Ｉ２ＣエクスパンダＩＣ

Ｉ２ＣエクスパンダＩＣ　ＰＣＦ８５７４

　Ｉ２Ｃ通信を使ってＩＯポートを増やすＩ２ＣエクスパンダというＩＣがあります。いくつかのメーカーが製造しており、様々な型番が出回っています。その中で古くからあるポピュラーなＰＣＦ８５７４を使ってみました。基板に組み上がった製品がAITENDOから出ていましたので、この製品を使った実験をしてみました。２０２１年１月時点では在庫なしの状態になっていますが、秋月電子からもDIP形式のものが販売されています。

◎ピン接続

　SCL：M12のP1_6に接続　２ｋΩの抵抗でプルアップ
　SDA：M12のP1_0に接続　２ｋΩの抵抗でプルアップ

　A0　：GNDに接続
　A1　：GNDに接続
　A2　：GNDに接続
　（ｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽは、出力時：０ｘ４０　　入力時：０ｘ４１）

　P0　：LED0に接続
　P1　：LED1に接続
　P3　：SWに接続
　

　PCF8574Nの型番の製品はｱﾄﾞﾚｽﾋﾟﾝA0、A1、A2の接続をVCC、GNDに接続することによってｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽを変更することができます。ｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽは、０ｘ４０～０ｘ４７の８通りに設定することが可能です。つまり、同じＩ２Ｃの線上にに８ﾋﾞｯﾄのI/Oﾎﾟｰﾄを８個増設することが可能となります。

　また、後ろにPCF8574ANのようにAがつく型番の製品は異なるｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽの型番の製品で、０ｘ７０～０ｘ７７の８通りを設定することが可能ですので、さらに８個の８ﾋﾞｯﾄのI/Oﾎﾟｰﾄを増設することが可能となります。NとAの型番の製品をあわせると、何と、１６個の８ﾋﾞｯﾄﾎﾟｰﾄを使うことが可能となります。

◎PCF8574のポートにデータを出力する関数
　P0～P7が８ビット入出力ポートになります。データを出力する場合は、I2C通信の手順に従って、まず、PCF8574のスレーブアドレス（０ｘ４０）を転送しアクナレッジ信号を受信待機した後、出力データを書き込むだけです。

void IO_write(unsigned char add,unsigned char data)	・・・引数はアドレス、データ
{
unsigned　char　idt；
start();	・・・I2Cｽﾀｰﾄｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
do{
idt＝I2C_write(add)	・・・PC8574のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽを送る
｝while(idt！=0);	・・・ACK信号を待つ
I2C_write(data);	・・・出力ﾃﾞｰﾀを送る
stop();	・・・I2Cｽﾄｯﾌﾟｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
｝

◎PCF8574のポートからデータを受信する関数
　ポートからデータを入力する場合は、I2C通信の手順に従って、まず、PCF8574のスレーブアドレス（０ｘ４０）を転送しアクナレッジ信号を受信待機した後、読み込み時のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ　０ｘ４１（０ｘ４０＋０ｘ０１）を送った後、I2C_read（）関数を使って入力ﾃﾞｰﾀを受け取る。

unsigned　char　IO_read(unsigned　char　add)	・・・引数はアドレス
{
unsigned　char　idt,a；
start();	・・・I2Cｽﾀｰﾄｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
do{
idt＝I2C_write(add)	・・・PC8574のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽを送る
｝while(idt！=0);	・・・ACK信号を待つ
add　\|=0x01;	・・・読み込み時のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ0x41
start();	・・・I2Cｽﾀｰﾄｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
I2C_write(add)	・・・読み込み時のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽを送る
a=I2C_read()	・・・IOより読み込む
stop()；	・・・I2Cｽﾄｯﾌﾟｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
return a；	・・・読み込んだ値を返す
｝

