Ve svém druhém příspěvku jsem ukazoval,  jak rozsvítit LED připojenou na GPIO. Je to snadné, že? Tak teď to bude znovu, ale složitěji.

---

Přímé připojení vstupů a výstupů na GPIO porty RPi je hezké (a na výuku/předvádění je to super), ale má to dva háčky:

• Není zcela zjevné, kolik proudu je možno z jednotlivých GPIO krátkodobě a dlouhodobě odebírat – a když to přeženete, nedopadne to dobře.
• Většina „bastlířského“ světa funguje na pětivoltové logice – a pokud přivedete 5 V na vstup, můžete RPi říct jen „pápá“.

Oba tyto problémy lze vyřešit například použitím I2C GPIO expandéru. Pod označením MCP23009-E/P najdete 8-bitový I2C port expander s otevřeným kolektorem – tj. čip, který má na straně RPi jeden I2C port a směrem ven nabízí 8 I/O portů. Každý z portů si můžete nastavit jako vstupní nebo výstupní.

Port nakonfigurovaný jako vstup je tolerantní k pětivoltové logice, tj. korektně přežije spolupráci s TTL zařízením.

Port nakonfigurovaný jako výstup má tyto parametry:

• Je tolerantní k 5 V signálům.
• Má maximální proud 25 mA (a součet přes celý čip nesmí přesáhnout 200 mA).
• Má otevřený kolektor – tj. když je na něm logická 0, je sepnutý na zem; když je na něm logická 1, není připojený nikam. Tj. logickou jedničku dosáhnete tím, že výstup přes odpor připojíte k napájení. Kouzlo tohoto řešení je v tom, že při připojení odporu k 3.3V můžete komunikovat se zařízeními s třívoltovou logikou; při připojení odporu k 5 V můžete komunikovat s běžnými TTL (5 V) zařízeními.

Datasheet k obvodu.

Takže to zapojíme:

• Napájení obvodu na +3.3V a na GND.
• I2C SDA a SCL na odpovídající výstupy na expanzním konektoru.
• Dále zde máme /RESET – aby se obvod nahodil, musí tam být logická 1 = přes odpor na +3.3V.
• Kouzelný vstup ADDR určuje, jakou adresu na I2C sběrnici čip obsadí. Je analogový (!!!) a umožňuje tak jedním drátem určit jednu z osmi adres (=až osm těchto expandérů na jedné I2C sběrnici). Pro zjednodušení si s tím nebudeme hrát a připojíme ADDR na GND = základní adresa 0x20.
• GP0 až GP7 jsou jednotlivé GPIO vstupy/výstupy.
• Ostatní nožičky necháme volné.

Mezi +5 V a pin GP0 zapojíme odpor 330 ohm a LEDku. Tj. LED bude svítit, pokud na GP0 bude „0“ = připojeno na zem. Opačně by to nefungovalo – otevřený kolektor, viz výše.

Jako vedlejší efekt tohoto cvičení jsem si chtěl vyzkoušet nějaký nástroj na kreslení schémátek. Zde tedy je výstup z aplikace Fritzing. Vypadá jako vhodná na podobná malování – má hotové moduly i např. pro RPi, nepájivé kontaktní pole má logiku a automaticky propojuje součástky. Kreslí se v tom rychle a pohodlně.

 

Zapojeno máme, co teď s tím?

Po bootu se RPi zeptáme, zda je tam něco nového na I2C sběrnici.

pi@raspberrypi ~ $ i2cdetect -y 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: — — — — — — — — — — — — —
10: — — — — — — — — — — — — — — — —
20: 20 — — — — — — — — — — — — — — —
30: — — — — — — — — — — — — — — — —
40: — — — — — — — — 48 — — — — 4d — —
50: — — — — — — — — — — — — — — — —
60: — — — — — — — — — — — — — — — —
70: — — — — — — — —

Na adrese 0x20 vidíme nové zařízení. 0x48 a 0x4d jsou teplotní čidla z minulého dílu.

Nastavíme registr IODIRA (0), který určuje, zda jsou piny vstupní nebo výstupní. 1 = vstup, 0 = výstup. Pro komunikac použijeme i2cset, kterému předáme parametry:

• -y = neptej se na nic
• 0 = sběrnice 0
• 0x20 = adresa čipu na sběrnici
• 0 = adresa registru v čipu
• 0xfe = hodnota, co nastavujeme (1111 1110)
• b = zapisujeme 1 byte

pi@raspberrypi ~ $ i2cset -y 0 0x20 0 0xfe b

LED se rozvítila! Defaultní hodnota výstupního pinu je totiž „0“.

No a teď můžeme blikat LEDkou. Piny se ovládají v registru OLATA (0x0a).

pi@raspberrypi ~ $ i2cset -y 0 0x20 0x0a 0x01 b

(1 = zhasnuto)

pi@raspberrypi ~ $ i2cset -y 0 0x20 0x0a 0x00 b

(0 = svítí)

pi@raspberrypi ~ $ i2cset -y 0 0x20 0x0a 0x01 b

(1 = zhasnuto)

Kdybych chtěl číst stav vstupních pinů, je to k nalezení v registru GPIOA (0x09).

Takže děláme stejnou práci, jako na začátku. Blikáme LEDkou. Ale daleko sofistikovaněji než předtím.

Tipy a triky:

• Od stejného výrobce se dá pořídit MCP23017, což je 16-bitová verze téhož. Více nožiček a více pinů, stejná logika ovládání.
• Chci-li nastavit jen jeden bit nějakého I2C registru, příkaz i2cset na to má volbu „mask“ – maskou řeknete, které bity chcete nastavit; i2cset si hodnotu ostatních bitů načte z čipu a pak je doplní do zapisovaného bajtu.

1 = I2C čidla teploty z minulého článku
2 = MCP23009-E/P
3 = LEDka. Bliká na rozkaz.
4+5 = 1-wire bus adaptér a čidlo DS18B20 – bude v dalším článku, stay tuned