====== 拡張ポート(I2C対応:I/O EXPANDER) ======
===== 概要 =====
ポートの数がもう少しほしい場合には、止む無く、ピン数の多いPICを使わざるを得ないのですが、検索してみますと、TI社から、「REMOTE 8-BIT I2C I/O EXPANDER」という製品が提供されており、これを使用すると、ポート数を簡単に増やすことができます。
そこで、これと同等の機能を、PICを使って実現することにしました。
* I2Cで制御可能とする。
* ポートの数は、8ビットとする。
* 入出力モードを設定可能とする。
* 接続台数は、4台まで可能とする。
【TI社/PCA9557】
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-073453.png}}
===== 動作原理 =====
I2Cのスレーブ機能としての、基本的な構造は、前回製作した、LCDモニター(I2C対応)と同じです。
ポートの入出力モードや入出力データを設定するために、2バイトのメモリを使用します。
【0x00】入出力モード設定用(TRISAやTRISBに相当)
【0x01】入出力データ設定用(PORTAやPORTBに相当)
<ポートの入出力モード設定>
通常のポートの入出力モード設定と同様にしました。
例えば、
TRISB = 0x00001111;
とすることで、PORTBを、上位4ビットを出力モード、下位4ビットを入力モードにすることができます。
これをマスター側から設定するには、アドレス(0x00)のメモリに、0x00001111を書き込みます。
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC0);
Soft_I2C_Write(0x00);
Soft_I2C_Write(0b00001111);
Soft_I2C_Stop();
<ポートへのデータ出力>
マスター側から、アドレス(0x01)のメモリに、出力データを書き込みます。
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC0);
Soft_I2C_Write(0x01);
Soft_I2C_Write(0b10100000);
Soft_I2C_Stop();
<ポートからのデータ入力>
マスター側から、アドレス(0x01)のメモリを、読み込みます。
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC0);
Soft_I2C_Write(0x01);
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC1);
dat = Soft_I2C_Read(NO_ACK);
Soft_I2C_Stop();
===== 回路図 =====
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-073817.png}}
===== ソースコード =====
//**********************************************************************
/*
＜拡張ポート（Ｉ２Ｃ対応）＞
*/
//**********************************************************************
#define LED PORTA.F4
#define SW_ADDR1 PORTB.F2
#define SW_ADDR2 PORTB.F3
#define ADDR_BASE 0xC0
#define PORT_EX_0 PORTA.F0
#define PORT_EX_1 PORTA.F1
#define PORT_EX_2 PORTA.F2
#define PORT_EX_3 PORTA.F3
#define PORT_EX_4 PORTB.F0
#define PORT_EX_5 PORTB.F5
#define PORT_EX_6 PORTB.F6
#define PORT_EX_7 PORTB.F7
#define TRIS_EX_0 TRISA.F0
#define TRIS_EX_1 TRISA.F1
#define TRIS_EX_2 TRISA.F2
#define TRIS_EX_3 TRISA.F3
#define TRIS_EX_4 TRISB.F0
#define TRIS_EX_5 TRISB.F5
#define TRIS_EX_6 TRISB.F6
#define TRIS_EX_7 TRISB.F7
#define ON 1
#define OFF 0
#define DATA_SIZE 2
//**********************************************************************
static unsigned short data[DATA_SIZE], pnt, flg, tmp, stat;
//**********************************************************************
void i2c_Write(unsigned short dat)
{
while (SSPSTAT.BF == 1)
;
while (1) {
SSPCON.WCOL = 0;
SSPBUF = dat;
if (SSPCON.WCOL == 1)
continue;
//
SSPCON.CKP = 1;
return;
}
}
//**********************************************************************
void i2c_Handler()
{
stat = SSPSTAT;
tmp = SSPSTAT & 0b00101101;
//
if (tmp == 0b00001001) { //書き込みモード、デバイスアドレス
tmp = SSPBUF;
flg = 0;
pnt = 0;
return;
}
if (tmp == 0b00101001) { //書き込みモード、データ
if (flg == 0) {
pnt = SSPBUF;
flg = 1;
return;
}
if (flg == 1) {
data[pnt] = SSPBUF;
pnt++;
return;
}
}
if (tmp == 0b00001100) { //読み込みモード、デバイスアドレス
i2c_Write(data[pnt]);
pnt++;
return;
}
if (tmp == 0b00101100) { //読み込みモード、データ（ＡＣＫ）