　複数のPCF8574を使った場合、あまり配線を長くとると動作しない現象が出ました。配線を短くすると正常に動作するようになりました。また、Acknowledge信号を受信待機する部分をコメントアウトしたところ、正常に動作します。信号のタイミングがうまく取れないのかもしれません。回路的に取り出す電流が少なくLEDの点滅がはっきりしない場合は、トランジスタを使い電流を増幅すると良いようです。

　プログラムは、メイン関数の”EM_I2C_8574.c”、関数”I2C_ctrl.c”、ヘッダーファイル”I2C_ctrl.h”の３つから構成されています。プログラムは、PCF8574のP0、P1に接続したLEDを順番に点滅させて、PCF8574のP3に接続したSWの値を読み取り、その結果を同じＩ２Ｃに接続されたLCDに表示させています。

◎メインプログラム　EM_I2C_8574.c

０１：/***********************************************************************/
０２：/* I2CｴｷｽﾊﾟﾝﾀﾞIC PCF8574を使う */
０３：/* FILE :EM_I2C_8574.c */
０４：/* DATE :Sat, Jul 26, 2014 */
０５：/* DESCRIPTION :main program file. */
０６：/* CPU GROUP :M12A */
０７：/* Programmed By S.Noritomo */
０８：/* This file is generated by Renesas Project Generator (Ver.4.19). */
０９：/* NOTE:THIS IS A TYPICAL EXAMPLE. */
１０：/***********************************************************************/
１１：#include "sfr_r8m12a.h" 　/* R8C/M12A SFRの定義ファイル */
１２：#include "I2C_ctrl.h"
１３：
１４：void main(void)
１５：{
１６：　　unsigned char x;
１７：　　init();
１８：　　lcd_init();　　　　　　// LCD初期化
１９：　　LCD_cursor(1,0);
２０：　　LCD_str("PCF8574 ﾃｽﾄ");
２１：　　wait_ms(1000); ２２：　　while(1){
２３：　　　　IO_write(ADD0,0x01);　// No1-PCF8547のp0-LEDをON
２４：　　　　wait_ms(500);
２５：　　　　IO_write(ADD0,0x02);　// No1-PCF8547のp1-LEDをON
２６：　　　　wait_ms(500);
２７：
２８：　　　　IO_write(ADD0,0x08);　// No1のp3ﾋﾟﾝを入力ﾓｰﾄﾞにする
２９：　　　　x=IO_read(ADD0 ) & 0x08;// 入力ﾎﾟｰﾄの値を読み込む
３０：　　　　x >>= 3;　　　　　　　// p3のﾋﾞｯﾄを最下位ﾋﾞｯﾄにｼﾌﾄ
３１：　　　　x &= 0x01;
３２：　　　　LCD_cursor(2,0);
３３：　　　　LCD_str("No1-P3 = ");
３４：　　　　LCD_data(x+0x30);　　　// p3の値を表示　SW ON=1 OFF=0
３５：　　}
３６：}

