FlashAirでIOエキスパンダMCP23017を制御してみた

#FlashAir W-03に新しいLua関数が追加された！
　2015年10月27日にFlashAir W-03シリーズのファームウェアがバージョンV3.00.01にアップデートされました。更新履歴には特に記載がありませんが、W-03発売当初から搭載されたLuaスクリプト環境においても、バージョンアップがされ、新しい関数が追加されました。
　バージョンV3.00.01リリース当初はFlashAir DevelopersサイトでLua関数リファレンスが更新されず、新しい関数の使い方は試行錯誤が求められましたが、12月4日ころ、ついにLua関数リファンレンスが更新され、新しい関数の使い方が公開されました。

　Lua関数リファレンス

　Lua関数リファレンスの更新公開以前に、新しい関数のひとつであるsharedmemory関数については試行錯誤の末、使い方を解析していました。

　Luaスクリプトから共有メモリを利用する

　今回は、新しい関数の一つであるfa.spi関数を使って、FlashAirからソフトウェアSPIで、Airio RPとI2C接続したIOエキスパンダMCP23017を制御してみます。

#構成
　必要なものは以下のとおりです。

• Airio RP （スイッチサイエンス 、マルツーパーツ）
• FlashAir W-03 V3.00.01アップデート済みのもの
• MCP23017 （秋月電子通商）
• 抵抗（10KΩ）２個（I2Cラインのプルアップ用）
• ブレッドボード
• 動作確認用のLEDと抵抗

　今回、MCP23017はアドレス設定ピンA0〜2を３本ともGNDに接続して0x20に設定しています。また、MCP23017のGPIOの動作確認用にGPIOAとGPIOBの代表ピンにLEDを接続しています。
　I2C接続の２本の線（SDA、SCL）は、10KΩ抵抗でプルアップしてあります。

#CONFIGファイルの設定
　FlashAirのSD_WLANフォルダ内のCONFIGファイルに、以下のオプションを追加します。IFMODEはFlashAirのGPIOモードをONにしています。LUA_RUN_SCRIPTはFlashAirの電源投入後すぐに指定のLuaスクリプトを起動するための設定です。

LUA_RUN_SCRIPT=/mcp23017sample.lua

　※SD_WLANフォルダとCONFIGファイルは不可視属性ファイルなので注意してください。

#Luaスクリプトファイル
　FlashAirのルートフォルダに以下のコードを記述したテキストファイル（mcp23017sample.lua）をコピーします。
　このコードでは、MCP23017のGPIOAとGPIOBの各8本のGPIOピンを交互に１秒ずつHIGHとLOWを切り替えています。GPIOAとGPIOBのGPIOピンにLEDを接続すれば、１秒ずつ交互に点滅するようになります。

(2015/12/8追記)fa.spi("init", N)について
　fa.spi("init", N)のN値について、@Seg_Faulさんが解析してくれたので、代表的な値＝SPI周波数値で動作確認してみました。結果は以下の通りとなりました。

• 26400000＝約1Hz・・・動作しない
• 528000＝約50Hz・・・以下全て動作した
• 253000＝約100Hz
• 25900＝約1kHz
• 3000＝約8.8kHz
• 2225＝約10kHz
• 1000＝約26kHz（default）
• 645＝約20kHz
• 245＝約100kHz
• 67＝約300kHz
• 32＝約500kHz
• 12＝約800kHz
• 5＝約1MHz
• 1＝約1.2MHz

mcp23017sample.lua

-- FlashAir AirioRP
-- I2C IO Expander MCP23017
function write_i2c_command(addr,data1, data2)
	fa.spi("cs",0)
	fa.spi("write",0x00)  --I2Cコマンド送信
	fa.spi("write",0x02)  --2バイト指定
	fa.spi("write",addr)  --I2Cデバイスのアドレス＋0
	fa.spi("write",data1)
	fa.spi("write",data2)
	fa.spi("cs",1)
end

fa.spi("init", 1) --Airio RPは1〜528000の代表値で動作確認済み
fa.spi("mode", 2) --Airio RPは2で動作確認済み

write_i2c_command(0x40, 0x00, 0x00) --GPIOAをOutputに指定
write_i2c_command(0x40, 0x01, 0x00) --GPIOBをOutputに指定

while(1) do
	write_i2c_command(0x40, 0x12, 0xFF) --GPIOAをすべてHIGHに指定
	sleep(1000)
	write_i2c_command(0x40, 0x12, 0x00) --GPIOAをすべてLOWに指定
	sleep(1000)
	write_i2c_command(0x40, 0x13, 0xFF) --GPIOBをすべてHIGHに指定
	sleep(1000)
	write_i2c_command(0x40, 0x13, 0x00) --GPIOBをすべてLOWに指定
	sleep(1000)
end

#まとめ
　以上で、FlashAirからAirio RP上のSPI-I2Cブリッジ（CP2120）を使って、ソフトウェアSPIでI2CデバイスであるMCP23017のGPIOピンのHIGH/LOWを制御することができました。これで、FlashAirに一気に16本のGPIOを増設することができて、応用の幅が大きく広がりますね。また、同じようにIOエキスパンダ以外のI2Cデバイスも制御できるのではないかと思います。

#参考資料
　Airio RPについて
　FlashAirプロトタイピングボード「Airio RP」

　MCP23017について
　MCP23017データシート