i2c_Write(data[pnt]);
pnt++;
return;
}
if (tmp == 0b00101000) { //読み込みモード、データ（ＮＯ＿ＡＣＫ）
tmp = SSPBUF;
SSPCON = 0x36;
return;
}
LED = ON;
Delay_ms(100);
LED = OFF;
}
//**********************************************************************
void interrupt()
{
if (PIR1.SSPIF == 1) {
PIR1.SSPIF = 0;
//
LED = ON;
i2c_Handler();
LED = OFF;
}
}
//**********************************************************************
void ByteToBit(unsigned short number, char *output)
{
short cnt;
//
for (cnt = 0; cnt < 8; cnt++) {
if ((number & 0x80) != 0)
output[cnt] = '1';
else
output[cnt] = '0';
number <<= 1;
}
output[8] = 0x00;
}
//**********************************************************************
void main()
{
unsigned short cnt, TRIS_EX;
//
CMCON = 0b00000111; //コンパレータは使用しない。
ANSEL = 0b00000000; //A/Dコンバータは使用しない。
OSCCON = 0b01110000; //クロックは内臓8MHzを使用する。
TRISA = 0b11101111; //PORTAを設定する。
TRISB = 0b11111111; //PORTBを設定する。
OPTION_REG.NOT_RBPU = 0; //PORTBをプルアップする。
//Ｉ２Ｃを設定する。
SSPSTAT.SMP = 1;
SSPSTAT.CKE = 1;
SSPCON.WCOL = 0;
SSPCON.SSPOV = 0;
SSPCON.SSPEN = 1;
SSPCON.CKP = 1;
SSPCON.SSPM0 = 0;
SSPCON.SSPM1 = 1;
SSPCON.SSPM2 = 1;
SSPCON.SSPM3 = 0;
SSPADD = ADDR_BASE + ((SW_ADDR2 == 1) ? 4 : 0) + ((SW_ADDR1 == 1) ? 2 : 0);
PIE1.SSPIE = 1;
PIR1.SSPIF = 0;
//
LED = OFF;
pnt = 0;
flg = 0;
data[0] = 0b11111111;
data[1] = 0b11111111;
TRIS_EX = data[0];
for (cnt = 0; cnt < 10; cnt++) {
LED = ON;
Delay_ms(50);
LED = OFF;
Delay_ms(50);
}
// 割り込み(全体)の設定
INTCON.PEIE = 1;
INTCON.GIE = 1;
//
while (1) {
//
if (data[0].F0 != TRIS_EX.F0) {
TRIS_EX.F0 = data[0].F0;
TRIS_EX_0 = TRIS_EX.F0;
}
if (TRIS_EX.F0 == 1) {
data[1].F0 = PORT_EX_0;
} else {
PORT_EX_0 = data[1].F0;
}
//
if (data[0].F1 != TRIS_EX.F1) {
TRIS_EX.F1 = data[0].F1;
TRIS_EX_1 = TRIS_EX.F1;
}
if (TRIS_EX.F1 == 1) {
data[1].F1 = PORT_EX_1;
} else {
PORT_EX_1 = data[1].F1;
}
//
if (data[0].F2 != TRIS_EX.F2) {
TRIS_EX.F2 = data[0].F2;
TRIS_EX_2 = TRIS_EX.F2;
}
if (TRIS_EX.F2 == 1) {
data[1].F2 = PORT_EX_2;
} else {
PORT_EX_2 = data[1].F2;
}
//
if (data[0].F3 != TRIS_EX.F3) {
TRIS_EX.F3 = data[0].F3;
TRIS_EX_3 = TRIS_EX.F3;
}
if (TRIS_EX.F3 == 1) {
data[1].F3 = PORT_EX_3;
} else {
PORT_EX_3 = data[1].F3;
}
//
if (data[0].F4 != TRIS_EX.F4) {
TRIS_EX.F4 = data[0].F4;
TRIS_EX_4 = TRIS_EX.F4;
}
if (TRIS_EX.F4 == 1) {
data[1].F4 = PORT_EX_4;
} else {
PORT_EX_4 = data[1].F4;
}
//
if (data[0].F5 != TRIS_EX.F5) {
TRIS_EX.F5 = data[0].F5;
TRIS_EX_5 = TRIS_EX.F5;
}
if (TRIS_EX.F5 == 1) {
data[1].F5 = PORT_EX_5;
} else {
PORT_EX_5 = data[1].F5;
}
//
if (data[0].F6 != TRIS_EX.F6) {
TRIS_EX.F6 = data[0].F6;
TRIS_EX_6 = TRIS_EX.F6;
}
if (TRIS_EX.F6 == 1) {
data[1].F6 = PORT_EX_6;
} else {
PORT_EX_6 = data[1].F6;
}
//
if (data[0].F7 != TRIS_EX.F7) {
TRIS_EX.F7 = data[0].F7;
TRIS_EX_7 = TRIS_EX.F7;
}
if (TRIS_EX.F7 == 1) {
data[1].F7 = PORT_EX_7;
} else {
PORT_EX_7 = data[1].F7;
}
}
}
//**********************************************************************
<参考>
※テスト用(PIC12F683)のプログラムです。
