23_25.pdf

P R O J E K T Y

16-bitowy port I 2 C

AVT-579

Projektując układy

z mikrokontrolerami, często

natrai amy na problem

niewystarczającej liczby portów,

jaką dysponuje upatrzony

procesor. Wyjściem z kłopotliwej

sytuacji może być zastosowanie

dodatkowego ekspandera

z interfejsem szeregowym.

Czytelnikom dobrze jest znany

układ PCF8574, posiadający port

8-bitowy z interfejsem I 2 C. Tym

razem proponujemy rozwiązanie

z układem MCP23016.

Rekomendacje: proponowany

układ rozwiązuje w bardzo

prosty sposób często spotykany

problem braku portów we/wy

w systemie mikroprocesorowym,

ponadto robi to nie zmniejszając

(w większości przypadków)

zasobów mikrokontrolera.

Przedstawiony w artykule

układ posiada dwa porty, a także

większe możliwości dopasowania

pracy portów do wymagań. Komu-

nikacja z układem odbywa się za

pośrednictwem magistrali I 2

z prędkością 0 do 400kHz.

Każda linia portów może

pracować jako wejściowa

lub wyjściowa. W trybie wyj-

ścia linie mogą być obciążane

prądem maksymalnym 25 mA,

zarówno dla stanu niskiego, jak

i wysokiego. Przy odczycie stanu

portów układ MCP23016 może

podać prosty lub zanegowany

stan występujący na danym wy-

prowadzeniu układu. Zmiana sta-

nu portu w trybie odczytu gene-

ruje przerwanie informujące układ

nadrzędny o tym fakcie. Ponadto

można wybrać koni gurację portów

typu „otwarty kolektor”.

Przedstawiony w artykule

układ posiada dwa porty, a także

większe możliwości dopasowania

pracy portów do wymagań. Komu-

nikacja z układem odbywa się za

2 C

lub wyjściowa. W trybie wyj-

ścia linie mogą być obciążane

prądem maksymalnym 25 mA,

zarówno dla stanu niskiego, jak

ją wejścia układu US1 do plusa

zasilania, w przypadku rozwarcia

danej zworki wymuszają jedynkę

logiczną. Na złącze CON1 zostały

wyprowadzone sygnały magistrali

I 2 C, przerwanie !INT oraz zasilanie,

natomiast na złącze CON2 wypro-

wadzenia portu GP0 i GP1.

Montaż

Układ dodatkowego portu za-

wiera niewiele elementów, dlatego

montaż nie sprawi problemów. Na-

leży go rozpocząć od wlutowania

rezystorów, podstawki pod układ

US1, następnie należy wlutować

kondensatory, a na końcu złącza

CON1 i CON2. Podłączenie ukła-

du do mikrokontrolera sterującego

należy wykonać zgodnie z opisem

sygnałów na złączu CON1.

Budowa

Schemat elektryczny dodatko-

wego portu jest przedstawiony na

rys . 1 . Do pracy układu MCP23016

wymagany jest zewnętrzny sygnał

zegarowy, który jest wytwarzany za

pomocą układu RC (rezystor R4,

kondensator C1). Podstawowy ad-

res, pod którym zgłasza się układ

US1 na magistrali I 2 C, jest równy

0100[A0][A1][A2]0b, gdzie A0, A1

i A2 są zależne od stanów linii

wejściowych układu. Do zmiany

adresu służą zworki JP1, JP2 i JP3.

Rezystory R1, R2, R3 podciąga-

Obsługa układu MCP23016

Ponieważ układ MCP23016

posiada duże możliwości koni -

guracji, do ustalenia wymaganych

Rys. 1. Schemat elektryczny poru I 2 C

Elektronika Praktyczna 6/2004

16-bitowy port I 2 C

16-bitowy port I 2 C

parametrów pracy zastosowano 12

wewnętrznych rejestrów, umożli-

wiających określenie trybu pracy

portów, zapisu i odczytu danych.

Wykaz wszystkich rejestrów oraz

przyporządkowane im adresy znaj-

dują się w tab . 1 .

danych do rejestrów OLAT0

i OLAT1 powoduje wystawie-

nie wpisanych danych na por-

ty GP0 i GP1.

3. Rejestry IPOL0 i IPOL1 umoż-

liwiają odwrócenie polaryzacji

danych wejściowych z portów

GP0 i GP1. Jeśli bit rejestru

jest wyzerowany, to odczyt

z odpowiadającego mu wejścia

portu GP0 (GP1) będzie odpo-

wiadał jego faktycznemu sta-

nowi. Jeżeli bit rejestru IPOL0

(IPOL1) będzie ustawiony, to

odczyt odpowiadającego bitu

z portu GP0 (GP1) będzie za-

negowany.

4. Rejestry IODIR0 i IODIR1 słu-

żą do ustawienia portów GP0

i GP1 w tryb wejściowy lub

wyjściowy. Jeśli bit rejestru

IODIR0 (IODIR1) jest ustawio-

ny, to odpowiadająca mu linia

portu GP0 (GP1) jest skoni-

gurowana jako wejściowa, jeśli

bit będzie wyzerowany, to linia

portu będzie skonigurowana

do pracy jako wyjście.

Tab. 1. Adresy rejestrów układu

MCP23016

Adres

00h GP0

01h GP1

02h OLAT0

03h OLAT1

04h IPOL0

05h IPOL1

06h IODIR0

07h IODIR1

08h INTCAP0 (tylko do odczytu}

09h INTAP1 (tylko do odczytu)

0Ah IOCON0

0Bh IOCON1

Funkcje rejestrów

1. Rejestry GP0 i GP1 służą do

odczytu danych z portów od-

powiednio GP0 i GP1. Poprzez

odczyt tych rejestrów można

sprawdzić stan linii portów

GP0 i GP1. Dodatkowo zapis

do tych rejestrów powoduje

modyikację rejestrów (OLAT0,

OLAT1), a wpisane dane poja-

wiają się na wyjściach portów

GP0 i GP1.

2. Rejestry OLAT0 i OLAT1 służą

do zapisu danych do wyjścio-

wych rejestrów (Latch) portów

GP0 i GP1. Odczyt z tych

rejestrów zwraca wartość tych

rejestrów – nie odpowiada

aktualnym stanom panującym

na portach GP0 i GP1. Zapis

5. Rejestry INTCAP0 i INCAP1

służą do wykrywania źródła

przerwania wygenerowanego na

wyjściu !INT. Odczyt tych re-

jestrów informuje o tym, które

linie portu GP0 (GP1) uległy

zmianie i wywołały przerwanie.

6. Rejestr IOCON0 zawiera tylko

jeden znaczący bit (IOCON0.0),

służący do kontroli szybkości

detekcji zmian na wejściu por-

tów GP0 i GP1. Jeśli bit ten

jest wyzerowany, to maksymal-

ny czas wykrycia zmiany na

portach wynosi 32 ms. Jeżeli

bit zostanie ustawiony, to mak-

symalny czas wykrycia zmian

wyniesie 200 ns.

List.1 Procedury do obsługi układu MCP23016

#deine address 0x40 //adres ukladu I2C

char temp1,temp2;

//**************************************************************//

// Procedura zapisu dwoch bajtow od podanego adresu //

//**************************************************************//

void WriteToMCP(char cmd, char data1, char data2)

{ delay_us(30); //pauza 30us

i2c_start(); //I2C START

delay_us(30);

i2c_write(address); //wyslij adres ukladu I2C

delay_us(30);

i2c_write(cmd); //wyślij adres komendy

delay_us(30);

i2c_write(data1); //wyslij pierwszy bajt danych

delay_us(30);

i2c_write(data2); //wyslij drugi bajt danych

delay_us(30);

i2c_stop();//I2C STOP

}

//**************************************************************//

// Procedura odczytu dwoch bajtow od podanego adresu //

//**************************************************************//

void ReadFromMCP(char cmd)

{

delay_us(30); //pauza 30us

i2c_start(); //I2C START

delay_us(30);

i2c_write(address); //wyslij adres ukladu I2C

delay_us(30);

i2c_write(cmd); //wyslij adres komendy

delay_us(30);

i2c_start(); //ponowny I2C START

delay_us(30);

i2c_write(address|1);//wysli adres ukladu I2C START

delay_us(30); //i przelacz na odczyt

temp1=i2c_read(); //odbierz pierwszy bajt +ACK(potwierdzenie)

delay_us(30); //i zapisz do temp1

temp2=i2c_read(0); //odbierz drugi bajt bez potwierdzenia

delay_us(30); //i zapisz do temp1

i2c_stop();// I2C STOP

}

//**************************************************************//

void main()

