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exs_pca9555 扩展库

作者：沈园园　|　最后修改：2026-07-30

一、概述

exs_pca9555 是 NXP PCA9555 16 位 I2C GPIO 扩展芯片的 LuatOS 扩展库。PCA9555 提供 16 位并行 I/O 扩展，通过 I2C 串行接口与主控通信，广泛应用于需要额外 GPIO 的场景。

PCA9555 提供 2 个 8 位端口（Port 0 和 Port 1），共 16 个 GPIO，支持输入、输出和中断三种工作模式，并支持极性反转功能。

1.1 主要特性

  • 16 个 I/O 引脚，分为 2 组 8 位端口（Port 0: P0.0~P0.7，Port 1: P1.0~P1.7）

  • 每个 I/O 可独立配置为输入或输出模式

  • 支持 INT 中断引脚，输入电平变化时触发中断通知主控

  • 支持极性反转寄存器，适应不同硬件设计需求

  • I2C 接口速率可达 400kHz

  • 3 个硬件地址引脚（A0、A1、A2），支持 8 种 I2C 地址（0x20~0x27）

  • 工作电压 2.3V~5.5V

  • 工作温度 -40℃~+85℃

1.2 加载方式

-- 扩展库需要 require 加载后才能调用
local exs_pca9555 = require "exs_pca9555"

1.3 注意事项

  • I2C 上拉电阻：SDA 和 SCL 需外接 4.7kΩ~10kΩ 上拉电阻到 VCC

  • INT 引脚：PCA9555 的 INT 引脚为开漏输出，需外接上拉电阻

  • GPIO ID 编码规则：

  • 0x00 ~ 0x07：Port 0 的 P0.0 ~ P0.7

  • 0x10 ~ 0x17：Port 1 的 P1.0 ~ P1.7

  • 中断模式：使用中断功能时，必须在 init() 中传入 gpio_int_id 参数，并将 PCA9555 的 INT 引脚连接到主机的对应 GPIO

  • 多设备支持：通过 A0、A1、A2 引脚配置不同 I2C 地址，最多可在同一 I2C 总线上连接 8 个 PCA9555 设备

1.4 硬件连接

  ┌──────────────┐                    ┌──────────────────┐
  │    主控      │                    │    PCA9555       │
  │  (AirXXX)    │                    │  GPIO 扩展芯片   │
  │              │                    │                  │
  │ I2C_SDA ─────┼────────────────────┼──→ SDA           │
  │              │                    │  （需外接上拉电阻）│
  │ I2C_SCL ─────┼────────────────────┼──→ SCL           │
  │              │                    │  （需外接上拉电阻）│
  │ GPIO_INT ←───┼────────────────────┼──→ INT           │
  │              │                    │  （开漏输出，     │
  │              │                    │   需外接上拉电阻）│
  │              │                    │                  │
  │ VCC 3V3 ─────┼────────────────────┼──→ VCC           │
  │              │                    │                  │
  │ GND      ────┼────────────────────┼──→ GND           │
  │              │                    │                  │
  │              │                    │ A0~A2 ──────────┼──→ 地址配置
  │              │                    │                  │
  │              │                    │ P0.0~P0.7 ──────┼──→ 扩展 GPIO 端口0
  │              │                    │ P1.0~P1.7 ──────┼──→ 扩展 GPIO 端口1
  └──────────────┘                    └──────────────────┘

1.5 寄存器映射

寄存器 地址 位 7 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0
Input Port 0 0x00 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
Input Port 1 0x01 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
Output Port 0 0x02 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
Output Port 1 0x03 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
Polarity Inversion 0 0x04 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
Polarity Inversion 1 0x05 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
Configuration 0 0x06 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0
Configuration 1 0x07 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0

Configuration 寄存器说明：1 = 输入模式，0 = 输出模式

Polarity Inversion 寄存器说明：1 = 极性反转，0 = 正常

二、核心示例

  • 核心示例是指：使用本库文件提供的核心 API，开发的基础业务逻辑的演示代码

  • 核心示例的作用是：帮助开发者快速理解如何使用本库，所以核心示例的逻辑都比较简单

  • 更加完整和详细的 demo，请参考 LuatOS 仓库 中各个产品目录下的 demo/sensor/PCA9555

2.1 GPIO 输出示例

-- 加载扩展库
local exs_pca9555 = require "exs_pca9555"

-- 应用主函数
local function pca9555_output_demo()
    -- 初始化 PCA9555（使用 I2C1）
    local result = exs_pca9555.init(1)

    if not result then
        log.error("exs_pca9555", "PCA9555 初始化失败")
        return
    end
    log.info("exs_pca9555", "PCA9555 初始化成功")

    -- 配置 P0.0 为输出模式，初始输出低电平
    exs_pca9555.setup(0x00, 0)

    -- 循环切换 P0.0 电平
    while true do
        exs_pca9555.set(0x00, 0)  -- 输出低电平
        sys.wait(1000)
        exs_pca9555.set(0x00, 1)  -- 输出高电平
        sys.wait(1000)
    end
end

-- 启动任务
sys.taskInit(pca9555_output_demo)

2.2 GPIO 输入示例

-- 加载扩展库
local exs_pca9555 = require "exs_pca9555"

-- 应用主函数
local function pca9555_input_demo()
    -- 初始化 PCA9555
    local result = exs_pca9555.init(1)

    if not result then
        log.error("exs_pca9555", "PCA9555 初始化失败")
        return
    end

    -- 配置 P1.0 为输出模式（用于产生测试信号）
    exs_pca9555.setup(0x10, 0)

    -- 配置 P1.1 为输入模式
    exs_pca9555.setup(0x11)

    -- 循环读取 P1.1 电平
    -- 注意：需将 P1.0 和 P1.1 短接
    while true do
        exs_pca9555.set(0x10, 0)
        sys.wait(1000)
        local level = exs_pca9555.get(0x11)
        log.info("exs_pca9555", "P1.1 电平:", level)

        exs_pca9555.set(0x10, 1)
        sys.wait(1000)
        level = exs_pca9555.get(0x11)
        log.info("exs_pca9555", "P1.1 电平:", level)
    end
end

sys.taskInit(pca9555_input_demo)

2.3 GPIO 中断示例

-- 加载扩展库
local exs_pca9555 = require "exs_pca9555"

-- P0.4 中断回调函数
-- id：触发中断的 GPIO ID
-- level：触发中断后读取到的电平（0=低，1=高）
local function P04_int_cbfunc(id, level)
    log.info("exs_pca9555", "P0.4 中断触发，ID:", id, "电平:", level)
end

-- 应用主函数
local function pca9555_int_demo()
    -- 初始化 PCA9555，使用 GPIO2 作为中断引脚
    local result = exs_pca9555.init(1, 2)

    if not result then
        log.error("exs_pca9555", "PCA9555 初始化失败")
        return
    end

    -- 配置 P0.3 为输出模式（用于触发 P0.4 中断）
    exs_pca9555.setup(0x03, 0)

    -- 配置 P0.4 为中断模式
    -- 注意：需将 P0.3 和 P0.4 短接
    exs_pca9555.setup(0x04, P04_int_cbfunc)

    -- 循环切换 P0.3 电平，触发 P0.4 中断
    while true do
        exs_pca9555.set(0x03, 0)
        sys.wait(1000)
        exs_pca9555.set(0x03, 1)
        sys.wait(1000)
    end
end

sys.taskInit(pca9555_int_demo)

2.4 多 GPIO 批量控制示例

local exs_pca9555 = require "exs_pca9555"

exs_pca9555.init(1)

-- 批量配置 Port 0 为输出，Port 1 为输入
for i = 0, 7 do
    exs_pca9555.setup(0x00 + i, 0)  -- P0.0~P0.7 输出模式
    exs_pca9555.setup(0x10 + i)     -- P1.0~P1.7 输入模式
end

-- 流水灯效果
local function led_chase()
    while true do
        for i = 0, 7 do
            exs_pca9555.set(0x00 + i, 1)
            sys.wait(100)
            exs_pca9555.set(0x00 + i, 0)
        end
    end
end

sys.taskInit(led_chase)

三、常量解释

扩展库常量，顾名思义是由合宙 LuatOS 扩展库中定义的、不可重新赋值或修改的固定值，在脚本代码中不需要声明，可直接调用，本扩展库没有常量。

四、函数详解

4.1 初始化与控制

4.1.1 exs_pca9555.init(i2c_id, gpio_int_id)

功能

初始化 PCA9555，配置 I2C 通信参数，自动识别从设备地址

参数

i2c_id

参数含义：主机使用的 I2C ID，用来控制 PCA9555
数据类型：number
取值范围：平台有效的 I2C 总线编号（如 0 或 1）
是否必选：是
注意事项：调用前必须先用 i2c.setup(i2c_id, i2c.FAST) 初始化该总线
参数示例：1

gpio_int_id

参数含义：主机使用的中断引脚 GPIO ID，与 PCA9555 的 INT 引脚相连
数据类型：number
取值范围：有效的 GPIO 编号
是否必选：否
注意事项：可选，不传则不使用中断通知功能。传入后，PCA9555 上配置为中断模式的 GPIO 电平变化时，会通过 INT 引脚触发主机中断
参数示例：2

返回值

local init_result = exs_pca9555.init(i2c_id, gpio_int_id)

init_result

含义说明：初始化是否成功
数据类型：boolean
取值范围：true（成功）, false（失败）
注意事项：初始化失败时请检查接线、供电和 I2C 地址配置
返回示例：true

示例

-- 基础初始化（不使用中断）
local result = exs_pca9555.init(1)

-- 使用中断功能（主机 GPIO2 作为中断引脚）
local result = exs_pca9555.init(1, 2)

4.1.2 exs_pca9555.deinit()

功能

关闭 PCA9555 通信，释放所有资源（I2C、GPIO、中断表）

参数

无

返回值

local result = exs_pca9555.deinit()

result

含义说明：释放是否成功
数据类型：boolean
取值范围：true（成功）
注意事项：释放后所有 GPIO 配置将失效，如需使用需重新 init
返回示例：true

示例

exs_pca9555.deinit()

4.2 GPIO 配置与操作

4.2.1 exs_pca9555.setup(gpio_id, gpio_mode)

功能

配置 PCA9555 扩展 GPIO 管脚功能，支持输出、输入和中断三种模式

参数

gpio_id

参数含义：PCA9555 上的扩展 GPIO ID
数据类型：number
取值范围：
  - 0x00 ~ 0x07：Port 0 的 P0.0 ~ P0.7
  - 0x10 ~ 0x17：Port 1 的 P1.0 ~ P1.7
是否必选：是
注意事项：超出范围将返回错误
参数示例：0x00

gpio_mode

参数含义：GPIO 工作模式，支持三种类型
数据类型：number | function | nil
取值说明：
  - number (0)：输出模式，默认输出低电平
  - number (1)：输出模式，默认输出高电平
  - nil 或不传：输入模式
  - function：中断模式，参数为回调函数
    回调函数格式：function cb_func(id, level) end
    - id：触发中断的 GPIO ID（number 类型）
    - level：触发中断后读取到的电平（0=低，1=高）
是否必选：是
注意事项：中断模式需要在 init() 中传入 gpio_int_id 参数
参数示例：0

返回值

local result = exs_pca9555.setup(gpio_id, gpio_mode)

result

含义说明：配置是否成功
数据类型：boolean
取值范围：true（成功）, false（失败）
注意事项：配置中断模式时，需确保 init() 已配置 gpio_int_id
返回示例：true

示例

-- GPIO 0x00 配置为输出模式，默认输出低电平
exs_pca9555.setup(0x00, 0)

-- GPIO 0x11 配置为输入模式
exs_pca9555.setup(0x11)

-- GPIO 0x04 配置为中断模式
local function P04_int_cbfunc(id, level)
    log.info("P04_int_cbfunc", id, level)
end
exs_pca9555.setup(0x04, P04_int_cbfunc)

4.2.2 exs_pca9555.set(gpio_id, output_level)

功能

设置 PCA9555 扩展 GPIO 的输出电平

参数

gpio_id

参数含义：PCA9555 上的扩展 GPIO ID
数据类型：number
取值范围：0x00~0x07 或 0x10~0x17
是否必选：是
注意事项：必须先通过 setup() 配置为输出模式
参数示例：0x03

output_level

参数含义：输出电平
数据类型：number
取值范围：0（低电平）或 1（高电平）
是否必选：是
注意事项：只有配置为输出模式的 GPIO 才能设置电平
参数示例：1

返回值

local result = exs_pca9555.set(gpio_id, output_level)

result

含义说明：设置是否成功
数据类型：boolean
取值范围：true（成功）, false（失败）
注意事项：
返回示例：true

示例

-- GPIO 0x03 输出高电平
exs_pca9555.set(0x03, 1)

-- GPIO 0x13 输出低电平
exs_pca9555.set(0x13, 0)

4.2.3 exs_pca9555.get(gpio_id)

功能

读取 PCA9555 扩展 GPIO 的输入电平

参数

gpio_id

参数含义：PCA9555 上的扩展 GPIO ID
数据类型：number
取值范围：0x00~0x07 或 0x10~0x17
是否必选：是
注意事项：
参数示例：0x11

返回值

local level = exs_pca9555.get(gpio_id)

level

含义说明：GPIO 输入电平
数据类型：number 或 boolean
取值范围：0（低电平），1（高电平）；读取失败返回 false
注意事项：
返回示例：1

示例

-- 读取 GPIO 0x11 的输入电平
local level = exs_pca9555.get(0x11)
if level ~= false then
    log.info("exs_pca9555", "GPIO 0x11 电平:", level)
end

4.2.4 exs_pca9555.close(gpio_id)

功能

关闭 PCA9555 扩展 GPIO 功能，恢复为默认输入模式

参数

gpio_id

参数含义：PCA9555 上的扩展 GPIO ID
数据类型：number
取值范围：0x00~0x07 或 0x10~0x17
是否必选：是
注意事项：
参数示例：0x03

返回值

local result = exs_pca9555.close(gpio_id)

result

含义说明：关闭是否成功
数据类型：boolean
取值范围：true（成功）, false（失败）
注意事项：
返回示例：true

示例

exs_pca9555.close(0x03)

4.3 极性反转

4.3.1 exs_pca9555.set_polarity(gpio_id, invert)

功能

设置 PCA9555 扩展 GPIO 的极性反转

极性反转后，引脚实际为高电平时读取为 0，实际为低电平时读取为 1。适用于需要反相读取的硬件设计场景。

参数

gpio_id

参数含义：PCA9555 上的扩展 GPIO ID
数据类型：number
取值范围：0x00~0x07 或 0x10~0x17
是否必选：是
注意事项：
参数示例：0x02

invert

参数含义：是否反转极性
数据类型：boolean
取值范围：true（反转）、false（正常）
是否必选：是
注意事项：极性反转仅影响输入读取，不影响输出
参数示例：true

返回值

local result = exs_pca9555.set_polarity(gpio_id, invert)

result

含义说明：设置是否成功
数据类型：boolean
取值范围：true（成功）, false（失败）
注意事项：
返回示例：true

示例

-- 反转 GPIO 0x02 的极性
exs_pca9555.set_polarity(0x02, true)

-- 恢复正常极性
exs_pca9555.set_polarity(0x02, false)

4.4 版本管理

4.4.1 exs_pca9555.version()

功能

获取 exs_pca9555 库的版本号

参数

无

返回值

local ver = exs_pca9555.version()

ver

含义说明：版本号字符串
数据类型：string
取值范围：格式 "yyyymmddhhmm"，表示 yyyy年mm月dd日hh时mm分发布的版本
注意事项：无
返回示例："202607282000"

示例

local ver = exs_pca9555.version()
log.info("exs_pca9555", "版本号:", ver)

五、版本更新说明

版本号：202607282000

  1. 更新时间：2026-07-28

  2. 更新内容：

    • 第一版，实现 PCA9555 基础驱动功能
    • 自动识别从设备地址功能（扫描 0x20~0x27）
    • 支持 16 个 GPIO 的输入、输出配置
    • 支持设置GPIO 的输出电平
    • 支持读取GPIO 的输入电平
    • 支持 GPIO 中断模式支持（通过 INT 引脚 + sys.publish 机制）

六、产品支持说明

所有支持 luatos 二次开发的模块，具体可以查看选型手册。

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