MCP23017 I/O Expander
Beschreibung
Der MCP23017 ist ein I/O Expander, der sich über die I²C-Schnittstelle ansteuern lässt. Er verfügt über insgesamt 16 I/O Ports, die sich frei programmieren lassen. Dabei werden jeweils 8 Ports über ein 8-Bit-Register konfiguriert bzw. angesteuert.
Beschaltung
- VDD: Spannungsversorgung (+) (3,3 V)
- VSS: Spannungsversorgung (-) (Masse)
- SDA: Serial Data (I²C)
- SCL: Serial Clock (I²C)
- A0, A1, A2: Beeinflusst die Slaveadresse des I/O Expanders.
- RESET: Setzt den I/O Expander bei einem Low-Signal (Massepotential) zurück.¹
- INTA, INTB: Interrupt-Ausgänge
- GPA0-GPA7, GPB0-GPB7: I/O-Pins
Auf Pulldown-Widerstände an den Busleitungen kann (und sollte) verzichtet werden, da diese bereits am Raspberry Pi vorhanden sind.
¹ Am Reset-Pin wird ein definiertes, externes High- oder Low-Signal erwartet. Der Pfeil im Pinout aus dem Datenblatt zeigt in die falsche Richtung.
Adressierung
Die ersten 4 Bit der Slaveadresse sind beim MCP23017 unveränderbar 0b0100. Über die Pins A0, A1 und A3 können die letzten (niederwertigen) 3 Bit eingestellt werden. Mit der Betriesspannung (VCC bzw. 3,3 V) an einem Pin wird eine 1 an der entsprechenden Stelle gesetzt. Um eine 0 zu setzen, wird der entsprechende Pin auf Masse (GND) gelegt.
Je nach Beschaltung ergibt sich eine Slave-ADresse zwischen 0x20 und 0x27. Im Beispiel sind die Adress-Pins auf Masse gelegt, somit hat das Bauteil die Adresse 0x20.
Register
Genau wie bei den GPIO-Pins des Raspberry Pi, müssen die Pins zunächst als Input- oder Output-Pin konfiguriert werden. Dazu dient das “I/O direction register” des entsprechenden Ports. Standardmäßig sind die Pins beider Ports als Input konfiguriert. In den Registern mit den Adressen 0x00 und 0x01 stehen die Werte 0xff = 0b11111111. Jedes Bit der Register steht dabei für den entsprechenden Pin des jeweiligen Ports. Das niederwertigste Bit des Registers 0x00 konfiguriert beispielsweise den Pin GPA0 (Pin 21 am IC). Wird ein Bit auf 0 gesetzt, so ist der entsprechende Pin ein Output-Pin.
Über “General purpose I/O port register” (Adresse 0x12 für Port A und 0x13 für Port B) lässt sich der Signalwert (0 = low, 1 = high) der entsprechenden Pins lesen. Die Output-Pins können über das “Output latch register” (Adresse 0x14 für Port A und 0x15 für Port B) ein- bzw. ausgeschaltet werden. Durch das Schreiben in das GPIO-Register wird ebenfalls das Output-Latch-Register verändert.
Mit dem “input polarity port register” können die Signale an den Input-Pins invertiert werden. Dies kann beispielsweise nützlich sein, wenn man Pull-up-Widerstände oder das GPPU-Register verwendet.
Das IC verfügt für jeden Port über 8 weitere Register. Unter anderem kann man über diese Register das Verhalten der Interrupt-Pins (Pin 19 und 20) beeinflussen. Für erste Experimente können diese Register unverändert bleiben.
IODIRA (IODIRB) - I/O direction register Port A (Port B) - 0x00 (0x01)
- 1: Konfiguration des Pins als input (default)
- 0: Konfiguration des Pins als output
IPOLA (IPOLB) - Input polarity port register Port A (Port B) - 0x02 (0x03)
- 1: invertiert die Eingangssignale
- 0: keine Invertierung (default)
GPIOA (GPIOB) - General purpose I/O port register Port A (Port B) - 0x12 (0x13)
- 1: High-Signal am Pin
- 0: Low-Signal am Pin (default)
OLATA (OLATB) - Output latch register Port A (Port B) - 0x14 (0x15)
- 1: High-Signal
- 0: Low-Signal (default)
Weitere Register
- GPINTEN - Interrupt-on-change Pins (0x04/0x05)
- DEFVAL - Default value register (0x06/0x07)
- INTCON - Interrupt-on-change control register (0x08/0x09)
- IOCON - Configuration register (0x0A/0x0B)
- GPPU - GPIO Pull-up resistor register (0x0C/0x0D)
- INTF - Interrupt flag register (0x0E/0x0F)
- INTCAP - Interrupt captured value for port register (0x10/0x11)
Python-Klasse
Die Klasse kann mit pip3 install hw101 installiert und anschließend mit
from MCP23017 import MCP23017 genutzt werden.