Нужны ли контакты GPIO MCP23S17 для защиты от электростатического разряда в этой схеме?

Вопрос

Почему мой расширитель GPIO MCP23S17 сильно нагревается и сходит с ума?

/ продолжать, ...

---

Отвечать

Часть 1. Тестовая установка

Я бы предложил начать с меньшей версии пользовательских требований. Например, вместо того, чтобы делать вещи очень гибкими, любой контакт может быть входом или выходом, вы можете на этапе тестирования позволить только 8 контактам вводить, а другим контактам - только выход.

PA0~7 установлен в режим ввода

PB0~7 установлен в режим вывода

Только когда при тестировании вы обнаружите, что фиксированный режим ввода/вывода контактов в норме, вы обобщаете программу.

mcp23017_test_v0.2_2020aug0101 ОБЩЕСТВЕННЫЙ

---

Часть 2. Разъяснение по ESD и фиксации

Вы могли заметить, что продавцы обычно отгружают комплектующие в металлических пластиковых пакетах, а также на металлических губках. Это для антистатика.

Операторы сборочных и испытательных заводов носят такие антистатические повязки:

AliExpress регулируемый антистатический браслет ПВХ запястье электростатический разрядный кабель ESD ремешок рука с заземляющим проводом .

Я любитель играть с дешевыми компонентами, и я никогда не заморачиваюсь, потому что шансы подхватить вирус ESD очень и очень малы.

Это в старые времена, когда электронные компоненты стоили дорого, люди заморачивались. Или вы остаетесь в очень засушливой стране, носите одежду из поли / пластика / нейлона, тогда вам нужно побеспокоиться. Конечно, у всех есть шанс быть пораженным молнией. Возможно, вам следует погуглить дальше для ума.

(См. A.2) Электростатическое оборудование, повышающее безопасность и защиту рабочего места — AntiStat

---

Часть 3 - Рекомендации по использованию внешнего источника питания для MCP23S17

Я всегда рекомендую новичкам НЕ использовать 5-вольтовую или 3-вольтовую шину Rpi для питания MCP23S17 или других периферийных устройств, а использовать внешний источник питания, по крайней мере, для стадии прототипирования.

Таким образом, если MCP23S17 сойдет с ума, Rpi все еще будет сидеть спокойно. Поэтому я просто вручную сбрасываю MCP23S17, и мне не нужно сбрасывать Rpi, шоу продолжается.

---

Часть 4 - Возможные причины перегрева

То, что вы говорите о перегреве, немного беспокоит.

MCP23S17 не может работать с большими токами. Я обычно использую буферные чипы для обработки больших токов. Если вы перегрузите все 16 выходных контактов GPIO большим током, у вас будут большие проблемы.

Я просмотрел таблицу и сделал резюме:

(1) Общая мощность = 700 мВт

(2) Максимальный ток на выводе VSS = 150 мА

(3) Максимальный ток на выводе VDD = 25 мА.

(4) Входной ток фиксации = ±20 мА

(5) Выходной ток фиксации = ±20 мА

(6) Максимальный выходной ток, потребляемый любым выходным контактом = 25 мА.

(7) Максимальный выходной ток, создаваемый любым выходным контактом = 25 мА.

Итак, вы видите, если вы нагрузите 6 контактов GPIO 25 мА, то общий ток превысит ограничение вывода Vss в 150 мА. Обычно я использую 8 больших чипов ULN2803A, чтобы выполнять всю тяжелую работу. Каждый из 8 больших парней может обрабатывать 500 мА, ...

Кажется, вы используете 10 Ом для последовательного ограничивающего/защитного резистора. Возможно, вы захотите выполнить расчеты, чтобы убедиться, что индивидуальный предел тока GPIO и общий предел тока Vcc не превышен.

---

Часть 5. Тестирование и программирование пары/свопа

Часто бывает полезно использовать более двух образцов для тестирования пары/перестановки. Часто компонент может быть неисправен по прибытии или поврежден из-за небрежного подключения или тестирования. Так часто только путем сравнения и сравнения местами вы находите ошибки небрежного подключения. Вы можете использовать MCP23s08 или MCP23017 для перекрестного тестирования. В версиях I2C и SPI MCP23x17 отличается только часть настройки. Основные рабочие функции идентичны для MCp23SS17 и MCP23017 017. Время от времени делать снимки — хорошая документация для дальнейшего использования.

