MCP23017 16 bites I2C CJMCU-2317 I/O bővítő modul

Ez az útmutató bemutatja, hogyan lehet működésbe helyezni az MCP23017 CJMCU-2317 expander modult egy Arduino Uno tábla segítségével, hogy LED-et vezéreljünk és gomb állapotát olvassuk az I2C buszra felvett 16 további pinin keresztül. A modul akkor hasznos, amikor a projektnek több digitális be- vagy kimenetére van szüksége, mint ahány pin elérhető az alaplapon, például több LED-et, gombot vagy relét tartalmazó panelekhez.

Működési elv:

Az MCP23017 belső regisztereken keresztül kommunikál az Arduino-val, amelyeket a könyvtár I2C-n keresztül ír és olvas. Két irányítási regiszter, az IODIRA és IODIRB határozza meg, hogy az egyik port 8 pinjei közül melyik be- vagy kimenet, míg a GPIOA és GPIOB regiszterek olvassák vagy írják a pinok fizikai állapotát. A modul I2C-címe 4 rögzített bitből és az A2, A1 és A0 pinok állapotából képződik, ami a 0x20 (amikor mindhárom GND-re van kötve) és 0x27 (amikor mindhárom VCC-re van kötve) közötti címtartományt adja. Ebben az útmutatóban az A0, A1 és A2 a GND-en marad, így a modul a 0x20 címre válaszol. Az Adafruit_MCP23X17 könyvtár elrejti ezeket a regisztereket, és egyszerű funkciókat biztosít, mint a pinMode, digitalWrite és digitalRead a 16 pin mindegyikéhez, amelyeket 0-tól (GPA0) 15-ig (GPB7) számoznak.

Szükséges alkatrészek:

• 1 x MCP23017 I2C 16-Bit IO Expander Module
• 1 x Placa dezvoltare Uno R3 cu Wifi ESP8266, compatibila Arduino
• 1 x Breadboard 830 pontú MB-102
• 1 x LED 5 mm fehér
• 1 x 220 ohmos ellenállás
• 1 x 4 tüskés nyomógomb
• 1 x 40 db Dupont kábel 10 cm, dugó-aljzat

Csatlakoztatás:

A modul az Arduino felé mindössze 4 aktív vezetéket használ, plusz a RESET pin és a címzési pinok, amelyeket rögzítetten az ellátásra vagy a földre kötnek.

Tábla és könyvtárak:

Válassza ki az Arduino IDE-ben az Arduino Uno táblát a Tools > Board > Arduino AVR Boards menüből, amely a csomagban az Arduino IDE-vel alapértelmezésben megtalálható, és nem szükséges további cím hozzáadása a File > Preferences menüben. Telepítse a Library Manager-ból az Adafruit MCP23017 Arduino Library könyvtárat az Adafruit szerzőtől, amely az Adafruit_MCP23X17.h fájlt tartalmazza, és engedélyezze a menedzsernek, hogy az ehhez szükséges Adafruit BusIO függőséget is telepítse. Az alapvető I2C-kommunikáció a Wire könyvtárat használja, amely az Arduino IDE-ben alapértelmezésben megtalálható, és nem szükséges külön telepíteni.

Kód:

A következő program inicializálja a modult az alapértelmezett 0x20 címen, a GPA0-t LED-kimenetként, a GPB0-t pedig beépített pull-up-mal rendelkező gombemenetként konfigurálja, majd bekapcsolja a LED-et, amíg a gomb le van nyomva.

/*
  MCP23017 16-Bit I2C IO Expander - Button and LED Example
  Board: Arduino Uno (Arduino AVR Boards)
  Library: Adafruit MCP23017 Arduino Library (Adafruit_MCP23X17.h) by Adafruit
  Library: Wire.h (included with Arduino IDE)
  Wiring:
  MCP23017 VCC    -> Arduino 5V
  MCP23017 GND    -> Arduino GND
  MCP23017 SCL    -> Arduino A5 (SCL)
  MCP23017 SDA    -> Arduino A4 (SDA)
  MCP23017 RESET  -> Arduino 5V
  MCP23017 A0,A1,A2 -> GND (I2C address 0x20)
  MCP23017 GPA0   -> 220 ohm resistor -> LED anode, LED cathode -> GND
  MCP23017 GPB0   -> push button -> GND (other button terminal)
*/
#include <Adafruit_MCP23X17.h>
Adafruit_MCP23X17 mcp;
const uint8_t LED_PIN = 0;     // GPA0
const uint8_t BUTTON_PIN = 8;  // GPB0
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  // Initialize the MCP23017 at I2C address 0x20
  if (!mcp.begin_I2C(0x20)) {
    Serial.println("MCP23017 not found, check wiring and RESET pin");
    while (1);
  }
  // Configure GPA0 as output for the LED
  mcp.pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  // Configure GPB0 as input with internal pull-up for the button
  mcp.pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
  Serial.println("MCP23017 initialized at address 0x20");
}
void loop() {
  // Read the button state, LOW means pressed (pulled to GND)
  int buttonState = mcp.digitalRead(BUTTON_PIN);
  if (buttonState == LOW) {
    mcp.digitalWrite(LED_PIN, HIGH);  // turn LED on
  } else {
    mcp.digitalWrite(LED_PIN, LOW);   // turn LED off
  }
  Serial.print("Button state: ");
  Serial.println(buttonState == LOW ? "pressed" : "released");
  delay(100);
}

