物聯(lián)網(wǎng)中常見(jiàn)的I/O擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)方案_IIC I/O擴(kuò)展芯片

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用IIC I/O擴(kuò)展芯片

在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用IIC（也稱為I2C）I/O擴(kuò)展芯片的原因主要可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1、擴(kuò)大I/O端口數(shù)量

硬件資源限制：許多微控制器（MCU）自帶的I/O端口數(shù)量有限，但物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目往往需要連接大量的傳感器、執(zhí)行器和其他外設(shè)。I2C I/O擴(kuò)展芯片能夠通過(guò)I2C接口提供額外的I/O端口，從而滿足項(xiàng)目需求。

靈活性：通過(guò)擴(kuò)展芯片，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)項(xiàng)目需求靈活增加或減少外設(shè)連接，而無(wú)需更換主控制器。

2、簡(jiǎn)化布線和連接

減少引腳需求：I2C總線僅需要兩根線（SCL時(shí)鐘線和SDA數(shù)據(jù)線）即可實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備之間的通信，這大大減少了系統(tǒng)布線的復(fù)雜性和成本。

便于管理：通過(guò)I2C總線連接的設(shè)備可以使用統(tǒng)一的通信協(xié)議進(jìn)行通信，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的維護(hù)和管理工作。

3、提高系統(tǒng)性能

高效通信：I2C協(xié)議具有高效的通信機(jī)制，能夠支持高速數(shù)據(jù)傳輸，提高系統(tǒng)的整體性能。

時(shí)鐘控制：I2C I/O擴(kuò)展芯片可以控制外部設(shè)備的時(shí)鐘，有助于優(yōu)化系統(tǒng)的時(shí)序控制，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4、降低成本和功耗

減少元件數(shù)量：使用I2C I/O擴(kuò)展芯片可以減少系統(tǒng)中其他類型擴(kuò)展元件的使用，從而降低整體成本。

低功耗：I2C總線支持低功耗模式，有助于降低系統(tǒng)的整體功耗，延長(zhǎng)電池壽命（在便攜式或無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中尤為重要）。

5、廣泛應(yīng)用場(chǎng)景

傳感器網(wǎng)絡(luò)：在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，傳感器是不可或缺的組成部分。I2C I/O擴(kuò)展芯片可以方便地連接各種類型的傳感器（如溫度、濕度、加速度計(jì)等），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。

工業(yè)自動(dòng)化：在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，PLC等控制系統(tǒng)需要與大量外設(shè)進(jìn)行通信。I2C I/O擴(kuò)展芯片能夠滿足這一需求，提高工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的集成度和可靠性。

智能家居：智能家居系統(tǒng)需要連接和控制各種智能家電和設(shè)備。I2C I/O擴(kuò)展芯片可以擴(kuò)展智能家居系統(tǒng)的控制能力，實(shí)現(xiàn)更多樣化的功能。

工業(yè)自動(dòng)化和控制：在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，經(jīng)常需要連接和控制大量的傳感器、執(zhí)行器和其他設(shè)備。IIC IO擴(kuò)展芯片可以提供更多的IO端口，以便與這些設(shè)備進(jìn)行通信和控制。例如，它們可以用于讀取傳感器的數(shù)據(jù)、控制執(zhí)行器的動(dòng)作或與其他工業(yè)設(shè)備進(jìn)行交互。

消費(fèi)電子產(chǎn)品：在消費(fèi)電子產(chǎn)品中，如智能家居設(shè)備、智能音箱、智能手環(huán)等，IIC IO擴(kuò)展芯片也發(fā)揮著重要作用。它們可以用于擴(kuò)展設(shè)備的IO接口，以便連接更多的外部設(shè)備或傳感器。例如，智能音箱可以通過(guò)IIC IO擴(kuò)展芯片連接更多的麥克風(fēng)或揚(yáng)聲器，提高音頻處理的性能和質(zhì)量。

嵌入式系統(tǒng)：在嵌入式系統(tǒng)中，由于資源限制和成本考慮，微控制器的IO端口數(shù)量往往有限。IIC IO擴(kuò)展芯片可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題，為嵌入式系統(tǒng)提供額外的IO端口。這些端口可以用于連接外部設(shè)備、擴(kuò)展系統(tǒng)功能或?qū)崿F(xiàn)與其他系統(tǒng)的通信。

測(cè)試與測(cè)量設(shè)備：在測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域，IIC IO擴(kuò)展芯片可以用于連接各種測(cè)試設(shè)備和傳感器。通過(guò)擴(kuò)展IO端口，測(cè)試設(shè)備可以獲取更多的數(shù)據(jù)輸入，提高測(cè)試的準(zhǔn)確性和效率。同時(shí)，IIC IO擴(kuò)展芯片還可以用于控制測(cè)試過(guò)程中的各種設(shè)備和參數(shù)。

醫(yī)療設(shè)備：在醫(yī)療設(shè)備中，IIC IO擴(kuò)展芯片可以用于連接各種醫(yī)療傳感器和執(zhí)行器。例如，在監(jiān)護(hù)儀中，IIC IO擴(kuò)展芯片可以連接多個(gè)生命體征傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者的血壓、心率等生理參數(shù)。在醫(yī)療機(jī)器人中，IIC IO擴(kuò)展芯片可以控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和操作。

