用I2C總線擴(kuò)展I/O

　　在系統(tǒng)應(yīng)用中，需監(jiān)控不同的輸入信號(hào)或控制幾個(gè)輸出信號(hào)，有時(shí)把這些信號(hào)線直接連接到微處理器引腳。這些監(jiān)控和控制用軟件來(lái)做。然而，這種技術(shù)需要很多微處理器引腳。

　　為了節(jié)省微處理器引腳，另一種可采用的方法是通過(guò)膠合邏輯接口實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和控制線與微處理器的通信。采用這種方法，連接到微處理器引腳的連線較少。而開(kāi)發(fā)這樣的系統(tǒng)比較麻煩和費(fèi)時(shí)，因?yàn)樾枰嗟钠骷?、更多的連線路由或更復(fù)雜的碼開(kāi)發(fā)。

　　本文給出監(jiān)控和控制幾個(gè)外設(shè)信號(hào)的良好方案，為接入并行總線提供一簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法，為接口不同的電子器件提供方便的途徑。此方案是基于標(biāo)準(zhǔn)PCF8574和PCF8574A器件基礎(chǔ)上的。這些器件的I2C地址是不同的。在此把這兩種器件當(dāng)做擴(kuò)展器。

　　這種擴(kuò)展器具有1個(gè)2線I2C通信總線，可與雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/I2C">I2C主機(jī)接口。I2C總線由2條信號(hào)線和1條地線組成。信號(hào)線是雙向串行數(shù)據(jù)(SDA)線和雙向串行時(shí)鐘(SCL)線(見(jiàn)圖1)。SDA和SCL線經(jīng)上拉電阻連接正電源電壓。在總線閑置時(shí)，這兩條信號(hào)線上拉為高態(tài)。

圖1  I2C總線器件通過(guò)雙向SDA和SCL線連接到I2C總線上

　　連接到I2C總線上的每個(gè)器件，根據(jù)其功能都具有自己的專門(mén)地址，每個(gè)器件可做為接收器或發(fā)送器?？膳渲脭U(kuò)展器具有專門(mén)的7位地址。PCF8574  7位地址的前4位是0100，而PCF8574A是0111。低3位地址由器件引腳A2、A1、A0設(shè)置。因此，器件的完整的專門(mén)地址由A2、A1和A0設(shè)置。表1示出PCF8574和PCF8574A專門(mén)地址的各種可能設(shè)置。

　　這種為器件設(shè)置專門(mén)地址的能力使得在同一I2C總線上可具有多達(dá)8個(gè)PCF8574和8個(gè)PCF8574A器件。因?yàn)槊總€(gè)器件具有8個(gè)I/O引腳，所以采用PCF8574和PCF8574A可使單個(gè)I2C總線能控制多達(dá)128個(gè)I/O。

　　I2C與擴(kuò)展器的通信由主機(jī)進(jìn)行初始化，主機(jī)發(fā)送與主機(jī)通信的從器件的地址位。地址字節(jié)的第1部分由4位地址碼組成，對(duì)于PCF8574器件設(shè)置為0100、PCF8574A器件設(shè)置為0111。片選位(A2、A1、A0)跟在地址碼之后。這使得在1個(gè)總線上能用多達(dá)8個(gè)PCF8574和8個(gè)PCF8574A并能確定存取那個(gè)器件。對(duì)于所響應(yīng)的器件，其地址字節(jié)中的片選位必須對(duì)應(yīng)相應(yīng)A2、A1和A0引腳上的邏輯電平。圖2所示的電路用8個(gè)PCF8574和8個(gè)PCF8574A器件控制和監(jiān)視高達(dá)128個(gè)I/O。

圖2  用PCF8574和PCF8574A實(shí)現(xiàn)I/O擴(kuò)展的電路