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 2 ADW0720 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 ATtiny841 ADW0720 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 board Schema van het ADW0720 Type-1 board
ADW0720 Type-2 board ADW0720 Type-2 board
Helper functies uit de library Helper functies uit de library

Reacties

Nederland Edwin vd Oetelaar
Hallo meneer Willem, Zou het toepassen van een MCP23017 16 bit IO-expander met interruptgeneratie niet handiger zijn in de projecten dan zelf een aparte IO-processor te maken? Ik vraag dit omdat ik ook zelf aan het vogelen ben. Ik wil een ESP32-S-module uitrusten met een reeks thermokoppelinterfaces - een paar 0-10V ADC's - en een rij logische inputs / outputs om een project te doen met betrekking tot de regeling van warmtepompen (en ook om het gedrag te begrijpen) is om deze club te helpen https://www.adelaar-innovatie.nl/over-ons. Ik hoop op 2 gedachten, een ESP32 met alles via I2C bus of een aparte AVR (bv. Een atmega2560) die alle IO (en eventueel realtime gedrag) afhandelt en waarmee ik de ESP32 laat praten via een serieel protocol. Gelieve uw inzichten. Met vriendelijke groet, Edwin van den Oetelaar
Geplaatst op 
Willem
Hoi Edwin,
Zo’n I/O expander is ook geschikt, maar die geeft niet de extra mogelijkheden zoals het afhandelen van korte, middellange en lange druk op de knop of het, zonder tussenkomst van je eigen code knipperen van ledjes of na opgegeven tijd een led weer uit doen.

Zie: https://willem.aandewiel.nl/index.php/2020/08/10/extending-gpio-pins-on-your-micro-processor/
Geplaatst op 
Edwin
Hallo meneer Willem, bedankt voor uw feedback over dit onderwerp. Ik was tot dezelfde conclusie gekomen, beide opties zijn haalbaar. Er is echter één ding dat me zorgen baart bij het gebruik van een firmware-gestuurde IO-processor. Dat is het feit dat de firmware problemen kan hebben (bugs of anderszins). Door de belangrijkste firmware in de ESP32 bij te werken, zou ik ook bugs in het hele systeem willen bijwerken en verwijderen. Heb je ooit van een andere master-cpu de firmware geflashed van een AVR-MCU die al in circuit was en geïmplementeerd? Een alternatieve benadering die ik overweeg, is het gebruik van een FPGA voor IO-verwerking. De firmware (afbeelding) van de FPGA wordt bij het opstarten van het systeem door de hoofdprocessor geleverd. Op die manier kan de firmware van het hele systeem worden bijgewerkt terwijl het systeem in het veld is, zonder menselijke tussenkomst. Uw gedachten en rijke ervaring zijn zeer welkom. Met vriendelijke groet, Edwin
Geplaatst op