Python 库 adafruit-circuitpython-mcp4728 详解

adafruit-circuitpython-mcp4728 是一个专为 CircuitPython 设计的库，用于控制 MCP4728 芯片。MCP4728 是一款四通道 12 位数字到模拟转换器（DAC），支持 I2C 通信，广泛应用于需要精确模拟信号输出的嵌入式项目中。

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一、功能概述

1. 控制 MCP4728 芯片的四个独立 DAC 通道（A、B、C、D）
2. 设置每个通道的输出电压（0~Vcc 范围内）
3. 支持断电模式和省电功能
4. 可配置内部参考电压
5. 支持 EEPROM 存储配置，实现上电自动恢复

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二、安装方法

通过 pip 安装（适用于 CircuitPython 环境）：

pip install adafruit-circuitpython-mcp4728

对于部分开发板，可能需要手动安装依赖库：adafruit-blinka（模拟 CircuitPython API 的兼容层）

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三、基本语法与参数

1. 初始化

import board
import adafruit_mcp4728

# 初始化 I2C 总线
i2c = board.I2C()  # 使用默认 SDA 和 SCL 引脚

# 创建 MCP4728 实例
mcp4728 = adafruit_mcp4728.MCP4728(i2c)

2. 核心方法与参数

方法	说明	参数
set_voltage(channel, value, persist=False)	设置通道输出电压	- channel: 通道标识（‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘d’） - value: 12 位数值（0~4095） - persist: 是否保存到 EEPROM
get_voltage(channel)	获取当前通道设置值	channel: 通道标识
power_down(channel, mode)	设置通道断电模式	- channel: 通道标识 - mode: 断电模式（0~3）
save_settings()	保存当前配置到 EEPROM	无

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四、实际应用案例

案例 1：基本电压输出

import board
import adafruit_mcp4728

i2c = board.I2C()
mcp4728 = adafruit_mcp4728.MCP4728(i2c)

# 设置通道 A 输出 50% 电压（假设 Vcc=3.3V，输出 ~1.65V）
mcp4728.set_voltage('a', 2048)  # 4095 * 50% = 2048

案例 2：四通道独立控制

# 四个通道输出不同电压
mcp4728.set_voltage('a', 1024)  # 25%
mcp4728.set_voltage('b', 2048)  # 50%
mcp4728.set_voltage('c', 3072)  # 75%
mcp4728.set_voltage('d', 4095)  # 100%

案例 3：保存配置到 EEPROM

# 设置并保存配置（断电后仍有效）
mcp4728.set_voltage('a', 2048, persist=True)
# 或批量保存
mcp4728.save_settings()

案例 4：生成锯齿波信号

import time

while True:
    for value in range(4096):
        mcp4728.set_voltage('a', value)
        time.sleep(0.001)  # 控制频率

案例 5：设置断电模式

# 通道 A 进入高阻抗断电模式
mcp4728.power_down('a', 3)  # 模式 3 为高阻抗

# 恢复正常工作
mcp4728.set_voltage('a', 2048)

案例 6：温度控制（模拟加热/冷却信号）

def set_heater_power(percent):
    # 将百分比转换为 12 位值
    value = int(4095 * (percent / 100))
    mcp4728.set_voltage('b', value)

# 设置加热器功率为 70%
set_heater_power(70)

案例 7：多通道同步输出

# 同时更新所有通道（减少 I2C 通信次数）
mcp4728.set_voltage('a', 1024)
mcp4728.set_voltage('b', 2048)
mcp4728.set_voltage('c', 3072)
mcp4728.set_voltage('d', 4095)
mcp4728.save_settings()  # 一次通信完成所有更新

案例 8：读取当前设置值

# 读取所有通道当前值
for channel in ['a', 'b', 'c', 'd']:
    value = mcp4728.get_voltage(channel)
    print(f"Channel {channel}: {value} ({value/4095*100:.1f}%)")

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五、常见错误与解决方法

1. I2C 通信错误

   • 错误：OSError: [Errno 121] Remote I/O error
   • 原因：接线错误、地址冲突或设备未上电
   • 解决：检查接线、确认 I2C 地址（默认 0x60）、确保 Vcc 供电正常

2. 通道标识错误

   • 错误：ValueError: Invalid channel
   • 原因：使用了无效的通道标识（必须是 ‘a’/‘b’/‘c’/‘d’）
   • 解决：检查通道参数拼写

3. 数值范围错误

   • 错误：ValueError: Voltage value must be between 0 and 4095
   • 原因：value 参数超出 0~4095 范围
   • 解决：限制数值在有效范围内

4. EEPROM 写入失败

   • 错误：RuntimeError: Failed to write to EEPROM
   • 原因：EEPROM 写入次数有限（约 10 万次）或通信中断
   • 解决：减少不必要的 persist=True 调用，检查 I2C 连接

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六、使用注意事项

1. 电压限制：输出电压不能超过 Vcc 电压，建议为 MCP4728 提供稳定的 3.3V 或 5V 电源
2. I2C 地址：默认地址为 0x60，可通过 A0 引脚修改为 0x61
3. EEPROM 寿命：避免频繁写入 EEPROM，仅在必要时保存配置
4. 噪声控制：模拟输出线应远离高频信号线，必要时添加滤波电容
5. 热管理：高负载下可能发热，确保良好散热
6. 兼容性：需使用 CircuitPython 3.0 或更高版本
7. 电源时序：确保 MCP4728 上电顺序正确，避免损坏芯片

通过上述内容，你可以全面了解 adafruit-circuitpython-mcp4728 库的使用方法，并在实际项目中灵活应用 MCP4728 芯片的功能。

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