Nooit genoeg GPIO pins op een Micro Processor

Colocado sobre

Op de een of andere manier, ongeacht welke microprocessor ik kies, heb ik te weinig GPIO-pinnen voor de projectbehoeften of voor wat ik wil doen.


Voor een recent project ben ik daarom overgestapt van de ESP8266 naar de ESP32 die veel meer GPIO-pinnen heeft dan zijn voorganger .. maar nog steeds niet genoeg voor het project waar ik aan werk.

Om deze run voor GPIO-pinnen voor eens en voor altijd te beëindigen, besloot ik dat ik een goedkoop uitbreidingsbord nodig had dat kon worden geconfigureerd voor schakelaars (input) en LED's of andere dingen (output). En terwijl ik bezig was, dacht ik dat wat extra logica leuk zou zijn.

Dus wat ik bedacht heb is een I2C-bordje met acht GPIO-pinnen die vrij configureerbaar zijn voor invoer of uitvoer (ik noem de GPIO-pinnen "Slot's").

Het uitbreidingsbord is uitermate geschikt voor gebruik op een solderless breadboard. Het schema kan later worden opgenomen in het totale hardware-ontwerp.

ADW0720 Type 2ADW0720 Type 2

Een voor input geconfigureerd Slot, zal waarschijnlijke voor schakelaars gebruikt worden en dan zou het geweldig zijn als we onderscheid kunnen maken tussen het indrukken van de knop en het loslaten ervan (snel loslaten, midden loslaten en lang loslaten). In de code op de hoofdprocessor kun je gewoon zeggen:

Slots die zijn geconfigureerd voor output, worden een soort "shoot and forget" -type slot. Dat wil zeggen: je kunt zeggen dat het Slot HOOG of LAAG moet zijn zoals met de functie digitalWrite() in de Arduino IDE. Maar je kunt ook zeggen: wordt 2500 ms HOOG en wordt dan weer LAAG. In je hoofdprogramma hoef je de code niet te schrijven om 2500 ms te wachten en dan de GPIO-pin LOW te maken.

Je kunt het Slot ook vertellen om te knipperen met een aan-tijd en een uit-tijd en, als je wilt, een duur. Bijvoorbeeld:

Het Slot knippert met 500 ms aan, 1000 ms uit gedurende een periode van 10 seconden (10000 ms) en stopt daarna met knipperen.

Een zelfde als voorbeeld als hiervoor, maar nu zal het Slot voor altijd knipperen (of totdat je hem vertelt iets anders te doen);

De hardware is ontworpen rond een ATtiny841-microcontroller. De communicatie verloopt via de I2C bus (twee draden, SCL en SDA).
Je kunt de boards gebruiken met 5Volt of 3.3Volt afhankelijk van je behoeften (voornamelijk de spanning die de hoofdprocessor gebruikt) maar je kunt geen 5Volt- en 3,3Volt-systemen op elkaar aansluiten zonder wat extra logica (level shifters voor de SDA- en SCL-lijnen).

ADW0720 ATtiny841ADW0720 ATtiny841

Voor het aansturen van de ADW0720-borden heb ik een bibliotheek ontwikkeld met eenvoudige functies.
Elk I2C-apparaat heeft een adres in het bereik van 1 tot 127 (decimaal). Het standaard adres voor de ADW0720 borden is 0x18 (24 decimaal) maar je kunt dit veranderen naar wat je maar wilt met de volgende code:

De tweede regel slaat dit newAddress op in EEPROM en vanaf dat moment is het newAddress het adres voor deze module.

Door elk ADW0720-bord een uniek adres te geven, kunt je meerdere ADW0720-borden aansturen met alleen de twee I2C-lijnen!

Ik heb twee soorten ADW0720-borden ontworpen die klaar zijn voor gebruik. Het Type-1 bord heeft 4 tactiel schakelaars en 4 LED's, het Type-2 bord heeft 8 LED's maar geen schakelaars.

ADW0720 Type 1 (4 LED's, 4 Switches)ADW0720 Type 1 (4 LED's, 4 Switches)
ADW0720 Type-2 (8 LED's, geen Switches)ADW0720 Type-2 (8 LED's, geen Switches)


In plaats van de LED's is het ook mogelijk om een ​​N-kanaals MOSFET (zoals de 2N7000 of 2N7002) aan te sturen als schakelaar om grotere belastingen zoals zoemers, relais of motoren aan te sturen.

Je kunt de bibliotheek en de code voor de ATtiny841-I2C-slave vinden op github. Daar vind je ook de documentatie voor de bibliotheek.

De bibliotheek wordt geleverd met twee voorbeeld sketches. De eerste is om te laten zien wat de ADW0720-bordjes kunnen (show-of) en het tweede voorbeeld (I2C_ADW0720_Configurator) laat het meer geavanceerde gebruik zien.

Met het tweede voorbeeld kun je bijvoorbeeld de functie (input of output) van de Slots instellen en je kunt er het I2C adres van de ADW0720 mee instellen zodat je dat niet in je hoofdprogramma hoeft te doen.

Schema van het ADW0720 Type-1 boardSchema van het ADW0720 Type-1 board
ADW0720 Type-2 boardADW0720 Type-2 board
Helper functies uit de libraryHelper functies uit de library
postado por Local na rede Internet Willem Aandewiel (1955) heeft als achtergrond een opleiding in elektronica en digitale technieken. Het grootste deel van zijn werkbare leven heeft hij echter in de automatisering gewerkt waar hij zo'n beetje in alle disciplines van programmeur tot projectleider en projectmanager heeft gewerkt. Willem was één van de eerste Nederlanders met een micro-computer (KIM-1, 1976) in een tijd dat de PC nog moest worden uitgevonden. Tegenwoordig houdt hij zich vooral bezig met het ontwerpen en maken van kleine elektronische schakelingen met microprocessoren. Zijn ‘mission in life’ is om mensen enthousiast te maken voor het zelf maken van elektronische schakelingen, microcomputers en programmeren.

Comentários

The Netherlands Edwin vd Oetelaar
Olá, Sr. Willem, Aplicar um expansor de E/S MCP23017 de 16 bits com geração de interrupção não seria mais conveniente nos projetos do que fazer você mesmo um processador de E/S separado? Estou perguntando isso porque também estou observando pássaros. Pretendo equipar um módulo ESP32-S com uma série de interfaces de termopares - um par de ADCs 0-10V - e uma linha de entradas/saídas lógicas para fazer um projeto referente ao controle de bombas de calor (e também entender o comportamento). é ajudar este clube https://www.adelaar-innovatie.nl/over-ons. Espero em 2 pensamentos, um ESP32 com tudo via barramento I2C ou um AVR separado (por exemplo, um atmega2560) que lide com todos os IO (e possivelmente comportamento em tempo real) e com o qual deixo o ESP32 falar por meio de um protocolo serial. Por favor, seus insights. Atenciosamente, Edwin van den Oetelaar
Colocado sobre 
Willem
Olá Edwin, Esse expansor de E/S também é adequado, mas não oferece opções extras, como lidar com pressionamentos curtos, médios e longos no botão ou LEDs piscando sem a intervenção de seu próprio código ou após um tempo especificado. desligar um LED. Veja: https://willem.aandewiel.nl/index.php/2020/08/10/extending-gpio-pins-on-your-micro-processor/
Colocado sobre 
Edwin
Olá Sr. Willem, obrigado por seus comentários sobre este tópico. Cheguei à mesma conclusão, ambas as opções são viáveis. No entanto, há uma coisa que me preocupa ao usar um processador IO controlado por firmware. Esse é o fato de que o firmware pode ter problemas (bugs ou outros). Ao atualizar o firmware principal no ESP32, também gostaria de atualizar e remover bugs em todo o sistema. Você já atualizou o firmware de um AVR MCU de outra CPU mestre que já estava no circuito e implantada? Uma abordagem alternativa que estou considerando é usar um FPGA para processamento de E/S. O firmware FPGA (imagem) é fornecido pelo processador principal na inicialização do sistema. Dessa forma, o firmware de todo o sistema pode ser atualizado enquanto o sistema está em campo, sem intervenção humana. Seus pensamentos e rica experiência são muito bem-vindos. Atenciosamente, Edwin
Colocado sobre 
Webwinkelkeur Kiyoh Trustpilot Opencircuit