綜上所述，IIC（I2C）I/O擴(kuò)展芯片在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中扮演著重要角色，它們通過(guò)提供額外的I/O端口、簡(jiǎn)化布線和連接、提高系統(tǒng)性能、降低成本和功耗以及支持廣泛應(yīng)用場(chǎng)景等方式，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了諸多便利和優(yōu)勢(shì)。

IIC I/O擴(kuò)展芯片定義

IIc接口IO擴(kuò)展芯片是一種可以為電子設(shè)備添加輸入輸出功能的集成電路，它可以有效提高設(shè)備的性能。

IIC 原理

I2C通信協(xié)議：I2C是一種串行通信協(xié)議，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。它只需要兩根線（SDA數(shù)據(jù)線和SCL時(shí)鐘線）即可實(shí)現(xiàn)全雙工通信，同時(shí)還可以連接多個(gè)設(shè)備到同一總線上。

設(shè)備尋址：每個(gè)I2C設(shè)備都有一個(gè)唯一的地址，主控制器通過(guò)發(fā)送設(shè)備的地址來(lái)選中并與之通信。I2C擴(kuò)展IO芯片也具備一個(gè)或多個(gè)可設(shè)置的地址，以便主控制器能夠識(shí)別并與之通信。

數(shù)據(jù)傳輸：在選中特定的I2C設(shè)備后，主控制器可以通過(guò)I2C總線發(fā)送數(shù)據(jù)到該設(shè)備，或者從該設(shè)備讀取數(shù)據(jù)。對(duì)于I2C擴(kuò)展IO芯片，主控制器可以發(fā)送命令來(lái)設(shè)置或讀取IO端口的電平狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的控制或監(jiān)測(cè)。

中斷機(jī)制：許多I2C擴(kuò)展IO芯片還具備中斷功能。當(dāng)IO端口的電平狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，芯片可以產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，通知主控制器進(jìn)行相應(yīng)的處理。這樣，主控制器可以更加高效地響應(yīng)外部事件，而無(wú)需持續(xù)輪詢IO端口的狀態(tài)。

內(nèi)部寄存器：I2C擴(kuò)展IO芯片內(nèi)部通常包含多個(gè)寄存器，用于存儲(chǔ)IO端口的配置信息、數(shù)據(jù)等。主控制器可以通過(guò)I2C總線訪問(wèn)這些寄存器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)IO端口的控制和管理。

IIC I/O擴(kuò)展芯片的參數(shù)選型

電源電壓：確保你的系統(tǒng)電源電壓與IO擴(kuò)展芯片的電源電壓兼容。常見(jiàn)的電源電壓范圍包括1.8V、3.3V、5V等。

IO口數(shù)量：根據(jù)你的應(yīng)用需求確定所需的IO口數(shù)量。有些IO擴(kuò)展芯片提供8個(gè)、16個(gè)或更多的IO口。

IO口類型：考慮你需要的IO口類型，如準(zhǔn)雙向口、開(kāi)漏輸出等。準(zhǔn)雙向口既可以作為輸入也可以作為輸出，而開(kāi)漏輸出則可以用于驅(qū)動(dòng)LED等外部設(shè)備。

通信接口：確保IO擴(kuò)展芯片支持你的主控制器所使用的通信接口，如I2C、SPI等。I2C接口通常使用兩根線（SDA和SCL）進(jìn)行通信，具有簡(jiǎn)單易用、支持多設(shè)備連接等優(yōu)點(diǎn)。

中斷功能：如果你的應(yīng)用需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外部設(shè)備狀態(tài)的變化，那么選擇具有中斷功能的IO擴(kuò)展芯片將非常有用。當(dāng)中斷引腳被觸發(fā)時(shí)，主控制器可以立即響應(yīng)并處理相應(yīng)的事件。

封裝和尺寸：根據(jù)你的應(yīng)用需求和電路板空間限制選擇合適的封裝和尺寸。常見(jiàn)的封裝類型包括TSSOP、QFN、SSOP等，尺寸范圍也有所不同。

工作溫度和功耗：考慮你的應(yīng)用所在的環(huán)境溫度和功耗要求。選擇具有適當(dāng)工作溫度和低功耗的IO擴(kuò)展芯片將有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

其他特性：根據(jù)你的應(yīng)用需求，還可以考慮其他特性，如驅(qū)動(dòng)能力（最大輸出電流）、輸入/輸出電平范圍、可編程性（是否支持通過(guò)編程來(lái)配置IO口）等。

IIC I/O擴(kuò)展芯片的廠商

NXP Semiconductors（恩智浦半導(dǎo)體）：NXP是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司之一，提供廣泛的IIC IO擴(kuò)展芯片產(chǎn)品。其產(chǎn)品線包括PCF8574、PCA9555等，這些芯片具有高性能、低功耗和易用性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

