Сканер I2C-адресов: когда экран молчит

Экран молчал. Я перепрошил Uno четыре раза, переустановил LiquidCrystal_I2C, покрутил потенциометр контраста до хруста — экран был заведомо рабочий, код был из официального примера. Между делом я успел перечитать три форума и усомниться в честности продавца. Спасла самодельная программа из двадцати строк: сканер I2C показал устройство на адресе 0x3F, а я все четыре часа стучался на 0x27.

Это самая частая история про I2C вообще и про LCD1602 в особенности: одинаковые на вид модули отвечают на разных адресах, и угадать невозможно. В этом уроке напишем сканер, который за секунду опрашивает адреса от 0x03 до 0x77 и печатает, кто откликнулся. Научимся читать коды ошибок endTransmission(), подставлять найденный адрес в скетч и отличать «плохой адрес» от «плохих проводов» — второе, увы, бывает чаще.

Переходник для LCD-экранов построен на микросхеме PCF8574 — восьмибитном расширителе портов, который превращает два провода шины в восемь линий данных для экрана. Она выпускается в двух версиях: PCF8574 занимает адреса 0x20–0x27, а PCF8574A — 0x38–0x3F. Маркировка у них почти неразличимая, цена одинаковая, в наборах их кладут вперемешку. Конкретный адрес внутри диапазона выбирают перемычки A0, A1 и A2 — на дешёвых переходниках они спаяны намертво, и сменить его нельзя.

Отсюда моё рабочее правило: любой чужой скетч с зашитым адресом — лотерея. Порядок всегда один: подключил модуль → запустил сканер → прочитал адрес из Serial → вставил в свой код. Тридцать секунд против четырёх часов гадания. Сканер я храню отдельным скетчем с 2019 года и запускаю его чаще, чем любой пример из документации.

Логика сканера предельно проста. Мастер перебирает адреса от 0x03 до 0x77 — это 117 дверей. Для каждой он делает beginTransmission(addr) и тут же закрывает передачу через endTransmission(), не отправляя ни байта данных. Если на линии есть устройство с таким адресом, оно откликается подтверждением, и endTransmission() возвращает 0. Если никто не ответил — возвращается код ошибки. Обойти подъезды и послушать, где на «тук-тук» откроют, — вот и вся физика.

Для сканера важен только ноль. Остальные коды пригождаются в отладке: двойка почти всегда значит «перепутаны SDA и SCL» либо «нет питания модуля», тройка — что устройство живое, но данные принять не готово.

Построчно, потому что тут есть пара неочевидных мелочей. Переменная addr объявлена как byte: значений всего 120, и переполнения не случится. Но если когда-нибудь захотите перебирать полный диапазон до 0xFF, берите int — иначе byte закольцуется на 255 и цикл станет вечным. Проверка if (addr < 16) добавляет ведущий ноль, чтобы адрес 0x07 не печатался как «0x7». delay(5) внутри находки — пауза, чтобы строки не слипались в кашу на скорости 9600 бод.

Заметьте: сканер ничего не знает о ваших модулях — и это его сила. Ему не нужны библиотеки экранов, драйверы датчиков и даже знание, что за железо висит на шине: только Wire и цикл. Именно поэтому он первым запускается на любой новой плате у меня в мастерской — раньше всех остальных скетчей.

Допустим, сканер напечатал «Устройство на адресе 0x3F». Дальше всё скучно и хорошо: подставляем адрес в скетч — LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F, 16, 2); — и экран оживает. Но вывод сканера полезно читать глубже: по адресу часто можно опознать модуль, даже если на нём стёрта маркировка. Вот моя шпаргалка по типовым адресам:

Если на шине два устройства с одним адресом — например, часы DS3231 на 0x68 и гироскоп MPU6050, тоже на 0x68, — они начнут отвечать одновременно, и данные перемешаются. Диагноз поставит тот же сканер: он увидит один адрес, а вы вспомните, что подключили двух кандидатов. Лечится даташитом: у MPU6050 есть ножка ADO — притяните её к питанию, и модуль переедет на 0x69.

Три задачи — прямо в симуляторе. На реальной плате они выглядят так же, только панель I2C заменяет ваш Serial-монитор:

Первый подозреваемый — провода. Dupont-контакты надламываются у обжима и работают через раз, а шина на 100 кГц к этому чувствительна. Мой порядок действий: заменить оба сигнальных провода на заведомо целые, проверить питание модуля, убедиться в общей земле — и только потом лезть в код. Про длину тоже помним: стандарт ограничивает ёмкость шины 400 пФ, на практике это «около метра» обычных проводов при 100 кГц; длиннее — подтяжка 2,2 кОм или снижение скорости.

Второй подозреваемый — питание. Экран с переходником ест копейки, но если кормить всю макетку от батарейки-таблетки, ничего не заведётся, и сканер тут не виноват. Третий — скорость: если шину уже разогнали до 400 кГц правкой регистров, на длинных проводах сканер может не увидеть даже живое устройство. Моё мнение: во время отладки полезно временно сбросить скорость до минимума и поставить подтяжку пожирнее, 2,2 кОм, — если после этого девайс отвечает, виновата физика, а не код.

Сканер — мой талисман: скучные двадцать строк, которые превращают «экран молчит» в «адрес 0x3F» за одну минуту. В следующем уроке пойдём дальше: две платы на одной шине, где вторая Uno сама становится устройством с адресом 0x08 и отвечает мастеру по запросу. Пока — запустите симуляторный сканер и посмотрите, как панель I2C отрабатывает стук в каждую дверь, пока на 0x27 не откроют.