◎ヘッダーファイル　I2C_ctrl.h

０１：/***********************************************************************/
０２：/* FILE :I2C_ctrl.h */
０３：/***********************************************************************/
０４：#define　　　　S_SCL　　　　p1_6=1// I2Cｸﾛｯｸ p1_6を1にする
０５：#define　　　　C_SCL　　　　p1_6=0// I2Cｸﾛｯｸ p1_6を0にする
０６：#define　　　　S_SDA　　　　p1_0=1// I2Cﾃﾞｰﾀ p1_0を1にする
０７：#define　　　　C_SDA　　　　p1_0=0// I2Cﾃﾞｰﾀ p1_0を0にする
０８：#define　　　　SDA_IN　　　　pd1_0=0// p1_0を入力ﾎﾟｰﾄに設定
０９：#define　　　　SDA_OUT　　　pd1_0=1// p1_0を出力ﾎﾟｰﾄに設定
１０：#define　　　　SDA_data　　　p1_0　// ﾃﾞｰﾀﾎﾟｰﾄをp1_0に設定
１１：#define　　　　AD　　　　　　0x7c　// LCDのｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽ　0B 0111 110+0(c/w)
１２：#define　　　　CLOCK　　　　20000
１３：#define　　　　ADD0　　　　　0x40　// No1のPCF8574書き込み時のｱﾄﾞﾚｽ
１４：#define　　　　ADD2　　　　　0x42　// No2のPCF8574書き込み時のｱﾄﾞﾚｽ
１５：#define　　　　ADD4　　　　　0x44　// No3のPCF8574書き込み時のｱﾄﾞﾚｽ
１６：
１７：/*======================================*/
１８：/*プロトタイプ宣言　　　　　　　　　　　*/
１９：/*======================================*/
２０：void　wait_us(unsigned　long　usec);// us単位のﾀｲﾏ
２１：void　wait_ms(unsigned　long　msec);// ms単位のﾀｲﾏ
２２：void　delay(void);　　　　　　　　// 6usの遅延関数
２３：void　start(void);　　　　　　　　// I2C開始
２４：void　stop(void);　　　　　　　　// I2Cｽﾄｯﾌﾟ
２５：void　ack(void);　　　　　　　　　// ACKNOWLEDGE信号受信
２６：void　H_CLK(void);　　　　　　　　// ｸﾛｯｸHigh
２７：void　L_CLK(void);　　　　　　　　// ｸﾛｯｸLow
２８：void　lcd_init(void);　　　　　　　// lcd初期化関数
２９：int　I2C_write(unsigned char data);// 書き込みの基本関数
３０：unsigned char I2C_read(void);　　// 読み込みの基本関数
３１：void　LCD_cmd(unsigned char cmd);　// 液晶へのｺﾏﾝﾄﾞ出力関数
３２：void　LCD_data(unsigned char data);// 液晶への１文字出力関数
３３：void　LCD_str(char* ptr);　　　　　// 液晶への文字列表示関数
３４：void　LCD_clear(void);　　　　　　　// 液晶のｸﾘｬｰ関数
３５：// ｶｰｿﾙ位置設定関数　line(行数):1 or 2　cursor(左端からの位置):0～f
３６：void LCD_cursor(unsigned char line,unsigned char cursor);
３７：void init(void);
３８：void IO_write(unsigned char add,unsigned char data);// PCF8574のIOからの出力1ﾊﾞｲﾄ
３９：unsigned char　IO_read(unsigned char add); // PCF8574からの読み込み

