QMK firmwareで I/Oピンが足りない場合に I2Cの GPIOエキスパンダを使用して IOを拡張する解決方法
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QMK firmwareで I/Oピンが足りない場合に I2Cの GPIOエキスパンダを使用して IOを拡張する解決方法 
| 基板種類 | 最大 I/O数 |
| ATmega32u4 Pro Micro | 18本 |
| ATmega32u4 Elite-C V4 | 24本 |
| RP2040 Raspberry Pi Pico基板 | 26本 |
| STM32 Blue Pill基板等 | 33本 |
| PCF8574 | 8 bit | 8-bit I2C/SMBus I/O expander with interrupt |
| PCF8575 | 16 bit | 16-bit I2C/SMBus I/O expander with interrupt |
| TCA9555 | 16 bit | 16-bit I2C/SMBus I/O expander with interrupt weak pull-up & config registers |
| TCA6424 | 24 bit | 24-bit translating I2C/SMBus I/O expander with interrupt reset & config registers |
| MCP23017 | 16 bit | 16-Bit I2C I/O Expander with Serial Interface |
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今回購入 3個セット PCF8574 IO拡張ボード I2C Arduino用 開発ボード  ASIN: B07BW3VL3C |
今回購入 PCF8575 IIC I2C I/O 拡張シールドモジュール 16 ビット SMBus I/O ポート新  ASIN: B083ZWQGMS ※ 基板の色が違うだけ |
WINGONEER MCP23017-E/SS I2Cインターフェイス16チャンネルIO拡張モジュール互換 C51 IIC入力および出力拡張ボード  ASIN: B081ZYXW88 |
HiLetgo TCA9548A I2C IIC マルチプレクサ ブレークアウト ボード 8チャンネル 拡張ボード  ASIN: B078W4YLFG |
| 74HC4051 | 8 bit | 8:1 | 1-channel analog mutliplexer |
| 74HC4067 | 16 bit | 16:1 | 1-channel analog multiplexer |
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前回購入 8チャンネル74HC4051アナログマルチプレクサーデマルチプレクサーモジュールラズベリーパイ用単極オクタルスローアナログスイッチ  ASIN: B07ZCP69KS |
前回購入 Ren He 3個セット CD74HC4067 高速 CMOS 16チャンネル デジタル アナログ マルチプレクサ 多重 ブレイクアウト ボード モジュール Arduinoと互換  ASIN: B0953LPVKJ 注意：黄色の接続ピンは付属しません |
ACEIRMC CD74HC4067 16チャンネル アナログデジタルマルチプレクサー ブレークアウトボードモジュール Arduino 2V-6V マイクロコントローラー用 16デバイス RXライン 10個  ASIN: B08XV26WPS |
CUSTOM_MATRIX = lite # I2C PCF8574 and PCF8575 SRC += matrix.c QUANTUM_LIB_SRC += i2c_master.c
void matrix_init_custom(void) {
// TODO: initialize hardware here
}
bool matrix_scan_custom(matrix_row_t current_matrix[]) {
bool matrix_has_changed = false;
// TODO: add matrix scanning routine here
return matrix_has_changed;
}
| I2C アドレス（基本） | I2C アドレス（Write） | I2C アドレス（Read） | |||
| Col出力 | PCF8574（8bit GPIO） | 0x20（A2=L A1=L A0=L） | 0x40 | 0x41 | 青基板 |
| Row入力 | PCF8574（8bit GPIO） | 0x24（A2=H A1=L A0=L） | 0x48 | 0x49 | 赤基板 |
// Copyright 2021 Y.Sakamoto (@FREEWING-JP)
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
#include "matrix.h"
#include "gpio.h"
#include "i2c_master.h"
#if (MATRIX_ROWS <= 8)
# define ROW_TYPE uint8_t
#elif (MATRIX_ROWS <= 16)
# define ROW_TYPE uint16_t
#elif (MATRIX_ROWS <= 32)
# define ROW_TYPE uint32_t
#endif
#define ROW_SHIFTER ((ROW_TYPE)1)
#define PCF857x_I2C_TIMEOUT 1000
#define I2C_WRITE 0x00
#define I2C_READ 0x01
// Col Output PCF8574 (A2=L, A1=L, A0=L)
#define I2C_ADDR_COL 0x20
#define I2C_ADDR_COL_WRITE ((I2C_ADDR_COL << 1) | I2C_WRITE)
#define I2C_ADDR_COL_READ ((I2C_ADDR_COL << 1) | I2C_READ)
// Row Input PCF857x (A2=H, A1=L, A0=L)
#define I2C_ADDR_ROW 0x24
#define I2C_ADDR_ROW_WRITE ((I2C_ADDR_ROW << 1) | I2C_WRITE)
#define I2C_ADDR_ROW_READ ((I2C_ADDR_ROW << 1) | I2C_READ)
// Col Output PCF8574 8bit
static void col_init(void) {
// All Output 'H'
uint8_t buf[] = { 0b11111111 };
i2c_transmit(I2C_ADDR_COL_WRITE, buf, sizeof(buf), PCF857x_I2C_TIMEOUT);
}
// Row Input PCF8574 8bit / PCF8575 16bit
static void row_init(void) {
#if (MATRIX_ROWS <= 8)
// Row Input PCF8574 8bit
// All Input Pull Up
uint8_t buf[] = { 0b11111111 };
i2c_transmit(I2C_ADDR_ROW_WRITE, buf, sizeof(buf), PCF857x_I2C_TIMEOUT);
#elif (MATRIX_ROWS <= 16)
// Row Input PCF8575 16bit
// All Input Pull Up
uint8_t buf[] = { 0b11111111, 0b11111111 };
i2c_transmit(I2C_ADDR_ROW_WRITE, buf, sizeof(buf), PCF857x_I2C_TIMEOUT);
#elif (MATRIX_ROWS <= 32)
TODO()
#endif
}
// Col Output PCF8574 8bit
static void select_col(uint8_t col) {
// Col Output 'L'
uint8_t colByte = ~(1 << col);
uint8_t buf[] = { colByte };
i2c_transmit(I2C_ADDR_COL_WRITE, buf, sizeof(buf), PCF857x_I2C_TIMEOUT);
}
// Row Input PCF8574 8bit / PCF8575 16bit
static ROW_TYPE read_rows(void) {
#if (MATRIX_ROWS <= 8)
// Row Input PCF8574 8bit
uint8_t buf[1];
i2c_receive(I2C_ADDR_ROW_READ, buf, sizeof(buf), PCF857x_I2C_TIMEOUT);
return ~buf[0];
#elif (MATRIX_ROWS <= 16)
// Row Input PCF8575 16bit
uint8_t buf[2];
i2c_receive(I2C_ADDR_ROW_READ, buf, sizeof(buf), PCF857x_I2C_TIMEOUT);
return ~((buf[1] << 8) | buf[0]);
#elif (MATRIX_ROWS <= 32)
TODO()
#endif
}
void matrix_init_custom(void) {
i2c_init();
col_init();
row_init();
}
// MATRIX_ROWS = 4
// MATRIX_COLS = 4
// matrix_row_t = uint8_t
bool matrix_scan_custom(matrix_row_t current_matrix[]) {
// Scan Keyboard Matrix
ROW_TYPE tmp[MATRIX_COLS];
ROW_TYPE* pt = tmp;
for (uint8_t col = 0; col < MATRIX_COLS; ++col) {
// MSB = col 7, LSB = col 0
select_col(col);
matrix_io_delay();
*pt++ = read_rows();
}
col_init();
// Check Keyboard Matrix has Changed
bool matrix_has_changed = false;
matrix_row_t* p = current_matrix;
for (uint8_t row = 0; row < MATRIX_ROWS; ++row) {
ROW_TYPE and_row = (ROW_SHIFTER << row);
matrix_row_t now_rows = 0;
int8_t col = MATRIX_COLS;
while (--col >= 0) {
now_rows <<= 1;
now_rows |= ((tmp[col] & and_row) ? 1 : 0);
}
if (*p != now_rows) {
*p = now_rows;
matrix_has_changed = true;
}
++p;
}
return matrix_has_changed;
}
// Copyright 2021 Y.Sakamoto (@FREEWING-JP)
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
/* key matrix size */
#define MATRIX_ROWS 4
#define MATRIX_COLS 4
/*
* Keyboard Matrix Assignments
*
* Change this to how you wired your keyboard
* COLS: AVR pins used for columns, left to right
* ROWS: AVR pins used for rows, top to bottom
* DIODE_DIRECTION: COL2ROW = COL = Anode (+), ROW = Cathode (-, marked on diode)
* ROW2COL = ROW = Anode (+), COL = Cathode (-, marked on diode)
*
*/
#define MATRIX_ROW_PINS { NO_PIN, NO_PIN, NO_PIN, NO_PIN }
#define MATRIX_COL_PINS { NO_PIN, NO_PIN, NO_PIN, NO_PIN }
// #define UNUSED_PINS
/* COL2ROW, ROW2COL */
// #define DIODE_DIRECTION COL2ROW
/*
* the delay in microseconds when between changing matrix pin state and reading values
*/
#define MATRIX_IO_DELAY 30 // 30us, 8*30us = 8us = 0.240ms