---

---

/ продолжать, ...

---

Рекомендации

Часть A. Спецификации и статьи

(A.1) Техническое описание MCP23S17/MCP23017 — MicroChip

(A.2) Электростатическое оборудование, повышающее безопасность и защиту рабочего места — AntiStat

(A.3) Чистая мощность для каждой микросхемы, часть 1: понимание обходных конденсаторов — Роберт Кейм, AAC, 2015 сентябрь 21 года.

(A.4) Чистая мощность для каждой ИС, Часть 2: Выбор и использование ваших обходных конденсаторов - Роберт Кейм. ААС 2015сен27

(A.5) Adafruit I2C 16-канальный 12-разрядный ШИМ/серводрайвер — 15 долларов США

(A.6) Техническое описание ШИМ-контроллера PCA9685 — NXP

(A.7) mcp23s17 Технический паспорт - Микрочип

(A.8) Модуль AliExpress MCP23S17

(A.9) Модуль TaoBao MCP23S17

(A.10) Преобразователь логического уровня (ULN2803, TBX/TSX0102/4/6/8 и т. д.) 1/2

(A.11) Преобразователь логического уровня (ULN2803, TBX/TSX0102/4/6/8 и т. д.) 2/2

(A.12) Зажимной диод TVS, MOV - Лиз Лондон, 2019март16

(A.13) (TVS) Диод подавления переходного напряжения — Википедия

(A.14) Диоды для защиты от электростатических разрядов (диоды TVS) — Toshiba

(A.15) Защита от электростатического разряда за счет конструкции микросхем и микросхем — онлайн-библиотека, Wiley

(A.16) ESD (электростатический разряд) — Википедия

(A.17) Развязывающие колпачки, разводка печатной платы — Olin Lathrop, EE SE, 2011jun07, просмотрено 80 тыс. раз

---

Часть B - Обсуждения на форуме

(B.1) Почему устройство MCP23S17 внезапно и случайным образом сильно нагревается Raspb 4A? - Евгения Суарес EE SE 2020jul17

(B.2) Нужна ли мне защита выводов GPIO MCP23S17 от защелкивания ESD в этой схеме? - Евгения Суарес, EE SE, 2020jul29

---

Часть C. Схемы

(C.1) mcp23s17_test_2020jul3002 Схема CircuitLab — tlfong01 2020jul3001

(C.2) mcp23017_test_v0.2_2020aug0101 ПУБЛИЧНЫЙ tlfong01 2020aug01

---

Приложения

Приложение A — Байпасные и развязывающие конденсаторы — Роберт Кейм, AAC

(A.3) Чистая мощность для каждой микросхемы, часть 1: понимание обходных конденсаторов — Роберт Кейм, AAC, 2015 сентябрь 21 года.

(A.4) Чистая мощность для каждой ИС, Часть 2: Выбор и использование ваших обходных конденсаторов - Роберт Кейм. ААС 2015сен27

Введение

Не исключено, что целеустремленный, успешный студент-инженер закончит колледж, почти ничего не зная об одном из самых распространенных и важных компонентов, встречающихся в реальных схемах: шунтирующем конденсаторе. Даже опытные инженеры могут не до конца понять, почему они включают керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ рядом с каждым выводом питания каждой микросхемы на каждой печатной плате, которую они проектируют.

В этой статье содержится информация, которая поможет вам понять, зачем нужны шунтирующие конденсаторы и как они улучшают характеристики схемы, а в следующей статье основное внимание будет уделено деталям, связанным с выбором шунтирующих конденсаторов и методами компоновки печатных плат, которые максимизируют их эффективность.

---

Решение

удобно, что такую ​​серьезную проблему можно эффективно решить с помощью простого, широко доступного компонента. Но зачем конденсатор? Простое объяснение состоит в следующем: конденсатор накапливает заряд, который может подаваться на ИС с очень низким последовательным сопротивлением и очень малой последовательной индуктивностью.

