Software - De list (1: I²C)

In het vorige bericht werd duidelijk dat het aantal vrije in- en uitgangen (19 stuks) van de microcontroller (ESP32) niet toereikend is voor alle dashboardfuncties van de Burton. Zeker niet omdat ik méér mogelijkheden wil introduceren dan dat er standaard in de eend zitten. Dit vraagt om een list, zou Burton-bouwer Anton Folkeringa zeggen. Zoek op het internet naar "i/o expander" en je komt al snel de PCF8574 van NXP (voorheen Philips) tegen.

https://pmdway.com/products/pcf8574-8-bit-i2c-i-o-expander-dip-5-pack

Dit is een relatief eenvoudig IC waarmee het aantal ingangen en/of uitgangen van de microcontroller uitgebreid kan worden. De PCF8574 wordt met de microcontroller verbonden via een tweedraads I²C-bus (Inter-IC-bus). De ESP32 heeft standaard twee I²C-bussen aan boord, dus daar kunnen we er wel eentje van gebruiken. Van de 19 vrije in- en uitgangen worden er twee gebruikt voor deze tweedraads bus. Eentje voor de klok (SCL) en eentje voor de data (SDA). Eén PCF8574 bevat acht digitale poorten. Ze kunnen als ingang of als uitgang gebruikt worden. De I²C-bus is - zoals de naam al doet vermoeden - een bussysteem waar - net als bij de CAN-bus - meerdere apparaten op aangesloten kunnen worden. Anders dan bij de CAN-bus gaat het bij de I²C-bus echter over het verbinden van IC's en hele korte afstanden, meestal op dezelfde printplaat. Er kunnen dus ook meerdere PCF8574-IC's aan dezelfde bus gekoppeld worden. Drie van de pinnen van het IC worden gebruikt om een digitaal adres in te stellen, van binair 000 tot 111 zijn dit acht verschillende adressen. Uiteindelijk kunnen er van hetzelfde IC dus acht verbonden worden met de microcontroller, resulterend in 8 x 8 = 64 in- of uitgangen. En alsof dat nog niet genoeg is, is er nog de PCF8574A (zie foto hierboven) waarmee nog eens acht IC's aan de bus toe te voegen zijn. Méér dan voldoende dus!

Op internet zijn mooie compacte modules te vinden met handige pinnen voor het aansluiten van de acht in- of uitgangen, de twee lijnen van de I²C-bus, de voeding en het instellen van het 3-bits-adres.

Twee varianten van een PCF8574-module

Voor de ESP32 is een handige bibliotheek beschikbaar waarmee de I²C-hardware van de microcontroller aangestuurd kan worden. De berichten voor op de bus worden eerst voorbereid en netjes op een rij in het geheugen gezet, waarna de I²C-hardware de opdracht krijgt om onafhankelijk van de afloop van het programma de I²C-communicatie af te handelen. De timing op de bus wordt door de hardware van de controller geregeld en is dus niet afhankelijk van de software. Da's mooi, want dan hoeven we ons daar geen zorgen om te maken.

https://www.freertos.org/

De ESP32 bevat twee processor-cores en wordt standaard voorzien van het FreeRTOS realtime operating system. Dat klinkt ingewikkeld, maar is het juist niet. FreeRTOS geeft namelijk de mogelijkheid om met parallel draaiende taken te werken (Multi Tasking). Erg handig als je gelijktijdig meerdere taken af moet handelen. Een van de taken is natuurlijk de communicatie over de CAN-bus. Nu hebben we er een belangrijke taak bij: de afhandeling van de I²C-communicatie. En wacht maar, er komen nog aardig wat taken bij...