PCB圖如下：


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成分

MCP23017T-E/SO 微芯片技術(shù)	× 1
CC0805KRX7R9BB104 國(guó)巨	× 1
CC0805ZRY5V6BB105 國(guó)巨	× 1
CL21A475KAQNNNE 三星電機(jī)	× 1
AECR0805F1K00K9 電阻 0805 1k 今日電阻	× 2

描述

面包板友好型 MCP23017 分線器

2C 端口擴(kuò)展器或擴(kuò)展器是非常有用的設(shè)備，我在我的項(xiàng)目中使用了很多。我的首選設(shè)備絕對(duì)是 PCF8574，主要是因?yàn)樗悬c(diǎn)“面包板友好”。MCP23017 沒(méi)有本地可用的現(xiàn)有分接頭。因此，我決定設(shè)計(jì)我自己的面包板友好型 MCP23017 分線板版本。

分線模塊 PCB 及其特性

面包板友好型 MCP23017 分線板 - 正面

面包板友好型 MCP23017 分線板 – 返回

雖然這絕對(duì)是我比較容易的項(xiàng)目之一，但仍然需要一些時(shí)間才能讓它恰到好處并將一些基本組件和功能直接添加到 PCB 上。

本次突破的主要特點(diǎn)：

– DIP12 布局 – 所有引腳都斷開(kāi)，地址引腳到跳線頭……

– 適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙?，盡可能靠近 MCP23017 芯片。

我不得不利用 PCB 的背面層來(lái)做到這一點(diǎn)，這并不完全理想，但有適當(dāng)?shù)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電源和接地層，以及漂亮的厚走線，我相信它們會(huì)很好。

– 地址選擇器跳線 – 本地可用的分線器沒(méi)有這些。

– 面包板友好布局 – 33.020 毫米 x 20.320 毫米 [電路板尺寸]，各排引腳之間的垂直間距為 15.240 毫米，確保您可以輕松地將其安裝到面包板上，同時(shí)仍有空間將跳線添加到引腳。水平引腳間距為標(biāo)準(zhǔn) 2.54mm。

原理圖

原理圖簡(jiǎn)單明了。不過(guò)有幾點(diǎn)需要注意：

– 原理圖上未顯示地址選擇頭以及 io 引腳頭。

– I2C 上拉電阻設(shè)置為 1k，但可以根據(jù)電路的需要替換為更合適的值

使用突破

讓我們看看這款芯片的一些特點(diǎn)

16 位遠(yuǎn)程雙向 I/O 端口：

I/O 引腳默認(rèn)為輸入

? 高速 I2C 接口 (MCP23017)：

100kHz

400kHz

1.7兆赫

? 高速 SPI 接口 (MCP23S17)：

10 兆赫（最大）

? 三個(gè)硬件地址引腳最多允許

總線上有八個(gè)設(shè)備

? 可配置中斷輸出引腳：

可配置為高電平有效、低電平有效或

開(kāi)漏

? INTA 和 INTB 可配置為運(yùn)行

獨(dú)立或一起

? 可配置中斷源：

來(lái)自配置寄存器的變化中斷

默認(rèn)值或引腳更改

? 極性反轉(zhuǎn)寄存器配置

輸入端口數(shù)據(jù)的極性

? 外部復(fù)位輸入

? 低待機(jī)電流：1 μA（最大值）

? 工作電壓：

1.8V 至 5.5V @ -40°C 至 +85°C

2.7V 至 5.5V @ -40°C 至 +85°C

4.5V 至 5.5V @ -40°C 至 +125°C

16 個(gè) I/O 端口分為兩個(gè)“端口”——A（右側(cè)）和 B（左側(cè)）。引腳 9 連接到 5V，10 到 GND，11 未使用，12 是 I2C 總線時(shí)鐘線（Arduino Uno/Duemailnove 模擬引腳 5，Mega 引腳 21）和 13 是 I2C 總線數(shù)據(jù)線（Arduino Uno/Duemailnove 模擬引腳 4，Mega 引腳 20）。

應(yīng)在 I2C 總線上使用外部上拉電阻——在我們的示例中，我們使用 1k 歐姆值。引腳 14 未使用，我們不會(huì)查看中斷，因此請(qǐng)忽略引腳 19 和 20。引腳 18 是復(fù)位引腳，通常為高電平 - 因此您將其接地以復(fù)位 IC。所以把它連接到5V！