Таким образом, переходные токи могут подаваться от шунтирующего конденсатора (через минимальное сопротивление и индуктивность), а не из линии электропередачи (через сравнительно большое сопротивление и индуктивность). Чтобы лучше понять это, нам нужно рассмотреть некоторые основные понятия, связанные с тем, как конденсатор влияет на цепь.

Однако сначала краткое примечание о терминологии: компоненты, обсуждаемые в этой статье, обычно называют как « шунтирующими конденсаторами », так и « развязывающими конденсаторами ».

Здесь есть тонкое различие: «развязка» относится к уменьшению степени влияния одной части схемы на другую, а «обход» относится к обеспечению пути с низким импедансом, который позволяет шуму «обходить» ИС на своем пути. к наземному узлу.

Оба термина можно использовать правильно, потому что шунтирующий/развязывающий конденсатор выполняет обе задачи. Однако в этой статье предпочтение отдается термину «шунтирующий конденсатор», чтобы избежать путаницы с последовательным развязывающим конденсатором, используемым для блокировки постоянной составляющей сигнала.

Стандартный подход

Приведенный выше анализ помогает нам понять классическую схему обхода:

конденсатор 10 мкФ в пределах одного или двух дюймов от микросхемы, и

керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ как можно ближе к выводу питания:

Конденсатор большего размера сглаживает низкочастотные колебания напряжения питания, а конденсатор меньшего размера более эффективно отфильтровывает высокочастотные помехи в питающей сети.

Если мы включим эти шунтирующие конденсаторы в описанную выше симуляцию с 8 инверторами, звон будет устранен, а величина возмущения напряжения уменьшится с 1 мВ до 20 мкВ , ...

---

---

---

Приложение B – Проблема с заземлением и ее решение

(1) Проблемы с контуром заземления и как от них избавиться - Томи Энгдаль, 2013 г.

(2) Блок питания RpiZero через 40-контактный разъем питания/GPIO или разъем microUSB

(3) Проблема заземления цепи кнопки Rpi GPIO

---

---

Приложение C. Старая плата прототипа MCP23S17/MCP23017 для тестирования

Я думаю использовать свой старый MCP23S17 или MCP23017, чтобы провести некоторые тесты. Глядя на запутанную проводку моей старой платы MCP23017, я теперь вспоминаю, почему в прошлый раз я отказался от работы с SPI MCP23S17 и переключился на I2C MCP23017, потому что проводка, сделанная своими руками, очень запутана, и ее трудно устранять аппаратными неполадками. Для I2C MCP23S17 есть дешевые прорывные платы, которые говорят, что я много времени занимаюсь проводкой.

---

---

---

---

---

Приложение D. Заметки по настройке макетной платы MCP23s17

---

---

---

---

Приложение E. Тестирование SPI 00, 01, 10, 11, 12 Зацикливание и повторная отправка одного байта OK

# Program:
#   spi_loopback_v55.py  tlfong01  2020aug03hkt1220
#
# Function:
#   1. SPI one byte loopback
#   2. SPI repeatedly send one byte
#
# System Config: 
#   Rpi4B buster (r2020may23), python 3.7.3 (r2019dec20), thonny v3.2.7 (r2020jan22)
#   $ date Thu 25 Jun 2020 04:36:13 PM HKT
#   $ uname -a Linux raspberrypi 4.19.118-v7l+ #1311 SMP Mon Apr 27 14:26:42 BST 2020 armv7l GNU/Linux
#   $ ls /dev/ttyUSB* /dev/ttyUSB0
#   $ ls /dev/ttyS0 /dev/ttyS0
#   $ ls /dev/ttyAMA0 /dev/ttyAMA0

# Test Function Definitions:
#
# Test 1 - loopBackTest() - SPI port send and receive one byte.
# Function - Send one byte to MSOI and read it back from MISO.?
# Setup - Connet MOSI pin to MISO pin to form a loop.
#
# Test 2 - repeatSendByte() - SPI port repeatedly send out single bytes. ?
# Function - Repeat many times sending a byte, pause after each byte.