Hogyan működik a kód:

A program elején az Adafruit_MCP23X17.h könyvtárat be kell építeni, és létre kell hozni az mcp objektumot, amelyen keresztül az összes parancs a modulra kerül. A setup függvényben a soros port 9600 baudban inicializálódik, majd az mcp.begin_I2C hívódik meg a 0x20 címmel az I2C-kommunikáció létrehozásához, és ha a modul nem válaszol, a program hibaüzenetet jelenít meg és végtelen ciklussen megáll. A setup-ben is a LED_PIN (GPA0) kimenetként és a BUTTON_PIN (GPB0) INPUT_PULLUP-ként van konfigurálva, az MCP23017 beépített pull-up-ját használva. A loop függvényben a gomb állapotát az mcp.digitalRead(BUTTON_PIN) olvassa, és ha az érték LOW, vagyis a gomb le van nyomva, akkor a LED_PIN-re HIGH értéket ír a LED bekapcsolásához, egyébként LOW értéket. A gomb állapota a soros monitorra is elküldetik, majd egy rövid delay követ.

Eredmény:

Nyissa meg a soros monitort 9600 baudon, a GPA0-ra csatlakoztatott LED-nek világítania kell, amikor a GPB0-ra csatlakoztatott gombot lenyomva tartja, és sötétnek kell lennie, amikor elengedik, valamint a monitor az olvasott gomb állapotát mutatja.

MCP23017 initialized at address 0x20
Button state: released
Button state: released
Button state: pressed
Button state: pressed
Button state: pressed
Button state: released
Button state: released

Gyakori problémák:

Az MCP23017 not found üzenet a soros monitoron általában akkor jelenik meg, amikor a RESET pin nincs csatlakoztatva, mert a modul visszaállítás állapotában marad, a megoldás a RESET közvetlen VCC-re vagy 10 kOhm-os ellenálláson keresztül való csatlakoztatása.

A modul nem válaszol a kódban használt címre, azt jelenti, hogy az mcp.begin_I2C-ben beállított cím nem felel meg az A0, A1 és A2 pinok állapotának, ellenőrizze ezeknek a pinoknak a csatlakozásait, és futtasson egy I2C scannert a valódi cím megerősítéséhez.

A gomb úgy tűnik, hogy mindig lenyomva van, vagy soha nem észlelhető a lenyomása, azt jelenti, hogy a BUTTON_PIN nem INPUT_PULLUP-ként, hanem egyszerű INPUT-ként lett konfigurálva, így a bemenet elektromosan lebeg.

A LED kimarad, pedig a gomb le van nyomva, azt jelenti, hogy a LED fordítva van beépítve, vagy a 220 ohm-os ellenállás hiányzik vagy szakadt, ellenőrizze a LED polaritását és az ellenállás folytonosságát.

Ha több modult használ ugyanazon a buszzon, és egyik sem válaszol helyesen, ellenőrizze, hogy nincs-e két modul ugyanazzal az A0, A1 és A2 kombinációval, minden modulnak egyedi címre van szüksége.

Instabil kommunikáció vagy időszakos hibák néhány centiméteres vezetékek esetén az SDA és SCL buszokra csatlakoztatott 4,7 kOhm-os külső pull-up ellenállások hozzáadásával oldhatók meg, kiegészítve a modul belső hálózatát.

Korlátozások és tanácsok:

Az MCP23017 nem biztosít PWM kimeneteket és nem támogat analóg bemeneteket, csak digitális be- és kikapcsolt típusú jelekhez alkalmas, nem változó feszültségek olvasásához vagy közvetlen fényerő-szabályozáshoz. A 25 mA maximális áram pinként és 125 mA összesen a chip szintjén korlátozza a közvetlenül a GPIO-pinokra csatlakoztatott terhelést, relékhez, motorokhoz vagy nagy teljesítményű LED-ekhez tranzisztorokra vagy külön relékmodulokra van szükség. Ugyanazon az I2C-buszOn egyszerre akár 8 modul is működhet, amelyek összesen 128 további pint biztosítanak, hasznosak sok gomb, LED vagy digitális szenzort tartalmazó panelekhez, az INTA és INTB kimenetek pedig lehetővé teszik a változások kezelését megszakítás révén, a busz folyamatos lekérdezése nélkül.