最后我們得到了三個(gè)硬件地址引腳 15~17。這些用于確定芯片的 I2C 總線地址。如果將它們?nèi)窟B接到 GND，則地址為 0x20。如果您有其他具有該地址的器件或需要使用多個(gè) MCP23017，請(qǐng)參見(jiàn)數(shù)據(jù)表中的圖 1-2。

您可以通過(guò)將引腳 15~17 的組合連接到 5V (1) 或 GND (0) 來(lái)更改地址。例如，如果將 15~17 全部連接到 5V，則控制字節(jié)變?yōu)槎M(jìn)制的 0100111，或十六進(jìn)制的 0x27。

使用標(biāo)準(zhǔn) Wire.h 庫(kù)

尋址

23017 具有三個(gè)輸入引腳，允許您為每個(gè)連接的 MCP23017 設(shè)置不同的地址。

以上對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于 IC 輸入引腳值的三行 A0、A1、A2 的硬件地址。您必須將這些硬件輸入的值設(shè)置為 0V 或（高）伏特，不要讓它們懸空，否則它們會(huì)從電噪聲中獲得隨機(jī)值，芯片將無(wú)能為力！

最左邊的四位固定為 0100（由向制造商分配地址范圍的聯(lián)盟指定）。

因此 MCP23017 I2C 地址范圍是十進(jìn)制 32 到十進(jìn)制 37 或 MCP23017 的 0x20 到 0x27。

請(qǐng)注意：地址與 PCF8475 相同。因此，如果您在同一 i2c 總線上使用這兩個(gè)設(shè)備，則必須小心！

MCP23017 非中斷寄存器

IODIR I/O 方向寄存器

為了控制每個(gè)引腳的 I/O 方向，寄存器 IODIR (A/B) 允許您在寫(xiě)入零時(shí)將引腳設(shè)置為輸出，在向寄存器位寫(xiě)入“1”時(shí)將引腳設(shè)置為輸入。這與大多數(shù)微控制器的方案相同——關(guān)鍵是要記住零（“0”）等于輸出中的“O”。

GPPU上拉寄存器

設(shè)置一個(gè)高位設(shè)置相應(yīng) I/O 引腳的上拉有效。

OLAT 輸出鎖存器

這與 18F 系列 PIC 芯片中的 I/O 端口完全相同，無(wú)論是否達(dá)到該引腳的實(shí)際狀態(tài)，您都可以讀回端口引腳的“所需”輸出。即考慮連接到引腳的強(qiáng)電流 LED - 很容易將引腳上的輸出電壓拉低到邏輯閾值以下，即如果從引腳本身讀取，您會(huì)讀回零，而實(shí)際上它應(yīng)該是一. 從軟件工程的角度來(lái)看，讀取 OLAT 寄存器位會(huì)返回“一”。

IPOL 引腳反轉(zhuǎn)寄存器

IPOL(A/B) 寄存器允許您選擇性地反轉(zhuǎn)任何輸入引腳。這減少了將其他設(shè)備連接到 MCP23017 所需的膠合邏輯，因?yàn)槟鸁o(wú)需添加反相邏輯芯片即可將正確的信號(hào)極性輸入 MCP23017。

以正確的方式獲取信號(hào)也非常方便，例如通常使用上拉電阻進(jìn)行輸入，因此當(dāng)用戶按下輸入鍵時(shí)，電壓輸入為零，因此在軟件中您必須記住測(cè)試零。

使用 MCP23017，您可以反轉(zhuǎn)該輸入并測(cè)試 1（在我看來(lái)，按鍵更等同于開(kāi)啟狀態(tài)，即“1”）但是我一直使用上拉（并且 uC 通常在啟用時(shí)使用內(nèi)部上拉) 所以必須忍受零作為“按下”。使用此設(shè)備可以輕松糾正此問(wèn)題。注意：到處使用低電平有效信號(hào)的原因是歷史原因：TTL（晶體管晶體管邏輯）設(shè)備由于內(nèi)部電路而在低電平有效狀態(tài)下消耗更多功率，并且它對(duì)于減少不必要的功耗非常重要——因此，大多數(shù)時(shí)間處于非活動(dòng)狀態(tài)的信號(hào)（例如芯片選擇信號(hào)）被定義為高電平。對(duì)于 CMOS 設(shè)備，任何一種狀態(tài)都會(huì)導(dǎo)致相同的功耗，因此現(xiàn)在無(wú)關(guān)緊要 - 但是使用低電平有效，因?yàn)槊總€(gè)人現(xiàn)在都使用它并且過(guò)去使用它。