# 1. SPI ports setup notes
# To enable SPI and setup SPI 10, 11, 12 ports, add these two lines to /boot/config.txt
#   dtparam=spi=on
#   dtoverlay=spi1-3cs
# To list SPI devices
#   pi@raspberrypi:~ $ ls /dev/spi*
#   /dev/spidev0.0  /dev/spidev0.1  /dev/spidev1.0  /dev/spidev1.1  /dev/spidev1.2

# 2. Notes of loopback function
#   Call example - testLoopbackOneByte(spiPort00)
#   Function     - send byte 0x5b to SPI MOSI and read byte from MISO
#   Setup        - must connect MOSI pin to MISO pin to loop back
#   Note         - 1. Only checks if MISO echoes MOSI, CS0, CS1, CS2 is not checked
#                  2. To check if SPI 0, CS0, CS1, or SPI1 CS0, CS1, CS2, need a scope to display repeat send bytes 

from time import sleep
import spidev

# *** Setup SPI Ports ***

spiPort00 = spidev.SpiDev()
spiPort00.open(0,0)
spiPort00.max_speed_hz = 100000

spiPort01 = spidev.SpiDev()
spiPort01.open(0,1)
spiPort01.max_speed_hz = 100000

spiPort10 = spidev.SpiDev()
spiPort10.open(1,0)
spiPort10.max_speed_hz = 100000

spiPort11 = spidev.SpiDev()
spiPort11.open(1,1)
spiPort11.max_speed_hz = 100000

spiPort12 = spidev.SpiDev()
spiPort12.open(1,2)
spiPort12.max_speed_hz = 100000

# *** Define SPI Functions ***

def spiSendRecvOneByte(spiPort, sendByte):
  sendByteArray = [sendByte]
  recvByteArray = spiPort.xfer(sendByteArray)  
  return recvByteArray

def loopBackOneByte(spiPort, sendByte):
  recvByteArray = spiSendRecvOneByte(spiPort, sendByte)
  recvByte      = recvByteArray[0]

  print('\nBegin testLoopbackOneByte(),....')
  #print('')
  print('   sendByte = ', hex(sendByte))
  print('   recvByte = ', hex(recvByte))
  #print('')
  print('End testLoopbackOneByte(),....')
  return

def repeatSendOneByte(spiPort, sendByte, pauseTimeBetweenBytes, repeatCount):
  print('\nBegin repeatSendByte(),....')
  print('  Now use a scope to display the SPI signals, MOSI, MISO, CSn, ...')
  for i in range(repeatCount):
    spiSendRecvOneByte(spiPort, sendByte)
    sleep(pauseTimeBetweenBytes)
  print('End   repeatSendByte().')
  return

# *** Test Funtions ***

def testLoopbackOneByte(spiPort, dataByte):
  loopBackOneByte(spiPort, dataByte)
  return

def testRepeatSendOneByte(spiPort, dataByte, pauseSeconds, repeatTimes):
  repeatSendOneByte(spiPort, dataByte, pauseSeconds, repeatTimes)
  return
 
# *** Main ***

# *** Test SPI Loopback Functions, Comment out not required tests ***

print('\n*** testLoopbackOneByte(spiPort00, 0x5b) ***', end = '')
testLoopbackOneByte(spiPort00, 0x5b)

#print('\n*** testLoopbackOneByte(spiPort01, 0x5b) ***', end = '')
#testLoopbackOneByte(spiPort01, 0x5b)

#print('\n*** testLoopbackOneByte(spiPort10, 0x5b) ***', end = '')
#testLoopbackOneByte(spiPort10, 0x5b)

#print('\n*** testLoopbackOneByte(spiPort11, 0x5b) ***', end = '')
#testLoopbackOneByte(spiPort11, 0x5b)

#print('\n*** testLoopbackOneByte(spiPort12, 0x5b) ***', end = '')
#testLoopbackOneByte(spiPort12, 0x5b)