Microchip Technology（微芯科技）：Microchip是一家專注于嵌入式控制和混合信號(hào)半導(dǎo)體解決方案的供應(yīng)商。其IIC IO擴(kuò)展芯片產(chǎn)品包括MCP23017、MCP23S17等，這些芯片具有高集成度、高可靠性和低功耗等特點(diǎn)，適用于工業(yè)自動(dòng)化、消費(fèi)電子和汽車電子等領(lǐng)域。

Texas Instruments（德州儀器）：德州儀器是一家全球性的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造公司，其IIC IO擴(kuò)展芯片產(chǎn)品包括TPS2113、TPS2296等。這些芯片具有高性能、高精度和低功耗等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電源管理、電機(jī)控制和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。

STMicroelectronics（意法半導(dǎo)體）：意法半導(dǎo)體是一家全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，提供廣泛的IIC IO擴(kuò)展芯片產(chǎn)品。其產(chǎn)品線包括VLSI Solution的82C55A等，這些芯片具有高速、高可靠性和低功耗等特點(diǎn)，適用于各種嵌入式系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用。

此外，還有其他一些廠商也提供IIC IO擴(kuò)展芯片產(chǎn)品，如Maxim Integrated、Renesas Electronics等。在選擇IIC IO擴(kuò)展芯片時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和性能要求來(lái)選擇合適的廠商和產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)也有一些知名的IIC（實(shí)際上是I2C，即Inter-Integrated Circuit）IO擴(kuò)展芯片廠商，以下是一些例子：

中微愛(ài)芯：作為中國(guó)領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司之一，中微愛(ài)芯專注于消費(fèi)電子芯片和小家電芯片的研發(fā)。他們的產(chǎn)品可能包括IIC IO擴(kuò)展芯片，但具體型號(hào)和規(guī)格可能需要查詢其官方渠道。

紫光展銳：紫光展銳是中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)和解決方案供應(yīng)商，他們?cè)谝苿?dòng)通信、數(shù)字多媒體等領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。雖然他們主要以手機(jī)芯片聞名，但他們的產(chǎn)品線可能也涵蓋IIC IO擴(kuò)展芯片。

華大半導(dǎo)體：華大半導(dǎo)體是中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司（CEC）旗下的核心企業(yè)，是中國(guó)“909”工程集成電路項(xiàng)目的重點(diǎn)承擔(dān)單位。他們提供多種類型的半導(dǎo)體產(chǎn)品，包括可能包含IIC IO擴(kuò)展芯片的產(chǎn)品。

供應(yīng)商A：信路達(dá)

http://www.xinluda.com/chanpinzhongxin/index.html

1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊(cè)

（2）主推型號(hào)1：XL9535

對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品詳情介紹

該IC（XL9535）是一款24引腳CMOS器件，通過(guò)I2C總線/SMBus接口[串行時(shí)鐘線（SCL）、串行數(shù)據(jù)線（SDA）]為大多數(shù)微控制器系列提供16位通用并行輸入/輸出（GPIO）擴(kuò)展。這些設(shè)備設(shè)計(jì)用于2.3-V至5.5-V VCC操作。這些改進(jìn)包括更高的驅(qū)動(dòng)能力、5V I/O容差、更低的電源電流、單獨(dú)的I/O配置和更小的封裝。當(dāng)ACPI電源開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、LED、風(fēng)扇等需要額外的I/O時(shí)，I/O擴(kuò)展器提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案。當(dāng)任何輸入狀態(tài)與其對(duì)應(yīng)的輸入端口寄存器狀態(tài)不同時(shí)，這些設(shè)備開(kāi)漏中斷（/INT）輸出被激活，并用于向系統(tǒng)主機(jī)指示輸入狀態(tài)已改變。在超時(shí)或其他不當(dāng)操作的情況下，系統(tǒng)主設(shè)備可以利用上電重置功能重置這些設(shè)備。通電重置將寄存器設(shè)置為默認(rèn)值，并初始化I2C/SMBus狀態(tài)機(jī)。三個(gè)硬件引腳（A0、A1和A2）改變固定的I2C總線地址，并允許多達(dá)八個(gè)設(shè)備共享同一I2C總線/SMBus。

功能特點(diǎn)：

I2C總線至16位GPIO擴(kuò)展器

工作電源電壓范圍為2.3 V至5.5 V

低待機(jī)電流消耗

5 V容錯(cuò)I/O端口

400 kHz快速模式I2C總線時(shí)鐘頻率

SCL/SDA輸入上的噪聲濾波器

內(nèi)部通電復(fù)位

通電時(shí)無(wú)故障

極性反轉(zhuǎn)寄存器

開(kāi)漏有源低中斷輸出

16個(gè)I/O引腳，默認(rèn)為16個(gè)輸入

硬件參考設(shè)計(jì)

與Bloom區(qū)的關(guān)系

2.03 I2C AM-HD-I-I2C-08-003

核心料（哪些項(xiàng)目在用）

奇跡物聯(lián)全網(wǎng)通信號(hào)測(cè)試儀項(xiàng)目IO擴(kuò)展

2、支撐

（1）技術(shù)產(chǎn)品

技術(shù)資料

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審核編輯 黃宇