PCF8574 是一款廣泛應(yīng)用于 I2C 總線的 8 位 I/O 擴(kuò)展器，它能夠通過 I2C 總線與微控制器進(jìn)行通信，用于擴(kuò)展輸入輸出端口。該芯片廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)、傳感器接口以及人機(jī)交互等領(lǐng)域。在本篇文章中，我們將詳細(xì)介紹 PCF8574 的引腳功能、工作原理、應(yīng)用場(chǎng)景以及常見的電路設(shè)計(jì)。

PCF8574 的引腳圖

PCF8574 是一個(gè)封裝為 16 引腳的集成電路，其引腳功能在不同的型號(hào)中有所差異，下面是標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的引腳配置：

1. 引腳功能

2. 引腳功能詳細(xì)解釋

• VSS (引腳 1): 該引腳用于連接電源的地端（GND）。所有的數(shù)字電路都需要一個(gè)地連接，VSS 引腳即是此功能。

• SDA (引腳 2): SDA 引腳是 I2C 總線的數(shù)據(jù)傳輸線。I2C 總線通過該引腳傳輸數(shù)據(jù)，支持雙向數(shù)據(jù)傳輸。SDA 引腳的狀態(tài)由 I2C 協(xié)議控制，微控制器和 PCF8574 芯片之間的通信即通過這一引腳進(jìn)行。

• SCL (引腳 3): SCL 引腳是時(shí)鐘信號(hào)線，I2C 總線的時(shí)鐘信號(hào)通過該引腳傳輸。時(shí)鐘信號(hào)控制數(shù)據(jù)的傳輸速率，確保數(shù)據(jù)按順序正確傳輸。

• P0 到 P7 (引腳 4 至 11): 這些引腳是 PCF8574 的 I/O 引腳。它們用于連接外部設(shè)備，如開關(guān)、傳感器、LED 等。這些引腳的狀態(tài)可以通過 I2C 總線讀取或設(shè)置。每個(gè)引腳都可以作為輸入或輸出。

• A0、A1、A2 (引腳 12 至 14): 這些地址引腳用于設(shè)置 PCF8574 的 I2C 地址。通過配置這些引腳的電平，用戶可以選擇不同的 I2C 地址，以避免多個(gè) PCF8574 芯片在同一總線上沖突。通過選擇不同的地址，最多可以在一個(gè) I2C 總線上連接 8 個(gè) PCF8574 芯片。

• VDD (引腳 15): 該引腳連接電源正極，通常是 +5V 或 +3.3V，具體取決于芯片的工作電壓。

• NC (引腳 16): 這是一個(gè)不連接的引腳，用戶可以忽略該引腳，通常用于封裝內(nèi)的布局。

PCF8574 的工作原理

PCF8574 是一款 I2C 接口的 I/O 擴(kuò)展芯片，它通過 I2C 總線與主控芯片（如微控制器、單片機(jī)等）進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。I2C 總線是一種串行通信協(xié)議，通過兩根線（SDA 和 SCL）傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)。PCF8574 的工作原理基于這一通信協(xié)議。

1. 數(shù)據(jù)傳輸

I2C 協(xié)議使用主從結(jié)構(gòu)，其中主設(shè)備負(fù)責(zé)發(fā)起通信并控制時(shí)鐘信號(hào)，而從設(shè)備則響應(yīng)主設(shè)備的命令。PCF8574 作為從設(shè)備響應(yīng)主設(shè)備的讀寫請(qǐng)求。在通信過程中，數(shù)據(jù)通過 SDA 引腳傳輸，時(shí)鐘信號(hào)通過 SCL 引腳傳輸。

主設(shè)備首先發(fā)送一個(gè) 7 位的設(shè)備地址，確定要通信的從設(shè)備。設(shè)備地址后面通常會(huì)跟隨一個(gè)讀寫控制位，指示數(shù)據(jù)是讀取還是寫入。當(dāng) PCF8574 收到讀寫命令后，它將根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的操作。

2. I/O 控制

PCF8574 的 8 個(gè) I/O 引腳（P0 到 P7）可以作為輸入或輸出使用。當(dāng)某個(gè)引腳配置為輸出時(shí)，主設(shè)備可以通過 I2C 總線將數(shù)據(jù)寫入該引腳；當(dāng)引腳配置為輸入時(shí)，主設(shè)備可以讀取該引腳的電平狀態(tài)。

這些 I/O 引腳的狀態(tài)可以通過 8 位數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行控制。當(dāng)主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PCF8574 將該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其內(nèi)部寄存器中，并更新相應(yīng)的 I/O 引腳狀態(tài)。同樣，主設(shè)備也可以讀取寄存器中的數(shù)據(jù)，以獲取 I/O 引腳的電平信息。

3. 地址選擇

PCF8574 芯片的地址由 A0、A1 和 A2 引腳確定。用戶可以通過連接不同的電平（高電平或低電平）來選擇設(shè)備的地址。設(shè)備地址是 7 位的，通過這 3 個(gè)地址引腳的不同組合，可以選擇 8 種不同的地址。

PCF8574 的應(yīng)用場(chǎng)景

PCF8574 作為 I2C 接口的 I/O 擴(kuò)展器，廣泛應(yīng)用于各種需要擴(kuò)展輸入輸出端口的嵌入式系統(tǒng)中。以下是一些典型的應(yīng)用場(chǎng)景：

1. 按鍵矩陣

在一些嵌入式設(shè)備中，用戶需要通過按鍵與設(shè)備進(jìn)行交互。通過使用 PCF8574 擴(kuò)展 I/O 引腳，可以輕松實(shí)現(xiàn)多行多列的按鍵矩陣。每個(gè)按鍵的狀態(tài)可以通過 I2C 總線讀取，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的命令進(jìn)行處理。

2. LED 控制

PCF8574 可以用來控制多個(gè) LED 燈的開關(guān)狀態(tài)。通過 I2C 總線，主控制器可以發(fā)送控制信號(hào)，控制每個(gè) LED 的亮滅狀態(tài)。這種應(yīng)用在顯示屏、指示燈等場(chǎng)合非常常見。

3. 傳感器接口

在許多嵌入式系統(tǒng)中，傳感器需要與微控制器進(jìn)行通信。通過 PCF8574 擴(kuò)展 I/O 引腳，可以連接更多的傳感器，實(shí)現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)采集功能。由于 I2C 總線的優(yōu)點(diǎn)，多個(gè)傳感器可以共享同一條數(shù)據(jù)線，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4. 擴(kuò)展串口

PCF8574 還可以用來擴(kuò)展系統(tǒng)中的串口。例如，在一些需要多個(gè)串口進(jìn)行通信的設(shè)備中，PCF8574 可用于增加額外的串口控制引腳，使得多個(gè)設(shè)備能夠并行工作。

總結(jié)

PCF8574 是一款功能強(qiáng)大的 I2C 接口 I/O 擴(kuò)展芯片，其設(shè)計(jì)靈活、接口簡(jiǎn)單，可以用于擴(kuò)展微控制器的 I/O 引腳，滿足各種應(yīng)用需求。通過其 8 個(gè)可配置的 I/O 引腳，結(jié)合 I2C 總線技術(shù)，用戶可以輕松實(shí)現(xiàn)多種外部設(shè)備的控制與監(jiān)測(cè)，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)、傳感器、顯示模塊等場(chǎng)合。在實(shí)際應(yīng)用中，通過合理選擇 I2C 地址和配置引腳，用戶可以方便地實(shí)現(xiàn)多芯片連接與管理，提升系統(tǒng)的靈活性與可擴(kuò)展性。