//**********************************************************************
/*
『拡張ポートのテストデータ送信用（マスター）』
*/
//**********************************************************************
#define SW GPIO.F3
#define LED GPIO.F2
#define ON 1
#define OFF 0
#define ACK 1
#define NO_ACK 0
//**********************************************************************
void SwitchONcheck()
{
while (Button(&GPIO, 3, 1, 0) == 0)
;
while (Button(&GPIO, 3, 1, 1) == 0)
;
}
//**********************************************************************
void main()
{
unsigned short cnt, dat;
//
CMCON0 = 0b00000111;
ANSEL.ANS0 = 0;
ANSEL.ANS1 = 0;
ANSEL.ANS2 = 0;
ANSEL.ANS3 = 0;
ADCON0.VCFG = 0;
TRISIO = 0b00001011;
OSCCON = 0b01110000;
//
for (cnt = 0; cnt < 10; cnt++) {
LED = ON;
Delay_ms(50);
LED = OFF;
Delay_ms(50);
}
//
Soft_I2C_Config(&GPIO, 4, 5); // SDA, SCL
//
while (1) {
SwitchONcheck();
//TRIS_EX = 0b00001111
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC0);
Soft_I2C_Write(0x00);
Soft_I2C_Write(0b00001111);
Soft_I2C_Stop();
//
SwitchONcheck();
//PORT_EX = 0x10100000
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC0);
Soft_I2C_Write(0x01);
Soft_I2C_Write(0b10100000);
Soft_I2C_Stop();
//
SwitchONcheck();
//PORT_EX = 0x01010000
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC0);
Soft_I2C_Write(0x01);
Soft_I2C_Write(0b01010000);
Soft_I2C_Stop();
//
SwitchONcheck();
//
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC0);
Soft_I2C_Write(0x01);
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC1);
dat = Soft_I2C_Read(NO_ACK);
Soft_I2C_Stop();
//
SwitchONcheck();
//
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xC0);
Soft_I2C_Write(0x01);
Soft_I2C_Write(dat << 4);
Soft_I2C_Stop();
//
for (cnt = 0; cnt < 10; cnt++) {
LED = ON;
Delay_ms(50);
LED = OFF;
Delay_ms(50);
}
}
}
//**********************************************************************
===== 動作確認 =====
左側から、PIC12F683(ポート制御データ送信用)、PIC16F88(アドレス=0xC0)、入出力基板です。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074045.png?500}}
左側:起動直後
右側:ポートの入出力モード設定(上位4ビットを出力モード、下位4ビットを入力モード)
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074056.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074059.png}}
左側:0xA0(0b10100000)を出力
右側:0x50(0b01010000)を出力
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074108.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074114.png}}
左側:スイッチを入力し、それをそのまま出力(スイッチは全てOFF状態)
右側:スイッチを入力し、それをそのまま出力(黄色のスイッチのみON状態)
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074123.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074127.png}}
左側:スイッチを入力し、それをそのまま出力(黄色のスイッチと緑色のスイッチがON状態)
右側:スイッチを入力し、それをそのまま出力(赤色のスイッチのみON状態)
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074133.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074138.png}}
如何ですか?
これでピン数の少ないPICに、簡単にポート数を増やすことができますね ^_^
今回は、最大4台の拡張ポートを接続できるようにしましたが、PIC16F88のポートには、まだ3ピン未使用の
ポートがありますので、プログラムを少し修正するだけで、最大32台(256ポート)まで増やすことができます。
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