【平头哥RVB2601开发板试用体验】I/O扩展

一、概述

RVB2601是基于平头哥生态芯片CH2601的开发板，板载JTAG调试器，WiFi&BLE芯片W800，音频ADCES7210，音频DACES8156，128x64 OLED屏幕，RGB三色指示灯，用户按键，及兼容Arduino的扩展接口，功能很多，接口很丰富，通过短接片，从两排插针引出相应的功能，目前短接片已经插得满满的了，如果还需要一些I/O点，连接外围传感器、继电器，该怎么办？

IO扩展有很多种方式，采用译码器，用74系列的74HC138（三八译码器），只需要3个IO口就可以扩展成8个输入口：输入极性。

串行数据移位，74HC595、74HC164同样也可以用少量IO口扩展成更多的IO口，而且支持级联，也是一种不错的选择：

总线接口，MCP23017（IIC接口）和MCP23S17（SPI接口）扩展模块：推荐使用I2C 串行接口的16位 I/O 扩展模块。

二、IIC串行接口

CH2601的内部设计有IIC总线，板子上的I2C总线与ES7210连接，ES7210芯片是四通道ADC采集芯片，在板子上连接了硅麦，ES7210的数据是通过I2S总线连接的CH2601，芯片的配置是通过IIC连接到CH2601，IIC接口被占用，只能另外想办法。

用普通I/O口，按照IIC的通信协议，软件模拟IIC时序逻辑，切换高低电平，实现IIC串行接口的功能，只需占用两个引脚，通过GPIO连接外设。具体实现方法请参考另外一篇博文，使用CDK在RVB2061上编写IIC软件驱动——快来测体温队。

三、扩展模块

IIC接口的MCP23017只需要两个IO口，便可以实现最多16*8=128个IO口的扩展，其中，16为每个芯片的最大IO口，8为最大地址数量，因为只有3个地址控制位，所以最大只能设置8个地址，MCP23017能够将16位并行数据转换为IIC接口的串型数据并可相互转化，MCP23017芯片IO口的模式可以任意设置为输入或输出模式，所以，我们可以在这扩展的最大的128个IO口中，任意搭配出不同的输入口和输出口。

接口电路：

模块控制接口采用的是双排接口，每个标号同时有两个排针，这样方便多个模块并联接线，免得从单片机开发板引出多根线到每个模块。控制接口包括SCL、SDA、RST、ITA、ITB。

RST接到低电平时，芯片复位，在板上有一个10K欧姆的上拉电阻将RST拉到了VCC，如果不需要通过单片机控制芯片复位，在使用模块时，此引脚可不接线。

ITA、ITB是中断输出引脚，ITA对应GPIOA上的输入中断，ITB对应GPIOB 上的输入中断。不使用中断可不接，使用中断时可接到单片机的外部中断引脚上。ITA、ITB可联合在一起使用，即当16 个IO上任何一个中断输入产生中断时，ITA和ITB同时产生中断输出。具体在驱动函数的MCP23017 初始化函数中配置。ITA、ITB的输出类型可设置位 OD输出，推挽输出-高电平有效，推挽输出-低电平有效，具体在具体在驱动函数的MCP23017 初始化函数中

四、程序设计

扩展I/O功能实现：

1. 设置引脚模式：输入模式、输出模式、上拉输入模式(内部上拉电阻100KΩ)；

2. 读取并设置引脚电平值；

3. 支持5种中断方式：高电平中断、低电平中断、上升沿中断、下降沿中断、双边沿跳变中断；

4. 支持2路中断信号输出：当端口A的某个引脚发生中断时，INTA引脚输出高电平，当端口B的某个引脚发生中断，INTB引脚输出高电平；

5. 轮询中断：可通过轮询中断函数，检测引脚是否发生中断，并执行相应的中断服务函数；

定义IIC接口操作函数：

extern void OpenI2C(unsigned char sync_mode, unsigned char slew);
extern void I2CStart(void);
extern void I2CReStart(void);
extern void I2CStop(void);
extern unsigned char WaitForACK(void);
extern void ACKI2C(void);
extern unsigned char WriteI2C(unsigned char data_out);
extern unsigned char ReadI2C(void);
extern void nACK(void);
extern unsigned char I2CDataReady(void);unsigned char WriteI2C( unsigned char data_out )
{unsigned char n;SCL_L;                 //SCL LOW... just in casefor(n=0; n<8; n++){if((data_out << n) & 0x80){SDA_H;SCL_H;SCL_L;}else{SDA_L;SCL_H;SCL_L;}}return 0;
}unsigned char ReadI2C(void)
{unsigned char n, data_in;data_in = 0;for(n=0; n<8; n++){SCL_H;data_in = ((data_in + SDA_LEVEL) << 1);SCL_L;}data_in = data_in >> 1;return(data_in);
}

定义MSCP23017寄存器操作数：

#define IODIRA       0x00
#define IODIRB      0x01
#define IPOLA       0x02
#define IPOLB       0x03
#define GPINTENA    0x04
#define GPINTENB    0x05
#define DEFVALA     0x06
#define DEFVALB     0x07
#define INTCONA     0x08
#define INTCONB     0x09
#define IOCONA      0x0A
#define IOCONB      0x0B
#define GPPUA       0x0C
#define GPPUB       0x0D
#define INTFA       0x0E
#define INTFB       0x0F
#define INTCAPA     0x010
#define INTCAPB     0x011
#define GPIOA       0x012
#define GPIOB       0x013
#define OLATA       0x014
#define OLATB       0x015

定义MCP23017操作函数：

#define WrtCmd  0
#define RdCmd   1
unsigned char gAddrPins = 0;
unsigned char I2CBaudGenerator = 125;
unsigned char SerialMode = I2CMODE;
unsigned char gControlByte = 0x40;void InitMCP( void )
{
//Configure 23017Write23X17(GPPUA,  0x0F);   // PullupsWrite23X17(IOCONA, 0x40);    //Write23X17(IODIRA, 0xFF);   //All inputs by default (this is the POR default)Write23X17(IODIRB, 0xFF);   //All inputs by default (this is the POR default)
}
//****************************************
//  I2CWriteByte(unsigned char addr, unsigned char byte)
//  Writes a byte to the 23017
//****************************************
void I2CWriteByte(unsigned char reg, unsigned char data)
{I2CStart();WriteI2C( gControlByte | WrtCmd | gAddrPins );WaitForACK();WriteI2C( reg );WaitForACK();WriteI2C( data );WaitForACK();I2CStop();
}//****************************************
//  int I2CReadByte(unsigned char addr))
//  Reads a byte from the 23008
//****************************************
unsigned char I2CReadByte(unsigned char reg)
{unsigned char num;I2CStart();WriteI2C( gControlByte | WrtCmd | gAddrPins );WaitForACK();WriteI2C( reg );WaitForACK();I2CReStart();;WriteI2C( gControlByte | RdCmd | gAddrPins );WaitForACK();num = ReadI2C();nACK();I2CStop();return(num);
}void Write23X17(unsigned char reg, unsigned char data)
{I2CWriteByte(reg, data); //
}unsigned char Read23X17(unsigned char reg)
{unsigned char num;num = I2CReadByte(reg);return(num);
}

五、参考资料

1、芯片手册

2、51单片机扩展I/O例程

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