Megaekspander I/O

Megaekspander I/O

Moduł będzie ratunkiem w takich sytuacjach, w których zabrakło cyfrowych linii GPIO w Arduino, Raspberry Pi, STM32 itd. Dzięki użyciu magistrali I²C i rozszerzonej adresacji, bazowe 48 wyprowadzeń może zostać rozbudowane poprzez dołożenie kolejnych modułów do niebagatelnej liczby 3072 GPIO, co powinno wystarczyć nawet w najbardziej złożonych systemach automatyki domowej.

Podstawowe parametry:
  • ekspander umożliwia rozbudowę aplikacji o sześć ośmiobitowych quasi-dwukierunkowych portów cyfrowych GPIO,
  • linie GPIO mogą być obciążone prądem do 25 mA w stanie niskim,
  • korzysta z magistrali I²C,
  • zastosowano trzy zworki umożliwiające łatwe ustalenie adresu,
  • może być zasilany napięciami z zakresu 3,15...5,5 V.

W układzie zastosowano układ PI4IOE5V96248 (Diodes/Pericom), który umożliwia rozbudowę aplikacji o sześć ośmiobitowych quasi-dwukierunkowych portów cyfrowych GPIO. Schemat wewnętrzny układu PI4IOE5V96248 został pokazany na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat wewnętrzny układu PI4IOE5V96248

Budowa i działanie

Schemat modułu został pokazany na rysunku 2. Oprócz układu U1 typu PI4IOE5V96248, w układzie zastosowano trzy zworki AD0...AD2 umożliwiające ustalenie adresu. Pełna adresacja U1 umożliwia zastosowanie do 64 układów na jednej magistrali. Skróconą adresację zaprezentowano w tabeli 1, pełna lista ze względu na objętość zamieszczona jest w dokumentacji dołączonej do materiałów dodatkowych.

Rysunek 2. Schemat modułu ekspandera IO

Sygnały sześciu portów GPIO wraz z zasilaniem doprowadzone są do złączy IO0...IO5. Magistrala I²C wyprowadzona jest na złącza I²CA...I²CC w standardzie SIP 2,54 mm, JST 2,00 mm i Grove. Dodatkowo na złącze I²CA i I²C wyprowadzono sygnał przerwania U1. Złącze I²C typu IDC6 może służyć do wygodnego kaskadowego łączenie modułów taśmą IDC 1:1. Układ U2 zapewnia poprawny restart układu po włączeniu zasilania.

Wyjścia GPIO układu U1 mogą być obciążone prądem do 25 mA w stanie niskim, co umożliwia bezpośrednie sterowanie LED przy całkowitym prądzie zasilania nieprzekraczającym 1200 mA. Moduł może być zasilany napięciami z zakresu 3,15...5,5 V. Po włączeniu zasilania wszystkie GPIO ustawione są jako wejścia w stanie wysokim.

Rysunek 3. Sekwencyjny odczyt portów GPIO
Rysunek 4. Sekwencyjny zapis portów GPIO

Odczyt stanu wejść na magistrali I²C odbywa się sekwencyjnie zgodnie z rysunkiem 3. Podobnie jak w PCF8574, po zmianach kierunku GPIO należy pamiętać o ustawieniu stanu wysokiego na odpowiadającym wyprowadzeniu przed odczytem jego stanu. Podobnie w przypadku wyjść, ustawienie portów odbywa się sekwencyjnie, zgodnie z rysunkiem 4.

Rysunek 5. Schemat płytki PCB

Liczba wysyłanych bajtów nie jest ograniczona, ale po każdych sześciu układ nadpisuje wcześniejsze dane. Należy zwrócić na to uwagę podczas obsługi magistrali I²C. Wyprowadzenia wyjściowe GPIO posiadają aktywne podczas zmiany stanu na wysoki układy podciągania, które umożliwiają poprawę szybkości narastania zboczy, w przypadku dużego obciążenia GPIO.

Montaż i uruchomienie

Moduł montowany jest na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat został pokazany na rysunku 5. Sposób montażu jest klasyczny i nie wymaga opisu.

Fotografia 1. Zmontowany moduł widoczny od strony bottom

Zmontowany moduł pokazuje fotografia tytułowa, a od strony bottom – fotografia 1. Powodzenia w monitorowaniu i sterowaniu całym światem.

Adam Tatuś, EP

Wykaz elementów:
Rezystory:
  • R1, R2: 4,7 kΩ (SMD0603) 5%
Kondensatory:
  • C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7: 0,1 μF ceramiczny (SMD0603)
  • CE1: 47 μFT/10 V tantalowy (SMD3528)
  • C8, C9: 10 μF ceramiczny (SMD0603)
Półprzewodniki:
  • U1: PI4IOE5,96248V (TQFN56)
  • U2: MCP100T300/TT (SOT-23)
Pozostałe:
  • AD0, AD1, AD2: listwa 2×4 2,54 mm + zwory
  • I²C: gniazdo IDC6
  • I²CA: listwa SIP 1×5 2,54 mm
  • IO0, IO1, IO2, IO3, IO4, IO5: gniazdo IDC10
Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
sierpień 2022
DO POBRANIA
Materiały dodatkowe

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik marzec 2024

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio marzec - kwiecień 2024

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje marzec 2024

Automatyka, Podzespoły, Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna marzec 2024

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich kwiecień 2024

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów