Расширение GPIO с помощью MCP23017 (CJMCU-2317) на ESP8266

Когда на ESP8266/ESP32/Arduino не хватает GPIO можно использовать чип MCP23017 для увеличения количества портов на 16. Управление чипом происходит по двум проводам I2C, коммуникация удобная. Цена за чип около 0,8 $. На Aliexpress достаточно большой выбор вариантов чипа и два основных варианта плат.

Wemos D1 mini (ESP8266) широко представлен на Aliexpress по цене менее 3 USD.

Поскольку плата поддерживает I2C адресацию позволяющую подключить 8 плат, суммарно к микроконтроллеру можно добавить 128 GPIO.

Схема соединения

Распиновка MCP23017 следующая:

MCP23017 ножки

Адресация I2C платы задается замыканием ножек A0-2 на +3,3 В или GND. Таблица адресации такая:

Выбор I2C адреса MCP23017

Схема соединения Wemos D1 с MCP23017:

Wemos D1 Pin NameMCP23017 Physical PinMCP23017 Pin NameDescription
D1 (SCL)12SCLI/O Serial Clock input
D2 (SDA)13SDAI/O Serial Data
3V318Reset
3V39VDDPower
GND10VSSGround
GND15A0Hardware address pin
GND16A1Hardware address pin
GND17A2Hardware address pin

В качестве сенсора я использовал датчик пересечения линии. На схеме в качестве примера использована плата датчика дождя. Схемотехника сенсоров одинаковые, а для fritzing мне не удалось найти библиотеки для датчика пересечения линии.

При срабатывании сенсора сигнал поступает на вход GPA0 и ESP8266 зажигает светодиод скоммутированный к выходу GPB0.

Программа

Если MCP23017 подключен к ESP8266 корректно, при запуске скетча https://playground.arduino.cc/Main/I2cScanner будет найдено устройство.

11:04:46.058 -> Scanning...
11:04:46.058 -> I2C device found at address 0x20  !
11:04:46.140 -> done

При работе с MCP23017 через библиотеку Adafruit MCP23017. потребуется таблица перевода входов Adafruit в названия входов и номера ножек на микросхеме.

Adafruit PINPin NamePhysical Pin
0GPA021
1GPA122
2GPA223
3 GPA324
4GPA425
5GPA526
6GPA627
7GPA728
8GPB01
9 GPB1 2
10 GPB2 3
11 GPB3 4
12 GPB4 5
13 GPB5 6
14 GPB6 7
15GPB7 8

В программе потребуется также адресация Adafruit, она отличается от адресации I2C.

Address
I2C
Adafruit
address
A0 /
PIN 15
A1 /
PIN 16
A2 /
PIN 17
0x200LOWLOWLOW
0x211HIGHLOWLOW
0x222LOWHIGHLOW
0x233HIGHHIGHLOW
0x244LOWLOWHIGH
0x255HIGHLOWHIGH
0x266LOWHIGHHIGH
0x277HIGH
HIGH
HIGH

Программа принимает сигнал с входа GPA0 и зажигает светодиод на выходе GPB0 MCP23017 и на плате Wemos D1.

#include <Wire.h>
#include "Adafruit_MCP23017.h"

#define MCP23017_GPA0         0 // Digital input on MCP23017 correspond to A0 
//#define MCP23017_ADDR 0x20
#define LedPin        2 //A0
#define MCP23017_LED  8 //GPB0

Adafruit_MCP23017 mcp;

void setup() 
{
  Serial.begin(9600);
  mcp.begin();      // use default address 0x20

  mcp.pinMode(MCP23017_GPA0, INPUT); //Define GPA0 as input pin
  mcp.pinMode(MCP23017_LED, OUTPUT); //Define GPB0 as output pin
  //mcp.pullUp(MCP23017_GPA0, HIGH);  // turn on a 100K pullup internally
 
  pinMode(LedPin, OUTPUT);  // use the LedPin LED as debugging
 }

void loop() 
{
  int value_A0 = analogRead(A0); // reads the analog input from the IR distance sensor
  bool value_D0 = mcp.digitalRead(MCP23017_GPA0);// reads the digital input from the IR distance sensor
  mcp.digitalWrite(MCP23017_LED, !value_D0);
  digitalWrite(LedPin, value_D0);
  //Serial.println(value_D0 + " Value: " + String(value_A0));
  //delay(1000);
}

Подключение реле к MCP23017

Загорающийся светодиод — штука информативная, но в жизни при срабатывании датчика нужно выполнять какие-то действия, нередко физические: что-то открыть и закрыть, переместить и т.п. Поэтому подключим к светодиоду реле.

Wemos D1 Mini реле shield

Что касается реле и подбора для микроконтроллеров — это тема для отдельной статьи, вариантов много и есть нюансы. Чтобы долго не мудрить, подключил к MCP23017 «родное» реле заточенное под Wemos D1 Mini. Такое реле недорогое, широко представлено у продавцов на Aliexpress, поддерживает уровень TTL 3V, т.е. не нужно ставить преобразователь уровней 3V <-> 5V.

Собственно, подключать его несложно. Управление идет по high level, т.е. по 1-це на управляющем входе D1. Если бы это был low level trigger, то в софте надо было ставить инверсию по логике, чтобы включение было по 0-ю, а отключение по 1-це на входе управления. Причем, не для всех реле программная инверсия срабатывает.

В общем, чтобы не иметь проблем при подключении реле к микроконтроллеру, работающему на напряжении 3,3 V, с соотвествующим уровнем TTL логики, нужно:

  • Выбирать high level trigger/relay.
  • С поддержкой напряжения срабатывания TTL логики 3,3 V.
  • JD Vcc входом, чтобы отдельно запитать 5V обмотку реле.
  • Гальванической (оптической) развязкой оптроном, чтобы не «спалить» микроконтроллер.
Подключение реле с опторазвязкой и с JD Vcc входом питания.

Итак, параллельно или вместо светодиода подключаем MCP23017 к реле.

MCP23017 pinWemos D1 Mini relay shieldПримечания
GNDGND
GPB0D1
5VНа БП +5V для управления обмотками реле.
GND На БП GND для управления обмотками реле.

После подключения, реле нормально коммутируется при срабатывании датчика. Программный код менять не нужно.

CJMCU-2317 (MCP23017) Fritzing part

Не нашел Fritzing part для платы CJMCU-2317 (MCP23017), поэтому пришлось создать свой вариант. Пользуйтесь и не забывайте лайкать, приятно. 🙂

Полезные ссылки

Spread the love
Запись опубликована в рубрике IT рецепты с метками , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий