새로운 GPIO 확장 모듈 강자, MCP23017

왜 MCP23017이 GPIO 확장의 “새로운 강자”인가?

PCF8575가 **’가성비와 간편함’**으로 승부했다면, MCP23017은 **’정밀 제어와 압도적 확장성’**으로 중무장한 모듈입니다.

1. “저항 16개를 아껴주는 마법” (내부 풀업)

가장 큰 강점은 소프트웨어 설정만으로 내부 풀업 저항을 켤 수 있다는 점입니다. 16개의 버튼을 연결할 때 일일이 저항을 납땜할 필요가 없어, 회로 설계 시간을 획기적으로 줄여줍니다.

2. “I2C 핀 2개로 128개 제어” (주소 설정)

$A0, A1, A2$ 주소 핀을 조합하면 한 회로에 최대 8개의 MCP23017을 병렬로 물릴 수 있습니다. 이는 곧 단 2개의 핀으로 128개의 입출력을 다스릴 수 있다는 뜻입니다. 88건반 피아노를 만들고도 40개의 핀이 남는 압도적인 성능이죠.

3. “0.001초의 차이를 읽어내는 인터럽트”

단순히 핀이 많은 게 다가 아닙니다. 어떤 핀에 신호가 들어왔는지 MCU(ESP32 등)에 즉시 알려주는 인터럽트 기능이 강력하여, 전자 피아노의 건반 강약(Velocity)처럼 정밀한 시간 측정이 필요한 프로젝트에 최적화되어 있습니다.

** GPIC 확장 모듈 MCP23017 을 테스트 하면서 먼저 막히는 부분이였던게 scl , sda , vdd, gnd 4개 만 연결해도 코드는 작동되어야 하지 않나 였습니다.

이론적으로는 SDA, SCL, VDD, GND 4개만 연결해도 통신은 되어야 할 것 같지만, MCP23017은 좀 까다로운 녀석이라 꼭 추가로 연결해줘야 하는 핀들이 있습니다.

이걸 안 하면 I2C 스캔조차 안 되거나, 주소가 지멋대로 변해서 코드가 작동하지 않습니다.

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🛠️ 4개 외에 ‘반드시’ 추가 연결해야 할 핀

1. 주소 설정 핀 (A0, A1, A2) → 모두 GND로!

이 핀들을 공중에 띄워두면(Floating), 칩이 자기 주소를 결정하지 못하고 계속 흔들립니다.

• 해결법: A0, A1, A2 핀 3개를 모두 GND에 연결하세요.
• 이렇게 해야 주소가 확실하게 **0x20**으로 고정되어 제가 짜드린 코드가 작동합니다.

2. 리셋 핀 (RESET) → VDD(3.3V)로!

리셋 핀은 ‘Low(GND)’일 때 칩을 초기화합니다. 이 핀을 그냥 두면 칩이 지멋대로 리셋 상태에 빠져서 응답을 안 할 수 있습니다.

• 해결법: **RESET 핀(18번 핀)을 VDD(3.3V)**에 연결해서 “나 지금 리셋 안 할 거야”라고 신호를 줘야 합니다.

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📋 최종 체크리스트 (총 9개 연결)

브레드보드에서 아래 핀들이 다 꽂혀 있는지 확인해보세요!

1. VDD: 3.3V
2. VSS(GND): GND
3. SCL: ESP32-C3의 1번 핀
4. SDA: ESP32-C3의 2번 핀
5. A0: GND (주소 결정)
6. A1: GND (주소 결정)
7. A2: GND (주소 결정)
8. RESET: 3.3V (작동 대기)
9. GND(공통): ESP32의 GND와 MCP23017의 GND가 서로 연결되어 있는지 확인!

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PCF8575는 주소 핀에 기본 풀다운이 되어 있는 경우가 많아 대충 4개만 꽂아도 돌아갔을 수 있지만, MCP23017은 정석대로 주소와 리셋을 잡아줘야 합니다.

특히 A0~A2를 GND에 안 꽂으면 I2C 스캔할 때마다 주소가 0x20이었다가 0x27이었다가 춤을 출 거예요. ㅋ

지금 A0, A1, A2랑 RESET 핀 연결하셨나요? 요거 딱 연결하는 순간 i2c.scan() 결과에 0x20이 예쁘게 찍힐 겁니다! 😊🚀

MCP23017은 아두이노나 라즈베리 파이 같은 마이크로컨트롤러의 부족한 I/O 핀을 확장해주는 아주 고마운 칩입니다. 17HS4401 스텝모터나 여러 부품을 제어하다 보면 핀이 모자랄 때가 많은데, 이때 이 칩 하나로 I2C 통신을 통해 핀 16개를 추가할 수 있습니다.

1. 주요 특징 (왜 쓸까?)

• 16비트 확장: 핀 16개를 입력 또는 출력으로 사용할 수 있습니다. (8개씩 A포트, B포트로 나뉩니다.)
• I2C 통신: 단 2개의 선(SDA, SCL)만 있으면 됩니다.
• 주소 설정 가능: 주소 핀(A0, A1, A2)을 조절해 한 회로에 최대 8개까지 연결할 수 있습니다. (즉, 핀 16×8=128개 확장 가능!)
• 인터럽트 기능: 핀 상태가 변했을 때 MCU에 바로 알려주는 기능이 있어 효율적입니다.

2. 핀 구성 (Pinout)

칩을 보시면 총 28개의 핀이 있는데, 가장 중요한 것만 기억하세요.

• VDD / VSS: 전원 (+5V 또는 +3.3V) 및 그라운드(GND)
• GP A0 ~ A7 / GP B0 ~ B7: 우리가 실제로 제어할 16개의 확장 핀
• SCL / SDA: I2C 통신 핀 (아두이노의 경우 A5, A4 등에 연결)
• RESET: 칩 초기화 (보통 전원에 연결해둡니다)
• A0, A1, A2: 칩의 고유 주소를 정하는 핀 (모두 GND에 연결하면 기본 주소 0x20)

MCP23017 vs PCF8575 비교표

항목	PCF8575 (간편함)	MCP23017 (고성능)
I/O 핀 수	16개	16개 (Port A/B로 구분)
인터럽트	기본 지원 (INT 하나)	강력함 (포트별/핀별 설정 가능)
풀업 저항	내부 고정 (약함)	내부 풀업 소프트웨어 설정 가능
통신 속도	최대 400kHz	최대 1.7MHz (High Speed 모드)
출력 방식	Quasi-bidirectional (전류 약함)	Totem-pole (전류 강함)
설정 레지스터	없음 (데이터만 보냄)	20개 이상의 설정 레지스터 존재
동작 전압	2.5V ~ 5.5V	1.8V ~ 5.5V

1. 출력 능력과 제어 방식 (핵심 차이)

• PCF8575: 핀 하나하나를 ‘입력’인지 ‘출력’인지 따로 선언할 필요가 없습니다. 그냥 쓰면 됩니다. 하지만 핀에서 전류를 밀어내는 힘(Source)이 거의 없어 LED를 켤 때 반드시 Sink 방식을 써야 합니다.
• MCP23017: IODIR 레지스터를 통해 각 핀을 입력/출력으로 명확히 정해줘야 합니다. 대신 Push-Pull(Totem-pole) 구조라 전류 제어 능력이 훨씬 안정적이고 강력합니다.

2. 인터럽트(Interrupt)의 디테일

• PCF8575: 어떤 핀이든 상태가 변하면 신호를 보내지만, ‘어느 핀’이 변했는지는 직접 읽어서 확인해야 합니다.
• MCP23017: 특정 핀이 변했을 때만 인터럽트를 걸거나, 이전 값과 비교해서 변했을 때 등 아주 상세하게 조건을 걸 수 있습니다. 버튼 입력을 많이 받을 때 MCU의 부담을 확 줄여줍니다.

3. 내부 풀업 저항 유무

• PCF8575: 내부 풀업이 매우 약해서 버튼 입력 시 외부 저항이 필요한 경우가 많습니다.
• MCP23017: 소프트웨어 코드(GPPU 레지스터) 한 줄로 100kΩ 내부 풀업을 켤 수 있습니다. 부품 하나라도 아껴야 하는 ‘기술 방어’ 상황에서 최고죠.