{

delay_ms(750); //pauza potrzebna do inicjalizacji MCP23016

WriteToMCP(0x02,0x00,0x00); //wyzeruj porty GP0, GP1

WriteToMCP(0x06,0x00,0xFF); //port GP0 jako wyjscie, GP1 jako wejscie

while(1)

{

ReadFromMCP(0x00); //odczytaj stan portow GP0,GP1

delay_ms(40);

WriteToMCP(0x02,temp2,temp1); //i zapisz stan GP0 do GP1, GP1 do GP0

}

//*************************************************************//

Procedury

Komunikacja z układem MCP23016

odbywa się według specyika-

cji I 2 C z jednym ograniczeniem

– po każdej komendzie należy

odczekać około 30 ms, gdyż po

odebraniu komendy układ inter-

pretuje ją i wysłanie kolejnych

danych przed tym czasem może

spowodować błędną pracę układu.

Procedury komunikacji z układem

MCP23016 przedstawione są na

list . 1 . Wszystkie rejestry grupo-

wane są w dwa bajty, z których

pierwszy zawsze dotyczy portu

GP0, drugi portu GP1. Funkcja

o nazwie

WriteToMCP(char cmd, char

data1, char data2)

umożliwia zapis do układu dwóch

bajtów danych, począwszy od ad-

resu podanego jako parametr.

Funkcja ReadFromMCP(char cmd)

odczytuje natomiast dwa bajty

danych z układu, począwszy od

podanego adresu i zapisuje je

w zmiennych temp1 i temp2 .

Elektronika Praktyczna 6/2004

Rejestr

16-bitowy port I 2 C

Rys. 2. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej

nie spowoduje zmiany stanów na

portach GP0 i GP1, gdyż po włą-

czeniu zasilania są one ustawione

jako wejścia. Następna komenda

ustala dopiero tryb pracy portów,

i tak do rejestru IODIR0 zostaje

wpisana wartość 00h (cały port

GP0 pracuje jako wyjście), a do

rejestru IODIR1 wartość FFh (cały

port GP1 pracuje jako wejście).

Po skonigurowaniu portów nastę-

puje cykliczne odczytywanie stanu

portu GP1 i zapis tego stanu do

portu GP0. Zarówno odczyt, jak

i zapis wykonywany jest na reje-

strach obu portów, jednak odczyt

stanu portu GP0 jest ignorowany,

natomiast zapis danych do portu

GP1 nie powoduje na nim żad-

nych zmian, gdyż znajduje się on

w trybie wejściowym. Przedstawio-

ne procedury można zmodyiko-

wać według potrzeb, na przykład

wykonując jednocześnie operacje

tylko na jednym rejestrze. W tym

celu zamiast wysyłać i odbierać

jednocześnie dane dotyczące oby-

dwu portów, można wysłać tylko

adres rejestru i bajt danych, jaki

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1...R3: 10k V

R4: 3,9k V

Kondensatory

C1: 33pF

C2: 100nF

Półprzewodniki

US1: MCP23016

Inne

JP1...JP3: goldpin 1x2 + zworka

CON1: goldpin 1x5

CON2: goldpin 1x17

Podstawka DIP28 300mils

Do sprawdzenia pracy układu

służą polecenia zawarte w funkcji

main() , w której dla przedstawio-

nego przypadku odczytywany jest

stan portu GP1 i zapisywany do

portu GP0, do sprawdzenia po-

prawności działania można zastoso-

wać diodę świecącą i mikrowyłącz-

nik, przedstawione na rys. 1. Po

włączeniu zasilania należy odcze-

kać około 750 ms, aż wewnętrzny

układ zerujący układu MCP23016

uruchomi prace oscylatora, dopie-

ro po tym czasie można wysyłać

komendy do układu. Jako pierwsze

zostanie wydane polecenie wyzero-

wania portów. Jest to zrealizowane

przez wpisanie do rejestrów OLAT0

i OLAT1 wartości 00h. Wpis ten

ma być do niego wpisany. W ten

sposób skróci się czas przesyłania

danych w przypadku, gdy modyi-

kacji wymaga rejestr tylko jednego

portu.

Krzysztof Pławsiuk, EP

krzysztof.plawsiuk@ep.com.pl

Wzory płytek drukowanych w for-

macie PDF są dostępne w Internecie

pod adresem: pcb.ep.com.pl oraz na

płycie CD-EP6/2004B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 6/2004

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: