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[NEW] 2017/03/18

Raspberry Pi 3の I2C端子に GPIOエキスパンダ PCF8574を接続して I/Oポートを増やす方法 Raspberry Pi 3の I2C端子に GPIOエキスパンダ PCF8574を接続して I/Oポートを増やす方法

(ラズパイの I2Cバス対応の TI PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダを接続して I/Oポートを増やす)

Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]






● Raspberry Pi 3 Model B

 Raspberry Pi3 Model B RPI2 RPI3

 大人気の CPUボードの Raspberry Piに WiFiと Bluetoothが搭載されたモデルが新発売となりました。
 以前から Raspberry Pi 2を買おうかどうか迷っていましたが、Raspberry Pi 3 Model Bの発売を機に購入を決意してラズベリアンになる事にしました。

 ※ ラズパイの OS Raspbianはバージョンが上がる毎に過去の版と OSの内部の作りが変わり、過去に書かれた製作記事(例えば Raspbian Wheezyの時代の記事)がそのままではエラーが出たりして動かない事が有ります。
 ※ 当方のホームページのラズパイ記事は全て Raspberry Pi 3 Model Bと Raspbian Jessieの組み合わせで動作確認をしております。
(ただし、将来的に新しい Raspbian OSが出た場合に、当方の Raspbian Jessieを基にした内容がそのままでは動かない可能性が有ります。)


● Raspberry Piに I2Cバス対応 PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダ

PCF8574 リモート 8 ビット I/O エクスパンダ、I2C バス 対応 | TIJ.co.jp
 This 8-bit input/output (I/O) expander for the two-line bidirectional bus (I2C) is designed for 2.5-V to 6-V VCC operation.

 An additional strong pullup to VCC allows fast rising edges into heavily loaded outputs. This device turns on when
an output is written high and is switched off by the negative edge of SCL. The I/Os should be high before being
used as inputs.
 信号を入力する場合は入力ビットを '1'にセットします。
 信号を出力する場合は Highレベルの場合は '1'を、Lowレベルの場合は '0'を該当のビットにセットします。
 つまり、入力および Highレベル出力の場合は '1'をセット。Lowレベル出力の場合は '0'をセット。
 オープンドレインっぽいので Lowレベル出力の端子と GNDを接続出来ます。
 また、吸い込み電流は 25mAで、ピンを並列接続する事で吸い込み電流を増やせます。

 信号の設定方法は i2cget命令で、第二引数に出力データを指定します。
 下記の例は bit3が 'L'レベルなので 0xF7を読み込んでいます。
 ※ 購入した PCF8574モジュールは キャラクタ LCD接続用で bit3にはバックライト制御用のトランジスタが繋がっています。

# 例1:PCF8574の入出力の制御の方法
# 0x27は PCF8574の I2Cアドレス
# 0xFFは PCF8574の全部に Highレベルを設定(11111111)
# 戻りの 0xF7は bit3が Lowレベル、他は Highレベルを意味している(11110111)
$ i2cget -y 1 0x27 0xFF
0xf7

# 例2:PCF8574の入出力の制御の方法
# 0x27は PCF8574の I2Cアドレス
# 0xC5は PCF8574の出力で bit0/2/6/7に Highレベル、bit1/3/4/5に Lowレベルを設定(11000101)
# 戻りの 0x41は bit1/6が Highレベル、他は Lowレベルを意味している(01000001)
$ i2cget -y 1 0x27 0xC5
0x41

● Raspberry Piに I2Cバス対応 PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダを接続する方法

$ sudo raspi-config
 で I2Cを有効にします。
 5 Interfacing Options - Configure connections to peripher
 P5 I2C                - Enable/Disable automatic loading
 Would you like the ARM I2C interface to be enabled? - <Yes>
 The ARM I2C interface is enabled - <Ok>
 <Finish>

 結線方法は下記の様に 4本使用してそれぞれ接続します。
 (1) PCF8574モジュールの SCLを ラズパイの GPIOの SCL(GPIO3)
 (2) PCF8574モジュールの SDAを ラズパイの GPIOの SDA(GPIO2)
 (3) PCF8574モジュールの GNDを ラズパイの GPIOの GND(GND)
 (4) PCF8574モジュールの VCCを ラズパイの GPIOの +3.3V(3V3)

・Raspberry Piに I2Cバス対応 PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダを接続する方法
Raspberry Piに I2Cバス対応 PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダを接続する方法



 PCF8574モジュールは HD44780 1602 16桁 x 2行のキャラクタ液晶モジュールとの接続に特化した物になっていますが、汎用的な PCF8574モジュールとしても使えます。
 LC Technology 深圳市艾尔赛科技有限公司の製品のコピー品と思われます。FC-113
PCF8574 IIC LCD1602 converter module

・I2Cバス対応 PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダ 回路図 FC-113
I2Cバス対応 PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダ 回路図 FC-113




HiLetgo IIC/I2C/TWI/SPI シリアル インタフェース ボード モジュール Arduino 1602 LCD ディスプレイ [並行輸入品]
ASIN: B010Q175VY

HiLetgo DC 5V HD44780 1602 LCD ディスプレイモジュール 16×2キャラクタ LCDブルーブラックライト [並行輸入品]
ASIN: B010GXB9NM

HiLetgo PCF8574 PCF8574T IO拡張ボードI/Oエキスパンダ I2C 評価開発モジュール [並行輸入品]
ASIN: B01LWQ8PR7

Lovoski  Arduino Raspberry Pi 対応 PCF8574 IO 拡張ボード I2C 開発ボード
ASIN: B01MT9YWGD


● Raspberry Pi3の GPIO端子の IIC機能 I2C機能を有効にする方法

# raspi-configコマンドで I2Cを有効にする
$ sudo raspi-config

# I2C制御用ツールをインストールする
$ sudo apt-get -y install i2c-tools
# /dev/i2c-1の存在を確認する
$ ls /dev/i2c*
/dev/i2c-1

# i2cdetectコマンドで I2Cバスに接続された I2Cデバイスの存在を確認する
$ i2cdetect -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 1d 1e --
20: -- -- -- -- -- -- -- 27 -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: 40 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 4f
50: -- -- -- 53 -- -- -- 57 -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- 68 69 -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- 76 --
 27が PCF8574です。その他 9個のデバイス(つまり全部で 10個の I2Cデバイス)が I2Cバスにぶら下がっています。

 PCF8574はキャラクタ液晶モジュール接続用の物を購入しました。(値段が安かったから)
 bit3がトランジスタに接続されているので 8ビット全部を自由に使用するには bit3の配線の改造が必要です。
・I2Cバス対応 TI PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダ
I2Cバス対応 TI PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダ


・I2Cバス対応 TI PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダ
I2Cバス対応 TI PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダ


・I2Cバス対応 TI PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダ
I2Cバス対応 TI PCF8574リモート 8ビット I/Oエクスパンダ





● センサデバイスの I2Cアドレス一覧 IICアドレス一覧と使用方法
加速度センサMMA7455L
NXP
0x1D(W:0x32 R:0x33)MMA7455 三軸加速度センサモジュール
AQM0802Aと一緒に使えない相性?
使い方の説明
地磁気センサHMC5883L
Honeywell
0x1E(W:0x3C R:0x3D)CJ-M49 デジタルコンパスモジュール 3軸地磁気センサ使い方の説明
RFID NFCリーダライタNXP PN5320x24(W:0x48 R:0x49)ELECHOUSE NFC MODULE V3使い方の説明
8ビット I/OエクスパンダPCF8574
Texas Instruments
0x2F(W:0x5E R:0x5F)FC-113 PCF8574 キャラクタ液晶モジュール接続用使い方の説明
キャラクタ液晶 8文字x2行秋月 AQM0802A
ST7032
Sitronix
0x3E(W:0x7E R:0x7F)秋月の AQM0802液晶はラズパイ側の回路が原因の癖が有ります。
MMA7455と一緒に使えない相性?
PCA9515AD I2Cバスリピーターとの併用を推奨
使い方の説明
キャラクタ液晶モジュール 16文字×2行秋月 AQM1602A
ST7032
Sitronix
0x3E(W:0x7E R:0x7F)秋月の AQM1602A液晶モジュール使い方の説明
湿度センサHTU21D
TE Connectivity
0x40(W:0x80 R:0x81)GY-21 温度、湿度センサーモジュール使い方の説明
AD/DA変換PCF8591
NXP
0x48(W:0x90 R:0x91)YL-40 8ビットA/D & D/Aコンバータ使い方の説明
温度センサLM75A
Texas Instruments
0x4F
A0-A2=H
(W:0x9E R:0x9F)A0~A2を "H"に設定で 0x4F
デフォルト 0x48
使い方の説明
3軸加速度センサADXL345
Analog Devices
0x53(W:0xA6 R:0xA7)GY-291 3軸加速度センサモジュール使い方の説明
RTC リアルタイムクロックDS3231
現 Maxim
旧 Dallas Semiconductor
0x68(W:0xD0 R:0xD1)ZS-042 温度補償水晶発振器(TCXO)および水晶を内蔵する低コスト、 超高精度 I2Cリアルタイムクロック(RTC)使い方の説明
I2CメモリAT24C32
(4KBメモリ)
0x57(W:0xAE R:0xAF)ZS-042
6軸 ジャイロ+加速度センサMPU-6050
InvenSense
0x68
ADO=L
(W:0xD0 R:0xD1)GY-521 三軸加速度センサ・三軸ジャイロセンサモジュール、
AD0端子 プルアップ時=0x69、
AD0端子 プルダウン時=0x68
使い方の説明
9軸 ジャイロ+加速度+地磁気センサMPU-9150
InvenSense
0x69(W:0xD0 R:0xD1)MPU-6050に地磁気センサーを追加した最強センサー
9軸 ジャイロ+加速度+地磁気センサMPU-9250
InvenSense
0x69(W:0xD0 R:0xD1)MPU-9150の改良型、3軸加速度 + 3軸ジャイロ + 3軸コンパス
気圧/気温/高度センサBMP180
Bosch Sensortec
0x77(W:0xEE R:0xEF)BMP085の改良型
気圧/温度/高度センサBMP280
Bosch Sensortec
0x76
SDO=L
(W:0xEC R:0xED)BMP180の改良型、温度・気圧(高度)センサー
SDO端子 プルアップ時=0x77、
SDO端子 プルダウン時=0x76
使い方の説明
湿度/気圧/温度/高度センサBME280
Bosch Sensortec
0x76
SDO=L
(W:0xEC R:0xED)BMP280の進化型、湿度・温度・気圧(高度)の 4種類の環境情報を取得出来る(湿度が追加になった)
SDO端子 プルアップ時=0x77、
SDO端子 プルダウン時=0x76
照度、近接センサAPDS-9930
Broadcom
0x39(W:0x72 R:0x73)使い方の説明
RGB色センサ、ジェスチャー、照度、近接センサAPDS-9960
Broadcom
0x39(W:0x72 R:0x73)使い方の説明
RGB色センサTCS34725
TAOS
0x29(W:0x52 R:0x53)使い方の説明
12点 静電タッチセンサMPR121
Freescale Semiconductor
0x5A(W:0xB4 R:0xB5)使い方の説明
有機LEDモジュール 128x64 0.96インチSSD1306
SOLOMON SYSTECH
0x3C(W:0x78 R:0x79)DC='L'で 0x3C、DC='H'で 0x3D使い方の説明1

 センサー類は必要な GPIOピンが 2本で済む I2C通信方式のデバイスで揃えました。
 また、全てのデバイスの信号電圧レベルは +3.3Vです。
 制御アドレスが全て異なるので全部のセンサーモジュールをラズパイに接続して使用する事が出来ます。

 ※ MMA7455と一緒に使用すると ST7032iコントローラが認識されない。I2Cデバイス間の相性? I2C配線の引き回し?

 ※ ST7032iには STARTコンディションの前に、バス調停のSCLパルスがあると、誤動作してACKを返さないバグが有るそうです。
ストロベリー・リナックス ST7032 低電圧I2C液晶モジュール アプリケーションノート
 ごみが直前にあるとその後正しいシーケンスで通信しても ST7032は通信に失敗します。

 ※ AQM0802A液晶モジュール使用時のI2Cバスのプルアップ抵抗は10kΩを推奨いたします。(ラズパイ側で 1.8kΩでプルアップされているのが問題)
 ※ Raspberry Pi 全シリーズに共通する仕様の制約から、AQMシリーズの液晶を接続する場合にはバッファ(I2Cバスリピーター、例:PCA9515AD)を介して接続してください。
I2C接続小型LCDモジュール(8x2行)ピッチ変換キットの質問と回答



Tags: [Raspberry Pi], [電子工作]

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