SEQOP 輪詢模式：寄存器位：（在 IOCON 寄存器內(nèi)）

如果您的設(shè)計(jì)具有關(guān)鍵中斷代碼，例如用于執(zhí)行時(shí)序關(guān)鍵測(cè)量，您可能不希望非關(guān)鍵輸入產(chǎn)生中斷，即您為最重要的輸入數(shù)據(jù)保留中斷。

在這種情況下，允許輪詢某些設(shè)備輸入可能更有意義。為了便于實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，提供了“字節(jié)模式”。在此模式下，您可以使用時(shí)鐘讀取同一組 GPIO，而無(wú)需提供其他控制信息。即它保持在同一組 GPIO 位上，您可以連續(xù)讀取它而無(wú)需更新寄存器地址。在非字節(jié)模式下，您要么必須將從（A 或 B 組）讀取的地址設(shè)置為控制輸入數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在來(lái)檢查如何在我們的草圖中使用 IC。

正如您現(xiàn)在應(yīng)該知道的，大多數(shù) I2C 設(shè)備都有幾個(gè)可以尋址的寄存器。每個(gè)地址包含一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，用于確定各種選項(xiàng)。所以在使用之前我們需要設(shè)置每個(gè)端口是輸入還是輸出。首先，我們將檢查將它們?cè)O(shè)置為輸出。

因此，要將端口 A 設(shè)置為輸出，我們使用：

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x00); // IODIRA 寄存器

Wire.write(0x00); // 將所有端口 A 設(shè)置為輸出

Wire.endTransmission();

然后將端口 B 設(shè)置為輸出，我們使用：

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x01); // IODIRB 寄存器

Wire.write(0x00); // 將所有端口 B 設(shè)置為輸出

Wire.endTransmission();

所以現(xiàn)在我們處于 void loop() 或您自己創(chuàng)建的函數(shù)中，并且想要控制一些輸出引腳。要控制端口 A，我們使用：

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x12); //地址端口A

Wire.write(??); //要發(fā)送的值

Wire.endTransmission();

要控制端口 B，我們使用：

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x13); //地址端口B

Wire.write(??); //要發(fā)送的值

Wire.endTransmission();

……更換？？將二進(jìn)制或等效的十六進(jìn)制或十進(jìn)制值發(fā)送到寄存器。

要計(jì)算所需的數(shù)字，請(qǐng)考慮從 7 到 0 的每個(gè) I/O 引腳匹配二進(jìn)制數(shù)的一位 - 1 表示開(kāi)啟，0 表示關(guān)閉。因此，您可以插入一個(gè)表示每個(gè)輸出引腳狀態(tài)的二進(jìn)制數(shù)?；蛘撸绻褂枚M(jìn)制，請(qǐng)將其轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制。或十進(jìn)制數(shù)。

例如，您希望引腳 7 和 1 打開(kāi)。二進(jìn)制表示 10000010，十六進(jìn)制表示 0x82，或 130 十進(jìn)制。（如果要顯示遞增值或函數(shù)結(jié)果中的值，使用小數(shù)會(huì)很方便）。

例如，我們希望端口 A 為 11001100，端口 B 為 10001000 - 所以我們發(fā)送以下內(nèi)容（注意我們將二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制）：

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x12); //地址端口A

Wire.write(204); //要發(fā)送的值

Wire.endTransmission();

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x13); //地址端口B

Wire.write(136); //要發(fā)送的值

Wire.endTransmission();

一個(gè)完整的例子

// 引腳 15~17 到 GND，I2C 總線地址為 0x20

#include "Wire.h"

無(wú)效設(shè)置（）

{

Wire.begin(); // 喚醒 I2C 總線

// 將 I/O 引腳設(shè)置為輸出

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x00); // IODIRA 寄存器

Wire.write(0x00); // 將所有端口 A 設(shè)置為輸出

Wire.endTransmission();

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x01); // IODIRB 寄存器

Wire.write(0x00); // 將所有端口 B 設(shè)置為輸出

Wire.endTransmission();

}

無(wú)效二進(jìn)制計(jì)數(shù)（）

{

對(duì)于（字節(jié) a=0；a<256；a++）

{

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x12); // GPIOA

Wire.write(a); // 端口 A

Wire.endTransmission();

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x13); // 通用輸入輸出接口

Wire.write(a); // 端口 B

Wire.endTransmission();

