Prvotně publikováno na raspi.cz 19.11.2012.
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.
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
pebrou 