a 0x08 w

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0x8000大小端交换0x0080，这是Reset值。

i2cset -y 1 0x2a 0x08 0x2983 w（注意大小端交换）

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再读出来验证一下：

i2cget -y 1 0x2a 0x08 w

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大小端交换：寄存器0x08的值为0x8329

  • 设置0通道的转换之前最小稳定时间。寄存器0x10，值0x000A

i2cset -y 1 0x2a 0x10 0x0A00 w

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  • 设置传感器频率在0.01M到8.5M之间。寄存器0x14，值0x2002

i2cset -y 1 0x2a 0x14 0x0220 w

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  • 使能0,1,2,3通道，且带宽设置为10M。寄存器0x1B，值0xC20D

i2cset -y 1 0x2a 0x1B 0x0DC2 w

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  • 设置传感器时钟建立+4个通道的驱动电流0.146ma。寄存器0x1E，值0x7800

注意：手册中给出的建议值0x7C00有误，对照手册Table 41，应该是0x7800。

i2cset -y 1 0x2a 0x1E 0x0078 w

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  • 使能FDC2214,且取内部时钟为参考时钟。寄存器0x1A，值0x1401

i2cset -y 1 0x2a 0x1A 0x0114 w

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读出的值是0x4114，和设置的值不同，这是因为我们只设置了一个通道，下面我们将4个通道都设置再看看：

i2cset -y 1 0x2a 0x08 0x2983 w

i2cset -y 1 0x2a 0x09 0x2983 w

i2cset -y 1 0x2a 0x0A 0x2983 w

i2cset -y 1 0x2a 0x0B 0x2983 w

i2cset -y 1 0x2a 0x10 0x0A00 w

i2cset -y 1 0x2a 0x11 0x0A00 w

i2cset -y 1 0x2a 0x12 0x0A00 w

i2cset -y 1 0x2a 0x13 0x0A00 w

i2cset -y 1 0x2a 0x14 0x0220 w

i2cset -y 1 0x2a 0x15 0x0220 w

i2cset -y 1 0x2a 0x16 0x0220 w

i2cset -y 1 0x2a 0x17 0x0220 w

i2cset -y 1 0x2a 0x1B 0x0DC2 w

i2cset -y 1 0x2a 0x1E 0x0078 w

i2cset -y 1 0x2a 0x1F 0x0078 w

i2cset -y 1 0x2a 0x20 0x0078 w

i2cset -y 1 0x2a 0x21 0x0078 w

i2cset -y 1 0x2a 0x1A 0x0114 w

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这次就对了。

7.2 数据结果寄存器

FDC2214的数值是28位的，这里我们需要读两个寄存器的值（以CH0为例）分别是0x00，和0x01。

从芯片手册可以知道（以CH0为例），0x01寄存器中为数据的低16位，0x00寄存器为数据的高12位，将两个数据合起来，即为相应的数据。

 树莓派I2C通过Shell操作FDC2214[通俗易懂]

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 7.3 读取数据

i2cget -y 1 0x2a 0x00 w

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i2cget -y 1 0x2a 0x01 w

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# 上面是空载数据，下面放指头在电容板上

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7.4 用Shell脚本初始化FDC2214

下面用Shell脚本设置FDC2214 4个通道的寄存器。

  1. 新建一个名为fdc2214_init.sh的脚本

nano fdc2214_init.sh

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#!/bin/bash
echo 4 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio4/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio4/value
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio4/value

i2cset -y 1 0x2a 0x08 0x2983 w
i2cset -y 1 0x2a 0x09 0x2983 w
i2cset -y 1 0x2a 0x0A 0x2983 w
i2cset -y 1 0x2a 0x0B 0x2983 w

i2cset -y 1 0x2a 0x10 0x0A00 w
i2cset -y 1 0x2a 0x11 0x0A00 w
i2cset -y 1 0x2a 0x12 0x0A00 w
i2cset -y 1 0x2a 0x13 0x0A00 w

i2cset -y 1 0x2a 0x14 0x0220 w
i2cset -y 1 0x2a 0x15 0x0220 w
i2cset -y 1 0x2a 0x16 0x0220 w
i2cset -y 1 0x2a 0x17 0x0220 w

i2cset -y 1 0x2a 0x1B 0x0DC2 w

i2cset -y 1 0x2a 0x1E 0x0078 w
i2cset -y 1 0x2a 0x1F 0x0078 w
i2cset -y 1 0x2a 0x20 0x0078 w
i2cset -y 1 0x2a 0x21 0x0078 w

i2cset -y 1 0x2a 0x1A 0x0114 w
  • 为fdc2214_init.sh添加可执行权限

chmod +x fdc2214_init.sh

  • 运行脚本初始化FDC2114

./fdc2214_init.sh

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  • 查看CH0的数据

初始化完成后就可以查看了：

i2cget -y 1 0x2a 0x00 w

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i2cget -y 1 0x2a 0x01 w

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7.5 用Shell脚本读FDC2214数据

  • 新建一个名为read_data.sh的脚本

FDC2214的数值是28位的，这里我们需要读两个寄存器的值（以CH0为例）分别是0x00，和0x01。

从芯片手册可以知道（以CH0为例），0x01寄存器中为数据的低16位，0x00寄存器为数据的高12位，将两个数据合起来，即为相应的数据。

nano read_data.sh

 树莓派I2C通过Shell操作FDC2214[通俗易懂]