◎コントロール関数 I2C_ctrl.c

０１：/***************************************************************/
０２：/*FILE:I2C_ctrl.c　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*/
０３：/***************************************************************/
０４：/*インクルード　　　　　　　　　　　　　*/
０５：/*======================================*/
０６：#include "sfr_r8m12a.h"　　　　/* R8C/M12A SFRの定義ファイル */
０７：#include "I2C_ctrl.h"
０８：/*======================================*/
０９：/*プロトタイプ宣言　　　　　　　　　　　*/
１０：/*======================================*/
１１：/* I/O 初期化関数 */
１２：void init(void)
１３：{
１４：　　int i;
１５：　　prc0　　= 1;　　　// ﾌﾟﾛﾃｸﾄﾚｼﾞｽﾀ解除
１６：　　hocoe　　= 1;　　// 高速ｵﾝﾁｯﾌﾟｵｼﾚｰﾀ発振開始
１７：　　for(i=0;i<50;i++);// 発振安定まで待つ
１８：　　hscksel　= 1;　　// 高速ｵﾝﾁｯﾌﾟｵｼﾚｰﾀ選択ﾋﾞｯﾄを1にする
１９：　　scksel　= 1;　　// ｼｽﾃﾑ基準ｸﾛｯｸを高速にする
２０：　　prc0　　= 0;　　// ﾌﾟﾛﾃｸﾄﾚｼﾞｽﾀ禁止
２１：　　pd1　　　= 0x41;// p1_0,p1_6 出力設定 0100 0001
２２：}
２３：/******************************************************/
２４：/*液晶初期化関数　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*/
２５：/*******************************************************/
２６：void lcd_init(void)
２７：{
２８：　　wait_ms(100);
２９：　　LCD_cmd(0x38);// Function set 8bit 21Line Normal mode
３０：　　wait_us(30);
３１：　　LCD_cmd(0x39);// Function set 8bit 21Line Extended mode
３２：　　wait_us(30);
３３：　　LCD_cmd(0x14);// Internal OSC Frequency 183Hz BIAS 1/5
３４：　　wait_us(30);
３５：　　LCD_cmd(0x70);// Contrast set 0x70:2.7V ～ 0x30:3.0v
３６：　　wait_us(30);
３７：　　LCD_cmd(0x56);// Power Icon Contrast control
３８：　　wait_us(30);
３９：　　LCD_cmd(0x6c);// Follow control 3.3v
４０：　　wait_ms(400);
４１：　　LCD_cmd(0x38);// Set normal mode
４２：　　wait_us(30);
４３：　　LCD_cmd(0x0c);// Display ON
４４：　　wait_us(30); ４５：　　LCD_cmd(0x01);// Clear Display
４６：　　wait_ms(10);
４７：}
４８：/********************************************************/
４９：/*　タイマ本体　　us単位のwait関数 */
５０：/********************************************************/
５１：void wait_us(unsigned long usec)
５２：{
５３：　　usec = (usec * CLOCK) / 45000;
５４：　　while(usec --);{}
５５：}
５６：/********************************************************/
５７：/*　タイマ本体　　ms単位のwait関数 */
５８：/********************************************************/
５９：void wait_ms(unsigned long msec)
６０：{
６１：　　unsigned　int　i;
６２：　　for(i=0;i ６３：　　　　wait_us(1000);
６４：　　}
６５：}
６６：/*********************************************************/
６７：/*　6usの遅れ関数　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*/
６８：/*********************************************************/
６９：void delay(void)
７０：{
７１：　　unsigned　char　i;
７２：　　for(i=0;i<5;i++){}
７３：}
７４：/********************************************************/
７５：/*　開始条件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*/
７６：/********************************************************/
７７：void start(void)
７８：{
７９：　　SDA_OUT;
８０：　　H_CLK();
８１：　　S_SDA;
８２：　　delay();
８３：　　C_SDA;
８４：　　delay()
; ８５：　　L_CLK();
８６：　　delay();
８７：}
８８：/******************************************************/
８９：/*　終了条件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*/