}

}

無(wú)效循環(huán)（）

{

二進(jìn)制計(jì)數(shù)（）；

延遲（500）；

}

使用引腳作為輸入

盡管這可能看起來(lái)像是一個(gè)簡(jiǎn)單的演示，但它的創(chuàng)建展示了如何使用輸出。所以現(xiàn)在您知道如何控制設(shè)置為輸出的 I/O 引腳了。請(qǐng)注意，您不能從每個(gè)引腳提供超過(guò) 25 mA 的電流，因此如果切換更高的電流負(fù)載，請(qǐng)使用晶體管和外部電源等。

現(xiàn)在讓我們扭轉(zhuǎn)局面，繼續(xù)使用 I/O 引腳作為數(shù)字輸入。MCP23017 I/O 引腳默認(rèn)為輸入模式，因此我們只需啟動(dòng) I2C 總線。然后在 void loop() 或其他函數(shù)中，我們所做的就是設(shè)置寄存器的地址來(lái)讀取和接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

// 引腳 15~17 到 GND，I2C 總線地址為 0x20

#include "Wire.h"

字節(jié)輸入=0；

無(wú)效設(shè)置（）

{

序列號(hào).開(kāi)始（9600）；

Wire.begin(); // 喚醒 I2C 總線

}

無(wú)效循環(huán)（）

{

Wire.beginTransmission(0x20);

Wire.write(0x13); // 將 MCP23017 內(nèi)存指針設(shè)置為 GPIOB 地址

Wire.endTransmission();

Wire.requestFrom(0x20, 1); // 從 MCP20317 請(qǐng)求一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)

輸入=Wire.read(); // 將傳入的字節(jié)存儲(chǔ)到“輸入”中

if (inputs>0) // 如果按鈕被按下

{

Serial.println（輸入，BIN）；// 以二進(jìn)制顯示GPIOB寄存器的內(nèi)容

延遲（200）；// 去抖動(dòng)

}

}

使用 Adafruit 庫(kù)

您可以從此處下載 Adafruit MCP23017 庫(kù)。

一些例子，直接來(lái)自庫(kù)，所有代碼都屬于Adafruit，不是我寫(xiě)的。

1. 按鈕示例

#include

#include “Adafruit_MCP23017.h”

// MCP23017 I/O 擴(kuò)展器的基本引腳讀取和上拉測(cè)試

// 公共區(qū)域！

// 將擴(kuò)展器的引腳 #12 連接到模擬 5（i2c 時(shí)鐘）

// 將擴(kuò)展器的引腳 #13 連接到模擬 4（i2c 數(shù)據(jù)）

// 將擴(kuò)展器的引腳#15、16 和 17 接地（地址選擇）

// 將擴(kuò)展器的引腳 #9 連接到 5V（電源）

// 將擴(kuò)展器的引腳 #10 接地（公共接地）

//通過(guò)?10kohm電阻將引腳＃18連接到5V（復(fù)位引腳，低電平有效）

// 輸入#0 在引腳 21 上，因此連接一個(gè)按鈕或從那里切換到地

Adafruit_MCP23017 mcp;

無(wú)效設(shè)置（）{

mcp.begin(); // 使用默認(rèn)地址 0

mcp.pinMode（0，輸入）；

mcp.pullUp(0, HIGH); // 在內(nèi)部開(kāi)啟 100K 上拉

pinMode（13，輸出）；// 使用 p13 LED 作為調(diào)試

}

無(wú)效循環(huán)（）{

// LED 將“回顯”按鈕

數(shù)字寫(xiě)入（13，mcp.digitalRead（0））；

}

2. 中斷示例

// 安裝 LowPower 庫(kù)以獲得可選的睡眠支持。

// 有關(guān)用法的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 loop() 函數(shù)注釋。

//#include

#include

#include

Adafruit_MCP23017 mcp;

字節(jié) LEDPin=13；

// 來(lái)自 MCP 的中斷將由該 PIN 處理

字節(jié)arduinoIntPin=3；

// ... 還有這個(gè)中斷向量

字節(jié) arduinoInterrupt=1;

volatile boolean wakeByInterrupt = false;

// MCP 上的兩個(gè)引腳（端口 A/B，其中一些按鈕已設(shè)置。）

// 按鈕將引腳連接到地，引腳被拉起。

字節(jié) mcpPinA=7；

字節(jié) mcpPinB=15；

無(wú)效設(shè)置（）{

序列號(hào).開(kāi)始（9600）；

Serial.println("MCP23007 中斷測(cè)試");

pinMode（arduinoIntPin，輸入）；

mcp.begin(); // 使用默認(rèn)地址 0

// 我們鏡像 INTA 和 INTB，因此在 MCP 和 Arduino 之間只需要一條線用于 int 報(bào)告

// INTA/B 不會(huì)浮動(dòng)