#!/bin/bash
while true
do
# CH0
data00=$(i2cget -y 1 0x2a 0x00 w)
let "data00L=data00&0x00ff"
data00L=`printf "0x%02x\n" ${data00L}`
let "data00H=data00>>8&0x00ff"
data00H=`printf "0x%02x\n" ${data00H}`
let "data00W=data00L<<8|data00H"
data00W=`printf "0x%04x\n" ${data00W}`

data01=$(i2cget -y 1 0x2a 0x01 w)
let "data01L=data01&0x00ff"
data01L=`printf "0x%02x\n" ${data01L}`
let "data01H=data01>>8&0x00ff"
data01H=`printf "0x%02x\n" ${data01H}`
let "data01W=data01L<<8|data01H"
data01W=`printf "0x%04x\n" ${data01W}`

let "data0=data00W<<16|data01W"
#data0=`printf "0x%08x\n" ${data0}`	# 十六进制
echo "data0: ${data0}"

#CH1
data02=$(i2cget -y 1 0x2a 0x02 w)
let "data02L=data02&0x00ff"
data02L=`printf "0x%02x\n" ${data02L}`
let "data02H=data02>>8&0x00ff"
data02H=`printf "0x%02x\n" ${data02H}`
let "data02W=data02L<<8|data02H"
data02W=`printf "0x%04x\n" ${data02W}`

data03=$(i2cget -y 1 0x2a 0x03 w)
let "data03L=data03&0x00ff"
data03L=`printf "0x%02x\n" ${data03L}`
let "data03H=data03>>8&0x00ff"
data03H=`printf "0x%02x\n" ${data03H}`
let "data03W=data03L<<8|data03H"
data03W=`printf "0x%04x\n" ${data03W}`

let "data1=data02W<<16|data03W"
#data1=`printf "0x%08x\n" ${data1}`
echo "data1: ${data1}"

#CH2
data04=$(i2cget -y 1 0x2a 0x04 w)
let "data04L=data04&0x00ff"
data04L=`printf "0x%04x\n" ${data04L}`
let "data04H=data04>>8&0x00ff"
data04H=`printf "0x%02x\n" ${data04H}`
let "data04W=data04L<<8|data04H"
data04W=`printf "0x%04x\n" ${data04W}`

data05=$(i2cget -y 1 0x2a 0x05 w)
let "data05L=data05&0x00ff"
data05L=`printf "0x%02x\n" ${data05L}`
let "data05H=data05>>8&0x00ff"
data05H=`printf "0x%02x\n" ${data05H}`
let "data05W=data05L<<8|data05H"
data05W=`printf "0x%04x\n" ${data05W}`

let "data2=data04W<<16|data05W"
#data2=`printf "0x%08x\n" ${data2}`
echo "data2: ${data2}"

#CH3
data06=$(i2cget -y 1 0x2a 0x06 w)
let "data06L=data06&0x00ff"
data06L=`printf "0x%04x\n" ${data06L}`
let "data06H=data06>>8&0x00ff"
data06H=`printf "0x%02x\n" ${data06H}`
let "data06W=data06L<<8|data06H"
data06W=`printf "0x%04x\n" ${data06W}`

data07=$(i2cget -y 1 0x2a 0x07 w)
let "data07L=data07&0x00ff"
data07L=`printf "0x%02x\n" ${data07L}`
let "data05H=data05>>8&0x00ff"
data07H=`printf "0x%02x\n" ${data07H}`
let "data07W=data07L<<8|data07H"
data07W=`printf "0x%04x\n" ${data07W}`

let "data3=data06W<<16|data07W"
#data3=`printf "0x%08x\n" ${data3}`
echo "data3: ${data3}"

echo " "

sleep 1
done
  • 为read_data.sh添加可执行权限

chmod +x read_data.sh

  • 运行脚本

./read_data.sh

树莓派I2C通过Shell操作FDC2214[通俗易懂]

参考文档

树莓派系列教程10：I2C

https://www.waveshare.net/study/article-603-1.html

树莓派开发笔记(八)：GPIO口的I2C使用(BME280三合一传感器：温度、湿度、气压测量)

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