９０：/******************************************************/
９１：void stop(void)
９２：{
９３：　　SDA_OUT;
９４：　　L_CLK();
９５：　　C_SDA;
９６：　　delay();
９７：　　H_CLK();
９８：　　delay();
９９：　　S_SDA;
１００：　delay();
１０１：}
１０２：/*******************************************************/
１０３：/*　ｸﾛｯｸをHighにする */
１０４：/*******************************************************/
１０５：void　H_CLK(void)
１０６：{
１０７：　　S_SCL;
１０８：　　delay();
１０９：}
１１０：/*******************************************************/
１１１：/*　ｸﾛｯｸをLowにする　　　　　　　　　　　　　　　　　　*/
１１２：/*******************************************************/
１１３：void　L_CLK(void)
１１４：{
１１５：　　C_SCL;
１１６：　　delay();
１１７：}
１１８：/*******************************************************/
１１９：/*　ACKNOWLEDGE　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*/
１２０：/*******************************************************/
１２１：void　ack(void)
１２２：{
１２３：　　SDA_IN;
１２４：　　S_SCL;
１２５：　　delay();
１２６：　　C_SCL;
１２７：　　delay();
１２８：　　SDA_OUT;
１２９：}
１３０：/**********************************************************/
１３１：/*　書き込みの基本関数 */
１３２：/*　引数 data 8ﾋﾞｯﾄﾃﾞｰﾀ */
１３３：/*　戻り値 ack */
１３４：/**********************************************************/
１３５：int　I2C_write(unsigned char data)
１３６：{
１３７：　　int i;
１３８：　　int ack;
１３９：　　SDA_OUT;　　　　　　　// ﾃﾞｰﾀﾗｲﾝを出力にする
１４０：　　for(i=0;i<8;i++){　　// 1ﾋﾞﾄ毎にｸﾛｯｸと共に送信
１４１：　　　　if(data & 0x80){// ﾋﾞｯﾄの値がHigh(=1)だったら
１４２：　　　　　　S_SDA;　　// ﾃﾞｰﾀﾗｲﾝをHigh(=1)にする
１４３：　　　　}
１４４：　　　　else{
１４５：　　　　　　C_SDA;　　// ﾋﾞｯﾄの値がLow(=0)だったらﾃﾞｰﾀﾗｲﾝをLow
１４６：　　　　}
１４７：　　　　delay();
１４８：　　　　H_CLK();// ｸﾛｯｸを作る
１４９：　　　　L_CLK();// 送信
１５０：　　　　data<<=1;// 次のﾋﾞｯﾄﾍｼﾌﾄ
１５１：　　}　　　　　　// 8ﾋﾞｯﾄ繰り返す
１５２：　　SDA_IN;　　　// ﾃﾞｰﾀﾗｲﾝを入力ﾓｰﾄﾞにする
１５３：　　H_CLK();　　// ｸﾛｯｸ信号を作る
１５４：　　ack=SDA_data;// ｸﾛｯｸHighの状態でp1_0の値をackに入れる
１５５：　　L_CLK();　　// ｸﾛｯｸLow
１５６：　　SDA_OUT;
１５７：　　delay();
１５８：　　return ack;　// ACK信号を返す
１５９：}
１６０：/******************************************************/
１６１：/*　読み込み基本関数　　　　　　　　　　　　　　　　　*/
１６２：/*　引数なし　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*/
１６３：/*　戻り値読み込んだ８ﾋﾞｯﾄﾃﾞｰﾀ　　　　　　　　　　　　*/
１６４：/******************************************************/
１６５：unsigned char I2C_read(void)
１６６：{
１６７：　　int i;
１６８：　　unsigned char data;
１６９：　　data=0;
１７０：　　SDA_IN;
１７１：　　for(i=0;i<8;i++){
１７２：　　　　data<<=1;
１７３：　　　　S_SCL;
１７４：　　　　delay();
１７５：　　　　data |=(SDA_data);
１７６：　　　　C_SCL;
１７７：　　　　delay();
１７８：　　} １７９：　　H_CLK();
１８０：　　S_SDA;
１８１：　　delay();
１８２：　　C_SDA;
１８３：　　L_CLK();
１８４：　　return data;
１８５：}
１８６：/***************************************************/
１８７：/*　液晶へのｺﾏﾝﾄﾞ出力関数　　　　　　　　　　　　　*/
１８８：/***************************************************/
１８９：void LCD_cmd(unsigned char cmd)
１９０：{
１９１：　　start();// ｽﾀｰﾄｺﾝﾃﾞｨﾞｼｮﾝ
１９２：　　I2C_write(AD);// ｱﾄﾞﾚｽ指定
１９３：// C0+RS+000000 C0=1:連続で通信可 C0=0:stopｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝで終了
１９４：// RS=0:次のﾊﾞｲﾄでｺﾝﾄﾛｰﾙｺｰﾄﾞ送信可能
１９５：// I2C_write(0x80);// 次はｺﾏﾝﾄﾞ出力を指定連続
１９６：　　I2C_write(0x00);// 次はｺﾏﾝﾄﾞ出力を指定連続ではない