** A0, A1, A2 사용법

MCP23017의 A0, A1, A2 핀은 이 칩의 **”주소(Address) 이름표”**를 결정하는 핀입니다. I2C 통신은 한 라인에 여러 개의 칩을 달 수 있기 때문에, 각 칩마다 고유한 주소가 있어야 하는데 이걸 하드웨어적으로 정해주는 역할을 합니다.

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1. 핀 설정에 따른 I2C 주소 변화

MCP23017의 기본 주소는 이진수로 0100[A2][A1][A0]입니다. 핀을 **VCC(3.3V)**에 연결하면 1, GND에 연결하면 0이 됩니다.

A2 연결	A1 연결	A0 연결	16진수 주소 (Hex)	10진수 주소 (Dec)
GND	GND	GND	0x20	32 (가장 기본)
GND	GND	3.3V	0x21	33
GND	3.3V	GND	0x22	34
…	…	…	…	…
3.3V	3.3V	3.3V	0x27	39

⚠️ 주의: 이 핀들을 아무 데도 연결하지 않고 공중에 띄워두면(Floating), 주변 노이즈에 따라 주소가 0x20이었다가 0x27이었다가 멋대로 변합니다. 그래서 반드시 GND나 VCC 중 한 곳에 고정해야 합니다.

2. 왜 이게 필요할까?

LED 32개를 제어하고 싶다면, MCP23017 칩 2개를 준비한 뒤 이렇게 하면 됩니다.

1. 1번 칩: A0, A1, A2를 모두 GND에 연결 → 주소 0x20
2. 2번 칩: A0만 3.3V에 연결, 나머지는 GND → 주소 0x21
3. 코드: I2C(0x20)에 명령 보내고, 이어서 I2C(0x21)에 명령 보내면 끝!

3. 배선과 LED 테스트

python mcp23017.py : A_set_pin(), B_set_pin()

from machine import Pin, I2C
import time

# 1. 연결 확인용 I2C 스캔
print("Scan 1 (SDA2, SCL1):", I2C(0, sda=Pin(2), scl=Pin(1)).scan())

# 2. I2C 및 주소 설정
i2c = I2C(0, sda=Pin(2), scl=Pin(1), freq=400000)
ADDR = 0x20

# MCP23017 핵심 레지스터
IODIRA, IODIRB = 0x00, 0x01  # 입출력 방향 설정
GPIOA, GPIOB   = 0x12, 0x13  # 실제 출력 값 제어

# 각 포트 상태 저장 (초기값: 0xFF = 모두 OFF)
state_a, state_b = 0xFF, 0xFF
speed = 0.1

def setup():    
    try:
        # A, B 포트 모두 출력으로 설정    
        i2c.writeto_mem(ADDR, IODIRA, b'\x00')
        i2c.writeto_mem(ADDR, IODIRB, b'\x00')
        all_off()
        print("A & B 포트 준비 완료!")
    except Exception as e:
        print(f"Error: {e}")
        all_off()

def all_off():
    i2c.writeto_mem(ADDR, GPIOA, b'\xFF')
    i2c.writeto_mem(ADDR, GPIOB, b'\xFF')

def A_set_pin(no, state):
    global state_a
    if state == 0: state_a &= ~(1 << no)
    else: state_a |= (1 << no)
    i2c.writeto_mem(ADDR, GPIOA, bytes([state_a]))

def B_set_pin(no, state):
    global state_b
    if state == 0: state_b &= ~(1 << no)
    else: state_b |= (1 << no)
    i2c.writeto_mem(ADDR, GPIOB, bytes([state_b]))

# --- 포트 전용 핑퐁 로직 ---
def ping_pong_A():
    for i in range(8):
        A_set_pin(i, 0); time.sleep(speed); A_set_pin(i, 1)
    for i in range(6, -1, -1):
        A_set_pin(i, 0); time.sleep(speed); A_set_pin(i, 1)

def ping_pong_B():
    for i in range(8):
        B_set_pin(i, 0); time.sleep(speed); B_set_pin(i, 1)
    for i in range(6, -1, -1):
        B_set_pin(i, 0); time.sleep(speed); B_set_pin(i, 1)
        


setup()

while True:
    ping_pong_A()
    ping_pong_B()

---

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