#include <Wire.h>

#define MCP23017_IODIRA     0x00
#define MCP23017_IODIRB     0x01
#define MCP23017_IPOLA      0x02
#define MCP23017_IPOLB      0x03
#define MCP23017_GPINTENA   0x04
#define MCP23017_GPINTENB   0x05
#define MCP23017_DEFVALA    0x06
#define MCP23017_DEFVALB    0x07
#define MCP23017_INTCONA    0x08
#define MCP23017_INTCONB    0x09
#define MCP23017_IOCON      0x0a
#define MCP23017_GPPUA      0x0c
#define MCP23017_GPPUB      0x0d
#define MCP23017_INTFA      0x0e
#define MCP23017_INTFB      0x0f
#define MCP23017_INTCAPA    0x10
#define MCP23017_INTCAPB    0x11
#define MCP23017_GPIOA      0x12
#define MCP23017_GPIOB      0x13
#define MCP23017_OLATA      0x14
#define MCP23017_OLATB      0x15

//---------------------------------------------------------
//  I2CバスにWriteアクセスする
//---------------------------------------------------------
//[Arguments]
//  slave_addr  : スレーブデバイスのアドレス
//  device_addr : デバイス内部のレジスタアドレス
//  data        : 書き込むデータ
//[Returns]
//  なし
//--------------- https://ss1.xrea.com/tmct.s1009.xrea.com/
void i2cWriteByte(int slave_addr, int device_addr, int data) {
  Wire.beginTransmission(slave_addr);
  Wire.write(device_addr);
  Wire.write(data);
  Wire.endTransmission();
}

//---------------------------------------------------------
//  I2CバスにReadアクセスする
//---------------------------------------------------------
//[Arguments]
//  slave_addr  : スレーブデバイスのアドレス
//  device_addr : デバイス内部のレジスタアドレス
//[Returns]
//  unsigned char : 読みだしたデータ
//--------------- https://ss1.xrea.com/tmct.s1009.xrea.com/
unsigned char i2cReadByte(int slave_addr, int device_addr) {
  unsigned char r;
  Wire.beginTransmission(slave_addr);
  Wire.write(device_addr);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(slave_addr, 1);
  if (Wire.available()) r = Wire.read();
  Wire.endTransmission();
  return(r);
}

unsigned char work;

//---------------------------------------------------------
//  初期化
//---------------------------------------------------------
// 出力初期値を設定する
// 各ビット 1 = High, 0 = Low になります
// 入力に設定するビットは何でも構いませんが初期値の0に設定します
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATA, 0x00);   // GPA[7:0] = 'LLLL_LLLL'
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATB, 0x00);   // GPB[7:0] = 'LLLL_LLLL'

// 入力論理を設定する
// 各ビット 1 = 負論理, 0 = 正論理 になります
// 出力に設定するビットは何でも構いませんが初期値の0に設定します
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_IPOLA, 0x00);   // GPA[7:0] = 全ビット正論理
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_IPOLB, 0x00);   // GPB[7:0] = 全ビット正論理

// 入力PullUpを設定する
// 各ビット 1 = PullUp ON, 0 = PullUp OFF になります
// 出力に設定するビットは何でも構いませんが初期値の0に設定します
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_GPPUA, 0xf0);   // GPA[7:4] = 内部PullUp ON, GPA[3:0] = 内部PullUp OFF
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_GPPUB, 0xff);   // GPB[7:0] = 内部PullUp ON

// 入出力方向を設定する
// 各ビット 1 = 入力, 0 = 出力 になります
// 出力ポートの場合、出力に設定した瞬間に出力初期値で設定した論理レベルが出力されます
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_IODIRA, 0xfc);  // GPA[7:2] = 入力, GPA[1:0] = 出力
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_IODIRB, 0xff);  // GPB[7:0] = 全ビット入力

//---------------------------------------------------------
//  LEDを点灯
//---------------------------------------------------------
// GPA0に繋いだLEDを点灯
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATA, 0x01);   // GPA[7:0] = 'LLLL_LLLH'
delay(300);                                 // 300ms wait
// GPA1に繋いだLEDを点灯
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATA, 0x02);   // GPA[7:0] = 'LLLL_LLHL'
delay(300);                                 // 300ms wait
// GPA0,GPA1に繋いだLEDを点灯
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATA, 0x03);   // GPA[7:0] = 'LLLL_LLHH'
delay(300);                                 // 300ms wait
// LEDを消灯
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATA, 0x00);   // GPA[7:0] = 'LLLL_LLLL'
delay(300);                                 // 300ms wait

//---------------------------------------------------------
//  スイッチの状態を取得
//---------------------------------------------------------
work = i2cReadByte(0x20, MCP23017_GPIOA);   // GPA[7:0]の状態を取得
if ((work & 0x10) == 0x10) {
    // GPA4に繋いだスイッチが開放されている
}
else {
    // GPA4に繋いだスイッチが押されている
}
if ((work & 0x20) == 0x20) {
    // GPA5に繋いだスイッチが開放されている
}
else {
    // GPA5に繋いだスイッチが押されている
}
if ((work & 0x40) == 0x40) {
    // GPA6に繋いだスイッチが開放されている
}
else {
    // GPA6に繋いだスイッチが押されている
}
if ((work & 0x80) == 0x80) {
    // GPA7に繋いだスイッチが開放されている
}
else {
    // GPA7に繋いだスイッチが押されている
}

