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一起玩儿物联网人工智能小车（ESP32）——42. 利用PCF8574芯片扩充你的GPIO_esp32 8574

作者：小丑西瓜9 | 2024-03-05 08:54:48

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esp32 8574

摘要：本文介绍如何使用PCF8574模块扩充GPIO

随着外接传感器的增多，有些小伙伴可能已经发现GPIO接口马上就要不够用了，已经没法接入更多的传感器了。接下来就来讲一下如何利用PCF8574芯片扩展GPIO接口。

PCF8574是一种常见的I/O扩展芯片，它采用I2C总线（串行通信协议）与微处理器进行通信，用于扩展更多的GPIO接口。

PCF8574是CMOS电路，具有8个并行准双向输入/输出引脚（即I/O口），可以根据需要配置为输入或输出模式。PCF8574每个I/O口可以提供高电平或低电平的逻辑状态，用于控制外部设备或接口。PCF8574的电流消耗很低，并且输出锁存，具有大电流驱动能力，可直接驱动LED。另外，它还带有中断接线可与MCU的中断引脚相连。这样，PCF8574可以通过发送中断信号，将I/O口的状态变化发送给MCU，而不需要经过总线通信。

在这里需要注意的是，使用PCF8574模块只能扩展输出高低电平的开关量的IO接口，扩展出的I/O是没有办法输出模拟量或者精确的PWM波的，不能用来进行电动机的速度控制。

下图就是今天要介绍的扩展GPIO接口要使用的PCF8574模块：

我所选用的是上边的蓝色PCF8574模块，这个模块的好处就是左右两侧都有对外的接口，一侧是针，一侧是母座。这样当需要使用多个PCF8574模块的时候，只要将这些PCF8574模块首尾插接到一起就可以了，更方便一些。那么，处理器芯片该怎么区分多个PCF8574芯片呢？答案是每个PCF8574模块都有一个唯一的地址，可以通过这个地址来进行区分。在前面介绍IIC通信协议的时候，就已经介绍过了，每个从机IIC设备，要有一个唯一的地址。这个地址是由7位2进制数组成，因此一个IIC总线，最多可以挂接127个从机IIC设备。

PCF8574模块是怎么确定自己的IIC设备地址的呢？可以看到，在PCF8574模块上，蓝色板子有三个黄色的跳线帽，而红色板子上有3个拨码开关，就是通过这3个跳线帽或者拨码开关来设置PCF8574模块的地址的。每个跳线帽或者拨码开关代表一位二进制数，那么3个就是3位二进制，对应的地址就是8个，所以，一定要记住，最多可以将8个PCF8574模块挂到同一个IIC总线上，因此就是利用一个IIC总线，使用PCF8574模块，最多可以扩展出64个GPIO来。

还有一点要知晓的是，这三个条线帽或者拨码开关设置后的PCF8574模块的地址并不是1~8，而是0x20~0x27。那么怎么区分哪个位置的跳线或者拨码对应哪个地址呢？我的经验是不用去记住这个东西，当条线或者拨码都在一边的时候，PCF8574的地址不是0x20就是0x27，然后两个地址都试一下就行了。

这里，还有一个更好的快速得到IIC从机地址的好办法，就是这里有一个小程序，这个程序会帮我们把所有的地址都尝试一边，看看哪些地址有应答，哪些地址就有对应的模块。这样就可以快速的找出模块的地址了。程序代码如下所示。

#include <Wire.h>

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

Wire.begin();

Serial.begin(115200);

Serial.println("IIC设备扫描");

byte error, address;

int nDevices;

Serial.println("开始扫描......");

nDevices = 0;

for(address = 1; address < 127; address++ ) {

Wire.beginTransmission(address);

error = Wire.endTransmission();

if (error == 0) {

Serial.print("发现IIC设备，地址是：0x");

if (address<16) {

Serial.print("0");

}

Serial.println(address,HEX);

nDevices++;

}

else if (error==4) {

Serial.print("未知错误，地址是：0x");

if (address<16) {

Serial.print("0");

}

Serial.println(address,HEX);

}

if (nDevices == 0) {

Serial.println("没有找到IIC从机设备！");

}

else {

Serial.println("扫描完成");

}

delay(5000);

Serial.print("共发现IIC设备数目:");

Serial.println(nDevices);

}

void loop() {

// put your main code here, to run repeatedly:

delay(1000);

}

这个程序的核心就是循环从地址1到127，给每个地址都调用beginTransmission()和endTransmission()方法，然后看有没有从机设备响应，有响应就说明该地址有从机设备存在。

接下来就做个实验，看看如何使用PCF8574进行I/O的输入和输出操作。对于输入功能的测试，就使用之前红外避障模块了，而输出则要使用一个简单的LED模块，通过LED的亮灭来判断PCF8574模块引脚输出电平的高低，LED模块如下所示。

这是一个三色LED模块，除了GND引脚外，当R、G、B引脚为高电平时，LED分别呈现红色、绿色和蓝色，也可以不同颜色同时点亮，那将呈现组合后的颜色。在这里，就使用一个引脚显示电平高低就可以了。

具体接线方法如下表所示：

PCF8574模块	ESP32开发板	三色LED模块	红外避障模块
VCC	+5V		VCC
GND	GND	GND	GND
SDA	P21
SCL	P22
P0		R
P1			OUT

下面来看一下PCF8574模块的基本组成结构。其扩展IO接口的引脚信息，位于模块的背面，如下图所示：

下面就来开发测试程序，测试程序要实现的功能很简单，就是用三色LED指示一下红外避障模块是否检测到了障碍物，当有障碍物的时候，三色LED点亮，否则熄灭。

接下来打开“Arduino IDE”开发工具，首先安装一下Adafruit PCF8574库，如下所示：

虽然，自己用前面介绍的Wire类来实现这个功能也不复杂，但借助前人的力量还是要更省力一些，在这里还是使用这个成熟的PCF8574库来帮助我们实现这个功能。使用PCF8574库通常有以下几个步骤：

引入头文件

#include <Adafruit_PCF8574.h>

实例化对象

Adafruit_PCF8574 pcf;

初始化IIC

pcf.begin(0x20, &Wire)

利用pinMode()函数，设置引脚的工作模式
digitalRead()用来读取引脚的状态
digitalWrite()用来控制引脚的输出状态

实现后的代码如下所示：

#include <Adafruit_PCF8574.h>

Adafruit_PCF8574 pcf;

#define PCF_LED 0 // on the GPIO expander!

#define PCF_INFRARED 1 // on the GPIO expander!

void setup() {

Serial.begin(115200);

if (!pcf.begin(0x20, &Wire)) {

Serial.println("Couldn't find PCF8574");

while (1);

}

pcf.pinMode(PCF_INFRARED, INPUT);

pcf.pinMode(PCF_LED, OUTPUT);

}

void loop() {

bool val = pcf.digitalRead(PCF_INFRARED);

pcf.digitalWrite(PCF_LED, !val);

delay(100); // we do nothing here!

}

这个程序就不过多的解释了，有一个需要提醒的就是读入红外避障模块的状态是低电平有障碍物，高电平没有障碍物，那么在输出控制LED的亮灭的时候，需要取反，否则显示的状态就是反着的。

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