１９７：　　I2C_write(cmd);// ｺﾏﾝﾄﾞ送信出力
１９８：　　stop();// ｽﾄｯﾌﾟｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
１９９：　　wait_us(50);
２００：//　delay();
２０１：}
２０２：/******************************************************/
２０３：/*　液晶への１文字出力関数　　　　　　　　　　　　　　*/
２０４：/******************************************************/
２０５：void LCD_data(unsigned char data)
２０６：{
２０７：　　start();// ｽﾀｰﾄｺﾝﾃﾞｨﾞｼｮﾝ
２０８：　　I2C_write(AD);// ｱﾄﾞﾚｽ指定
２０９：// C0+RS+000000 C0=1:連続で通信可 C0=0:stopｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝで終了
２１０：// RS=1:次のﾊﾞｲﾄでﾃﾞｰﾀ出力を指定
２１１：// I2C_write(0xc0);// 次はﾃﾞｰﾀ出力を指定連続
２１２：　　I2C_write(0x40);// 次はﾃﾞｰﾀ出力を指定連続ではない
２１３：　　I2C_write(data);// 1文字ﾃﾞｰﾀ出力
２１４：　　stop();// ｽﾄｯﾌﾟｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
２１５：　　wait_us(50);
２１６：//　delay();
２１７：}
２１８：/******************************************************/
２１９：/*　液晶への文字列表示関数　　　　　　　　　　　　　　*/
２２０：/******************************************************/
２２１：void LCD_str(char* ptr)
２２２：{
２２３：　　while(*ptr !=0){
２２４：　　　　LCD_data(*ptr++);
２２５：　　}
２２６：}
２２７：/******************************************************/
２２８：/*　液晶画面のｸﾘｬｰ関数　　　　　　　　　　　　　　　　*/
２２９：/******************************************************/
２３０：void LCD_clear(void)
２３１：{
２３２：　　LCD_cmd(0x01);
２３３：}
２３４：/******************************************************/
２３５：/*　液晶のカーソル位置設定関数　　　　　　　　　　　　*/
２３６：/******************************************************/
２３７：void LCD_cursor(unsigned char line,unsigned char cursor)
２３８：{
２３９：　　if(line == 1){
２４０：　　　　LCD_cmd(0x80 | cursor);
２４１：　　}
２４２：　　else{
２４３：　　　　LCD_cmd(0xc0 | cursor);
２４４：　　}
２４５：}
２４６：/*********************************************/
２４７：/*　PC8574のﾎﾟｰﾄにﾃﾞｰﾀを出力する関数　　　　*/
２４８：/*********************************************/
２４９：void IO_write(unsigned char add,unsigned char data)
２５０：{
２５１：　　unsigned char idt;
２５２：　　start();// I2Cｽﾀｰﾄｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
２５３：　　do{
２５４：　　　　idt=I2C_write(add);// PC8574のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽを送る
２５５：　　}while(idt !=0);// ACK信号を待つ
２５６：　　I2C_write(data);// 出力ﾃﾞｰﾀを送る
２５７：　　stop();// I2Cｽﾄｯﾌﾟｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
２５８：}
２５９：/**********************************************/
２６０：/*　PC8574のﾎﾟｰﾄからﾃﾞｰﾀを受け取る関数　　　　*/
２６１：/**********************************************/
２６２：unsigned char IO_read(unsigned char add)
２６３：{
２６４：　　unsigned char idt,a;
２６５：　　start();// I2Cｽﾀｰﾄｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
２６６：　　do{
２６７：　　　　idt=I2C_write(add);// PC8574のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽを送る
２６８：　　}while(idt != 0);// ACK信号を待つ
２６９：　　add |= 0x01;// 読み込み時のｽﾚｰﾌﾞｱﾄﾞﾚｽにする(0x41=0100 0001)
２７０：　　start();// I2Cｽﾀｰﾄｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
２７１：　　I2C_write(add);// 読み込み時のｱﾄﾞﾚｽを送る
２７２：　　a = I2C_read();// IOより読み込む
２７３：　　stop();// I2Cｽﾄｯﾌﾟｺﾝﾃﾞｨｼｮﾝ
２７４：　　return a;
２７５：}

プロジェクトファイルのダウンロード

メニューに戻る

Ｉ２ＣエクスパンダＩＣ ＰＣＦ８５７４

Ｉ２ＣエクスパンダＩＣ　ＰＣＦ８５７４