O PCF8574 é um expansor de GPIO que utiliza barramento I2C para fazer a comunicação. Com ele, você consegue expandir 8 portas digitais e, dependendo do Arduino utilizado, não perde nenhuma porta digital para conectá-lo. Nesse artigo pretendo mostrar o máximo de detalhes para a utilização do PCF8574 com Arduino, para que você possa utilizá-lo sem receios.
Tópicos
PCF8574 com Arduino
Já escrevi diversos artigos sobre a utilização do PCF8574 em outras plataformas e com Arduino escrevi apenas um artigo onde ele é utilizado para um display LCD 16×2, mas nesse caso tem uma biblioteca que abstrai tanto que você sequer vê como a comunicação é feita. Não que utilizar diretamente a biblioteca Wire te deixe na camada de hardware, mas nesse caso você faz a comunicação diretamente com o dispositivo e isso é bem divertido.
Pinos I2C Arduino
Cada Arduino utiliza o I²C (que se lê “ái isquéred cí”) em pinos diferentes. Então, para tornar esse artigo o mais genérico possível, vamos ver primeiramente quais pinos utilizar:
| Board | Pinos |
| Uno | A4 para SDA, A5 para SCL |
| Mega | 20 para SDA, 21 para SCL |
| Leonardo | 2 para SDA, 3 para SCL – ou pinos SDA e SCL |
| Due | 20 para SDA, 21 para SCL – ou pinos SDA1 e SCL1 |
Biblioteca Wire
Para utilizar a biblioteca Wire e uma comunicação simples, poucos passos são necessários:
- Incluir a biblioteca
- Inicializá-la
- Iniciar transmissão ou recepção
Transmissão de dados
Esse é o passo mais simples. Se pretende apenas colocar pinos em HIGH ou LOW, o processo é bastante direto.
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#include <Wire.h> void setup(){ Wire.begin(); Wire.beginTransmission(0x20); //nas versões mais atuais, Wire.write() Wire.send(0b00000001); Wire.endTransmission() } void loop(){ } |
Esse código manipula 1 bit dos 8 bits disponíveis. É visualmente a maneira mais simples de interagir com os bits da PCF8574, mas nem sempre é o melhor.
Recepção de dados
Para ler valores do PCF8574, os passos são um pouco mais elaborados, mas nada complicados também. Basicamente você precisa:
- Requisitar dados
- Garantir a comunicação
- Ler os dados
Para fazer a requisição, utiliza-se a função requestFrom(endereço, quantidade) e em alguns dispositivos é possível utilizar um parâmetro extra, que é um boolean pra finalizar a comunicação. mas para que seja genérico, vamos utilizar apenas esses 2 parâmetros e finalizar a comunicação com uma linha extra de código.
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#include <Wire.h> byte data = 0; void setup(){ Serial.begin(9600); Wire.begin(); Wire.requestFrom(0x20,1); // 1 Byte if (Wire.available()){ //nas versões mais atuais, Wire.read() data = Wire.receive(); } Serial.println(data); } |
Repare que não foi necessário finalizar a comunicação para a leitura. Como estamos lendo de um dispositivo que possui apenas 8 bits, lemos apenas 1 Byte. Mas a resposta nao virá formatado do modo que fizemos para escrever. A contagem dos bits é feita da direita para a esquerda, a partir do bit 0. Supondo que o bit 4 esteja em HIGH, o resultado será 16. Até aí é fácil identificar o bit porque é um número correspondente a uma posição específica. Mas supondo que fossem 2 bits; o bit 4 e o bit 3. O resultado da leitura seria 24. Para identificar as respectivas posições, é necessário saber manipular bits. A partir daqui, considere que todos os pinos estão em HIGH e para “drivar” é necessário colocá-lo em LOW.
Tabela de endereçamentos
É possível conectar até 3 módulos PCF8574. Os endereços disponíveis são 0x20, 0x22 e 0x24. A tabela abaixo mostra 3 dispositivos conectados , cada qual com a respectiva combinação de bits. No endereço 0x20, os bits dos pinos 4 e 6 estão em HIGH. Desse modo, temos o valor decimal 40 como resultado da leitura desse endereço 0x20.
| Addr | 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
| 0xF0 | 0x40 | 0x20 | 0x10 | 0x08 | 0x04 | 0x02 | 0x01 | |
| 0x20 | ||||||||
| 0x22 | ||||||||
| 0x24 | ||||||||
| 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
Como utilizar bitwise para manipular bits
É desse modo que devemos manipular os bits da PCF8574, porque nem sempre temos todos os estados em memória. Além disso, é a maneira mais simplificada em relação a processamento, pois você economizará muitas linhas de código e por consequente, instruções.
Mudar o estado de um pino sem alterar os demais
Cada vez que uma instrução é escrita, todos os bits são reconfigurados, pois não tem uma memória de armazenamento de estados no dispositivo. Para controlar os estados, um procedimento básico seria:
- ler os bits
- alterar os bits desejados preservando os estados dos demais pinos
- escrever o resultado da manipulação
Para tal, cria-se um buffer que armazena o valor do PCF8574 e trabalha-se sobre esse mesmo buffer, para depois escrevê-lo novamente no dispositivo, já modificado. Por exemplo, para acender um LED conectado no bit 2 (posição 3 – lembre-se de que a contagem de bits começa da posição 0), o comando seria:
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1 |
buf = buf&~(1<<2); |
Esse comando está invertendo o estado do terceiro bit. Supondo agora que queiramos acender um LED conectado à posição 1 (correspondente ao bit 0).
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1 |
buf = buf&~(1<<0); |
A partir daí temos 2 LEDs acessos. E se fosse para apagar o LED que acendemos no bit 2? Simples, sem precisar fazer nenhuma operação condicional manual. Apenas troque ‘&’ por ‘|’ (isso é um pipe, não um L). Isso inverte o valor do bit 2 e, para preservar os demais bits nessa mudança de estado, fazemos o seguinte:
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1 |
buf = buf|(1<<2); |
Simples ou não? Agora vamos fazer algo mais complexo; acender os LEDs 2, 4 e 6:
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1 |
buf = 0xff&~(1<<1|1<<3|1<<5); |
Perceba que esse é um estado inicial. O valor inicial é 0xFF, que corresponde a 255, ou seja, a soma de todos os bits:
128+64+32+16+8+4+2+1 = 0b11111111.
Máscara
A primeira parte da linha antes de ‘&’ se chama máscara. A máscara nesse caso foi a soma dos 8 bits, mas anteriormente utilizamos os valores que foram lidos dos estados dos pinos do PCF8574. A máscara é como uma “sombra” dos dados pré-existentes, dos quais serão aplicadas as modificações. Por exemplo; uma configuração pré-existente está com a máscara 0b010. Você não sabe o que tem lá, mas não pode mexer nos valores atuais pois eles podem estar mantendo um motor ligado, por exemplo. Pretendendo modificar o bit 0b0 para 0b1 sem mexer no restante, aplica-se a máscara e a modificaçao desejada.
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1 |
buffer = valorAtualLido&~(1<<2); |
Tudo em LOW, modificando para HIGH
Se fosse ao contrário, considerando os pinos em LOW e querendo mudar seu estado para HIGH:
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1 2 3 4 5 6 |
buf = 64; buf = buf|(1<<2); //o resultado acima será 68, pois o terceiro bit corresponde a 4. //Para desligar o terceiro bit agora: buf = buf&~(1<<2); //agora o valor volta a ser 64 |
Se ainda não conhece a base binária, é bom que estude isso, lhe será fundamental na manipulação de bits.
Como exemplo, vou pegar um código que fiz no artigo Como expandir GPIO no Digispark.
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#include <Wire.h> void setup() { Wire.begin(); } void loop() { Wire.beginTransmission(0x20); Wire.write(0b00000000); Wire.endTransmission(); delay(1000); Wire.beginTransmission(0x20); Wire.write(0b00000001); Wire.endTransmission(); delay(1000); Wire.beginTransmission(0x20); Wire.write(0b00000010); Wire.endTransmission(); delay(1000); Wire.beginTransmission(0x20); Wire.write(0b00000011); Wire.endTransmission(); delay(1000); } |
Perceba que nesse código fiz tudo diretamente, sem compromisso com o estado anterior dos pinos. Agora vejamos o mesmo funcionamento preservando o estado dos pinos.
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 |
#include <Wire.h> byte buf = 0; void setup() { Wire.begin(); } void loop() { Wire.beginTransmission(0x20); Wire.send(0x00); Wire.endTransmission(); delay(1000); Wire.requestFrom(0x20,1); if (Wire.available()){ buf = Wire.receive(); } buf = buf|(1<<0); Wire.beginTransmission(0x20); Wire.send(buf); Wire.endTransmission(); delay(1000); buf = buf|(1<<0)&~(1<<1); Wire.beginTransmission(0x20); Wire.write(buf); Wire.endTransmission(); delay(1000); buf = buf|(1<<0); Wire.beginTransmission(0x20); Wire.write(buf); Wire.endTransmission(); delay(1000); } |
Revisão do bitwise
Para deixar “bem” claro, vou detalhar a utilização do bitwise agora.
| AND | 7&(1<<0) | 1 | Testa o valor do bit na posição 0. |
| OR | 6|(1<<0) | 7 | Levanta o bit na posição 0. |
| AND NOT | 7&~(1<<0) | 6 | Baixa o bit na posição 0. |
| XOR | 7^(1<<0) | 6 | Inverte o valor do bit na posição 0. |
Tem mais, mas com isso já fazemos tudo da maneira mais simples possível, é só diversão!
O resultado deve ser o mesmo em ambos os casos:
Enfim, esse post tem um objetivo maior, que será mostrado em um próximo artigo no qual utilizarei tambem o PCF8574.
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Próximo post a caminho!
Djames Suhanko é Perito Forense Digital. Já atuou com deployer em sistemas de missão critica em diversos países pelo mundão.
Programador Shell, Python, C, C++ e Qt, tendo contato com embarcados ( ora profissionalmente, ora por lazer ) desde 2009.
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