Ekspander I/O z interfejsem I2C

Układ daje możliwość definiowania kierunku każdego z wyprowadzeń IO, sterowania rezystorami podciągającymi, konfiguracji buforów wyjściowych w trybie trójstanowym oraz elastycznej konfiguracji generowanych przerwań. Schemat wewnętrzny układu XRA1200 został pokazany na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat wewnętrzny XRA1200

Układ dostępny jest w dwóch wersjach: XRA1200 z załączonymi oraz XRA1200P z domyślnie wyłączonymi po resecie rezystorami podciągającymi.

Budowa i działanie

Schemat ideowy modułu został pokazany na rysunku 2.

Rysunek 2. Schemat modułu I2C_DIO8

Oprócz układu U1-XRA1200(P) zawiera trzy zworki A0...A2 umożliwiające ustalenie adresu oraz zworę PU umożliwiającą odłączenie rezystorów podciągających I2C – R1, R2. Pełna adresacja U1 umożliwia zastosowanie do 32 układów na jednej magistrali, w module ustawienie adresów jest ograniczone do 8 zgodnie z tabelą 1. Adresy nie pokrywają się z popularnym PCF8574, można więc stosować ekspandery na jednej magistrali.

Sygnały GPIO doprowadzone są do złączy J1 i J2, dodatkowo wyprowadzono sygnał przerwania J2-9. Wyjścia mogą być obciążone prądem do 8 mA w każdym ze stanów logicznych, co umożliwia bezpośrednie sterowanie niskoprądowymi LED zarówno stanem niskim, jak i wysokim, pod warunkiem nieprzekraczania traconej w układzie mocy (200 mW). PCF8574 ma większą wydajność prądową tylko dla stanu niskiego. Sygnały magistrali I2C i zasilanie doprowadzone są do czteropinowego złącza typu EH – I2C zgodnego z Arduino oraz do złącza I2C1 JST o rozstawie 1 mm.

Uwaga: niektóre fabryczne kable EH4 maja przeplot 1-4,2-3, aby je wykorzystać, należy zamienić kolejność wyprowadzeń w jednym złączu EH.

Moduł może być zasilany napięciami z zakresu 1,65...3,6 V. Dioda LD sygnalizuje obecność zasilania. Wyprowadzenie IO XRA1200 tolerują napięcie 5 V, ale należy zachować ostrożność podczas konfiguracji układu.

Montaż i uruchomienie

Moduł zmontowany jest na dwustronnej płyt-
ce drukowanej. Rozmieszczenie elementów zostało pokazane na rysunku 3. Sposób montażu jest klasyczny i nie wymaga opisu. Zmontowany moduł pokazuje fotografia tytułowa.

Rysunek 3. Schemat płytki PCB z rozmieszczeniem elementów: a) strona TOP, b) strona BOTTOM

Konstrukcja mechaniczna modułu umożliwia bezproblemową współpracę z płytkami stykowymi lub prototypowymi, zalecam stosowanie długich (30...40 mm) złączy SIP, wlutowanych tak, aby wyprowadzenia wystawały po obu stronach płytki drukowanej. Taki sposób montażu umożliwia wygodne stosowanie modułu w płytkach stykowych, ułatwia wyprowadzenie sygnałów oraz rozszerzanie magistrali I2C.

Sterowanie układem

XRA1200(P) ma osiem rejestrów ustalających tryb pracy GPIO oraz konfigurujących przerwania; skrócony opis rejestrów pokazano w tabeli 2, pełny opis dostępny jest w karcie katalogowej.

Dla szybkiego sprawdzenia działania moduł można podłączyć do Raspberry Pi i użyć funkcjonalności biblioteki i2ctools. Po ustawieniu adresu bazowego zworami A0...A2 moduł powinien być widoczny po odczycie magistrali poleceniem i2cdetect -y 1, co pokazano na rysunku 4 (ustawiony adres bazowy 7-bitowy 0x1F).

Rysunek 4. Detekcja XRA1200 na magistrali I2C

Poniżej kilka przydatnych poleceń:

• Stan wejść może być odczytany bez dodatkowej konfiguracji (przy ustawieniach domyślnych) poleceniem: i2cget -y 1 0x1F 0x00
• Wejścia mogą zostać zanegowane poleceniem: i2cset -y 1 0x1F 0x02 0xFF
• Ustawienie wyprowadzeń jako wyjścia wykonujemy poleceniem: i2cset -y 1 0x1F 0x03 0x00
• Stan wyjść zmieniamy poleceniem: i2cset -y 1 0x1F 0x01 0xFF
• Ustawienie wyjścia w stan wysokiej impedancji: i2cset -y 1 0x1F 0x06 0xFF
• Odczyt stanu rejestru wyjściowego GPIO: i2cget -y 1 0x1F 0x00

W przypadku ustawienia wyjść w tryb tri-State, odczyt rejestru GSR może różnić się od fizycznego stanu wyprowadzeń, warto o tym pamiętać.

Adam Tatuś

adam.tatus@ep.com.pl