# *** Test SPI Repeat Send One Byte Functions, Comment out not required tests ***

# *** SPI 00, 01 Repeat Send One Byte ***

#print('\n*** testRepeatSendOneByte(spiPort00, 0x5b, 0.001, 200000) ***', end = '')
#testRepeatSendOneByte(spiPort00, 0x5b, 0.001, 200000)

#print('\n*** testRepeatSendOneByte(spiPort01, 0x5b, 0.001, 200000) ***', end = '')
#testRepeatSendOneByte(spiPort01, 0x5b, 0.001, 200000)

# *** SPI Repeat Send One Byte 10, 11, 12 ***

#print('\n*** testRepeatSendOneByte(spiPort10, 0xb5, 0.001, 200000) ***', end = '')
#testRepeatSendOneByte(spiPort10, 0xb5, 0.001, 200000)

#print('\n*** testRepeatSendOneByte(spiPort11, 0xb5, 0.001, 200000) ***', end = '')
#testRepeatSendOneByte(spiPort11, 0xb5, 0.001, 200000)

#print('\n*** testRepeatSendOneByte(spiPort12, 0xb5, 0.001, 200000) ***', end = '')
#testRepeatSendOneByte(spiPort12, 0xb5, 0.001, 200000)


# End of program


''' Smple output tlfong 01 2020aug03hkt1219

>>> %Run spi_loopback_v54.py

*** testLoopbackOneByte(spiPort00, 0x5b) ***
Begin testLoopbackOneByte(),....
   sendByte =  0x5b
   recvByte =  0x5b
End testLoopbackOneByte(),....

*** testLoopbackOneByte(spiPort01, 0x5b) ***
Begin testLoopbackOneByte(),....
   sendByte =  0x5b
   recvByte =  0x5b
End testLoopbackOneByte(),....

*** testLoopbackOneByte(spiPort10, 0x5b) ***
Begin testLoopbackOneByte(),....
   sendByte =  0x5b
   recvByte =  0x5b
End testLoopbackOneByte(),....

*** testLoopbackOneByte(spiPort11, 0x5b) ***
Begin testLoopbackOneByte(),....
   sendByte =  0x5b
   recvByte =  0x5b
End testLoopbackOneByte(),....

*** testLoopbackOneByte(spiPort12, 0x5b) ***
Begin testLoopbackOneByte(),....
   sendByte =  0x5b
   recvByte =  0x5b
End testLoopbackOneByte(),....
>>> 
 
Python 3.7.3 (/usr/bin/python3)
>>> %Run spi_loopback_v54.py

*** testRepeatSendOneByte(spiPort00, 0x5b, 0.001, 200000) ***
Begin repeatSendByte(),....
  Now use a scope to display the SPI signals, MOSI, MISO, CSn, ...

────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Python 3.7.3 (/usr/bin/python3)
>>> %Run spi_loopback_v54.py

*** testRepeatSendOneByte(spiPort01, 0x5b, 0.001, 200000) ***
Begin repeatSendByte(),....
  Now use a scope to display the SPI signals, MOSI, MISO, CSn, ...

────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Python 3.7.3 (/usr/bin/python3)
>>> %Run spi_loopback_v54.py

*** testRepeatSendOneByte(spiPort10, 0xb5, 0.001, 200000) ***
Begin repeatSendByte(),....
  Now use a scope to display the SPI signals, MOSI, MISO, CSn, ...

────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Python 3.7.3 (/usr/bin/python3)
>>> %Run spi_loopback_v54.py

*** testRepeatSendOneByte(spiPort11, 0xb5, 0.001, 200000) ***
Begin repeatSendByte(),....
  Now use a scope to display the SPI signals, MOSI, MISO, CSn, ...

────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
Python 3.7.3 (/usr/bin/python3)
>>> %Run spi_loopback_v54.py

*** testRepeatSendOneByte(spiPort12, 0xb5, 0.001, 200000) ***
Begin repeatSendByte(),....
  Now use a scope to display the SPI signals, MOSI, MISO, CSn, ...
End   repeatSendByte().
>>> 
 
'''
 
# *** End ***

---

Приложение F. Повторите снимки экрана области байтов отправки

---

---

---

Приложение G. Настройка двух плат MCP23S17 Proto

Конец ответа