// INT 將發(fā)出 LOW 信號(hào)

mcp.setupInterrupts(true,false,LOW);

// 端口 A 上的按鈕配置

// 當(dāng)引腳被按鈕接地時(shí)將觸發(fā)中斷

mcp.pinMode（mcpPinA，輸入）；

mcp.pullUp（mcpPinA，高）；// 在內(nèi)部開(kāi)啟 100K 上拉

mcp.setupInterruptPin(mcpPinA,FALLING);

// 類似，但在端口 B。

mcp.pinMode（mcpPinB，輸入）；

mcp.pullUp(mcpPinB, HIGH); // 在內(nèi)部打開(kāi) 100K 上拉電阻

mcp.setupInterruptPin(mcpPinB,FALLING);

// 我們將從 int 例程中設(shè)置一個(gè)用于閃爍的引腳

pinMode（ledPin，輸出）；// 使用 p13 LED 作為調(diào)試

}

// int 處理程序只會(huì)發(fā)出 int 已經(jīng)發(fā)生的信號(hào)

// 我們將從主循環(huán)中完成工作。

無(wú)效intCallBack（）{

喚醒中斷=真；

}

無(wú)效句柄中斷（）{

// 從 INT 獲取 MCP 的更多信息

uint8_t pin=mcp.getLastInterruptPin();

uint8_t val=mcp.getLastInterruptPinValue();

// 我們將根據(jù)觸發(fā)中斷的 PIN 使 LED 閃爍 1 或 2 次

// 3 和 4 個(gè) flases 應(yīng)該是不可能的條件......只是為了調(diào)試。

uint8_t 閃爍=4；

如果（pin==mcpPinA）閃爍=1；

如果（pin==mcpPinB）閃爍=2；

if(val!=LOW) 閃爍=3；

// 模擬一些與此相關(guān)的輸出

for(int i=0;i<閃爍;i++){

延遲（100）；

數(shù)字寫(xiě)入（ledPin，HIGH）；

延遲（100）；

數(shù)字寫(xiě)入（ledPin，低）；

}

// 我們必須等待中斷條件完成

// 否則我們可能會(huì)在持續(xù)狀態(tài)下進(jìn)入睡眠狀態(tài)，并且再也不會(huì)醒來(lái)。

// 因?yàn)?，需要一個(gè)動(dòng)作來(lái)清除 INT 標(biāo)志，并允許它再次觸發(fā)。

// 請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)表了解數(shù)據(jù)。

而（?。╩cp.digitalRead（mcpPinB）&& mcp.digitalRead（mcpPinA）））；

// 并清除排隊(duì)的 INT 信號(hào)

清潔中斷（）；

}

// 方便按鈕觸發(fā)的中斷

// 由于彈跳問(wèn)題，通常會(huì)發(fā)出一些信號(hào)

無(wú)效的清潔中斷（）{

EIFR=0x01；

喚醒中斷=假；

}

/**

*主要程序：讓arduino睡覺(jué)，并在中斷時(shí)醒來(lái)。

* 睡眠需要 LowPower 庫(kù)或類似庫(kù)，但此處模擬睡眠。

* 如數(shù)據(jù)表所述，實(shí)際上可以讓 MCP 在待機(jī)時(shí)僅消耗 1uA，

* 但是沒(méi)有待機(jī)模式。這一切都?xì)w結(jié)為以電流不流動(dòng)的方式設(shè)置每個(gè)引腳。

* 并且您可以在等待時(shí)等待中斷。

*/

無(wú)效循環(huán)（）{

// 在進(jìn)入睡眠/等待之前啟用中斷

// 我們?yōu)?arduino INT 處理程序設(shè)置了一個(gè)回調(diào)。

attachInterrupt（arduinoInterrupt，intCallBack，F(xiàn)ALLING）；

//模擬深度睡眠

while(!awakenByInterrupt);

// 或者讓 arduino 睡覺(jué)，這個(gè)庫(kù)很棒，如果你有的話。

//LowPower.powerDown(SLEEP_1S, ADC_OFF, BOD_OFF);

// 在處理中斷時(shí)禁用中斷。

分離中斷（arduinoInterrupt）；

如果（喚醒ByInterrupt）句柄中斷（）；

}

代碼

https://github.com/adafruit/Adafruit-MCP23017-Arduino-Library