// 出力初期値を設定する
// 各ビット 1 = High, 0 = Low になります
// 入力に設定するビットは何でも構いませんが初期値の0に設定します
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATA, 0x00);   // GPA[7:0] = 'LLLL_LLLL'
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATB, 0x00);   // GPB[7:0] = 'LLLL_LLLL'

// 入力論理を設定する
// 各ビット 1 = 負論理, 0 = 正論理 になります
// 出力に設定するビットは何でも構いませんが初期値の0に設定します
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_IPOLA, 0x00);   // GPA[7:0] = 全ビット正論理
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_IPOLB, 0x00);   // GPB[7:0] = 全ビット正論理

// 入力PullUpを設定する
// 各ビット 1 = PullUp ON, 0 = PullUp OFF になります
// 出力に設定するビットは何でも構いませんが初期値の0に設定します
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_GPPUA, 0x00);   // GPA[7:0] = 内部PullUp OFF
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_GPPUB, 0x0f);   // GPB[7:4] = 内部PullUp OFF, GPB[3:0] = 内部PullUp ON

// 入出力方向を設定する
// 各ビット 1 = 入力, 0 = 出力 になります
// 出力ポートの場合、出力に設定した瞬間に出力初期値で設定した論理レベルが出力されます
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_IODIRA, 0x00);  // GPA[7:0] = 全ビット出力
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_IODIRB, 0xff);  // GPB[7:0] = 全ビット入力

int a, b;
a = (int)i2cReadByte(0x20, MCP23017_GPIOA); // GPA[7:0]の状態を取得
b = (int)i2cReadByte(0x20, MCP23017_GPIOB); // GPB[7:0]の状態を取得

// 0x40(0100_0000)と取得値aをAnd演算し、結果が0x40ならGPA[6]='1'です
if ((a & 0x40) == 0x40) {
    // GPA[6]='1'の場合
}
else {
    // GPA[6]='0'の場合
}

// 0x02(0000_0010)と取得値bをAnd演算し、結果が0x02ならGPB[1]='1'です
if ((b & 0x02) == 0x02) {
    // GPB[1]='1'の場合
}
else {
    // GPB[1]='0'の場合
}

// 0x38(0011_1000)と取得値aをAnd演算し、結果によって処理を分岐します
switch (a & 0x38) {
    case 0x00:  // GPA[5:3] = '000'
        break;
    case 0x08:  // GPA[5:3] = '001'
        break;
    case 0x10:  // GPA[5:3] = '010'
        break;
    case 0x18:  // GPA[5:3] = '011'
        break;
    case 0x20:  // GPA[5:3] = '100'
        break;
    case 0x28:  // GPA[5:3] = '101'
        break;
    case 0x30:  // GPA[5:3] = '110'
        break;
    case 0x38:  // GPA[5:3] = '111'
        break;
    default:    // 上記のどれでもない場合(ありえないが)
        break;
}

i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATA, 0x12);   // GPA[7:0]の出力状態を'0001_0010'(LLLH_LLHL)に設定する
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATB, 0x34);   // GPB[7:0]の出力状態を'0011_0100'(LLHH_LHLL)に設定する

int a, b;

a = (int)i2cReadByte(0x20, MCP23017_OLATA); // GPA[7:0]の設定状態を取得
// たとえばGPA[5]だけを0に設定したい場合、
// 5ビット目だけが0の値'1101_1111'=0xdfとAnd演算することで該当ビットだけ0にします
a &= 0xdf;
// 演算した値を書き戻して設定します
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATA, (int)a);

b = (int)i2cReadByte(0x20, MCP23017_OLATB); // GPB[7:0]の設定状態を取得
// たとえばGPB[7]だけを1に設定したい場合、
// 7ビット目だけが1の値'1000_0000'=0x80とOr演算することで該当ビットだけ1にします
b |= 0x80;
// 演算した値を書き戻して設定します
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_OLATB, (int)b);

// 割り込み出力設定など
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_IOCON, 0x00);       // INTA,INTB独立出力・Push-Pull・負論理

// 設定変更するのでいったん割り込み禁止
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_GPINTENA, 0x00);    // GPA割り込み禁止
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_GPINTENB, 0x00);    // GPB割り込み禁止

// デフォルト値の設定
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_DEFVALA, 0x00);     // GPAデフォルト値
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_DEFVALB, 0x00);     // GPBデフォルト値

// 割り込み発生要因設定
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_INTCONA, 0xff);     // GPA割り込み発生要因
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_INTCONB, 0xff);     // GPB割り込み発生要因

// 割り込み許可
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_GPINTENA, 0xff);    // GPAの割り込み許可
i2cWriteByte(0x20, MCP23017_GPINTENB, 0xff);    // GPBの割り込み許可

unsigned char fa, fb;
unsigned char ca, cb;

// 割り込み発生要因取得
// 割り込み発生要因となったビットのみ1が立ちます
// 1が立っているビットを調べることで割り込みが発生した要因を調べることができます
// このレジスタは読み取り専用です
fa = i2cReadByte(0x20, MCP23017_INTFA);     // GPA割り込みフラグ
fb = i2cReadByte(0x20, MCP23017_INTFB);     // GPB割り込みフラグ

// 割り込み発生時の状態取得
// 割り込みが発生したときの端子状態がキャプチャされます
// このレジスタをReadするとINTF・INTCAPの両方がクリアされます
ca = i2cReadByte(0x20, MCP23017_INTCAPA);   // GPAキャプチャ
cb = i2cReadByte(0x20, MCP23017_INTCAPB);   // GPBキャプチャ