PCF8574T 是 NXP（原飞利浦）公司推出的一款 8 位 I/O 扩展器，它采用 I2C 总线通信协议，通过 I2C 接口控制外部设备。此芯片广泛应用于嵌入式系统中，尤其适用于 I/O 扩展、键盘扫描、传感器接口等应用。其主要特性包括支持多设备地址配置、低功耗工作模式等，下面我将详细介绍其工作原理、功能特点、应用场景以及相关的技术参数。

一、PCF8574T 芯片概述

PCF8574T 是一种 I2C 总线扩展器芯片，主要功能是为微控制器提供更多的输入输出端口。由于许多微控制器的 I/O 口数量有限，PCF8574T 可以通过 I2C 总线将多个 I/O 扩展到外部设备上，解决了 I/O 端口不足的问题。该芯片的接口简单、稳定，且具有低功耗、高可靠性等优点。

PCF8574T 采用了 8 位双向 I/O 端口，通过 I2C 总线与主控芯片进行通信。每个 I/O 端口既可以作为输入端口，也可以作为输出端口，并且在工作时能够自动识别方向。这使得它非常适合于需要频繁切换输入输出模式的应用场景。

二、PCF8574T 芯片的主要特性

1. I2C 总线通信协议支持
   PCF8574T 芯片支持标准的 I2C 通信协议，可以通过主设备（如 MCU）发送数据或命令来控制 I/O 端口。I2C 总线协议使得芯片可以使用少量的引脚与主控制器进行连接，减少了布线复杂度。

2. 8 位 I/O 扩展
   芯片提供了 8 个双向可编程 I/O 端口，这些端口可以根据需要配置为输入或输出。每个端口的工作状态都可以通过 I2C 总线进行控制，适用于多种不同的外部设备。

3. 低功耗
   PCF8574T 的工作电流较低，通常在工作时约为 1 mA，待机模式下电流则更低，通常为 10 µA。低功耗设计使得它适用于电池供电的嵌入式系统。

4. 多设备支持
   PCF8574T 允许通过 I2C 地址选择器来连接多个扩展器，实现 I/O 端口的扩展。通过设置不同的设备地址，可以连接多达 8 个 PCF8574T 芯片，每个芯片可以提供 8 个 I/O 端口，因此最多可以扩展 64 个 I/O 端口。

5. 自动方向识别
   PCF8574T 的 I/O 端口可以根据数据的传输方向自动识别输入或输出状态。输出端口的数据可以被发送到外部设备，而输入端口的信号则可以通过 I2C 总线读取到主设备。

三、PCF8574T 芯片的工作原理

PCF8574T 的工作原理基于 I2C 总线协议。I2C 总线是一种串行通信协议，允许通过两根线（SDA 和 SCL）进行数据传输。其中 SDA 用于数据传输，SCL 用于时钟信号的传递。

当主设备（如 MCU）需要访问 PCF8574T 时，首先通过 I2C 总线向该芯片发送地址信息。芯片的地址可以通过 A0、A1 和 A2 引脚进行配置，支持多达 8 个不同地址的设备。当地址匹配时，芯片便响应主设备的命令。主设备可以通过发送数据来控制 PCF8574T 的输入输出端口。

1. 写操作
   主设备可以通过 I2C 总线向 PCF8574T 发送写操作命令，将数据写入芯片的输出端口。当数据发送到输出端口时，PCF8574T 会将这些数据传输到对应的外部设备。

2. 读操作
   当主设备需要读取输入端口的数据时，首先会发送一个读命令，然后通过 I2C 总线获取来自 PCF8574T 的输入端口状态。这些输入数据可以来自传感器、开关等外部设备。

四、PCF8574T 的引脚定义

PCF8574T 的封装通常为 16 引脚，具体引脚定义如下：

1. VSS：电源地。

2. VDD：电源电压（通常为 2.5V 到 6V）。

3. SCL：I2C 时钟信号输入。

4. SDA：I2C 数据线输入/输出。

5. A0、A1、A2：用于配置 I2C 地址的地址选择引脚。

6. P0 到 P7：8 个双向 I/O 端口。

7. INT：中断输出引脚（可选功能，用于输入端口状态改变时通知主设备）。

五、PCF8574T 的应用场景

PCF8574T 因其广泛的适用性和灵活的配置方式，适用于许多领域。以下是其典型的应用场景：

1. 键盘扫描
   在嵌入式系统中，PCF8574T 经常用于键盘扫描。通过将多个行列接入到 PCF8574T 的 I/O 端口，可以通过 I2C 总线读取键盘输入，避免了直接连接多个 I/O 端口的问题。

2. 传感器接口
   在一些低功耗应用中，PCF8574T 可以用来扩展传感器接口。例如，可以将多个传感器的输入信号连接到 PCF8574T 的输入端口，并通过 I2C 总线读取数据。

3. LED 控制
   PCF8574T 可用于控制外部 LED 显示模块，通过 I2C 总线控制 LED 的亮灭，实现显示功能。由于其输出端口的特性，可以直接驱动 LED，或者通过外部电路驱动大功率 LED。

4. 扩展 GPIO
   在一些对 GPIO 数量要求较高的嵌入式系统中，PCF8574T 可用作通用的 I/O 扩展器。例如，在一个系统中需要控制多个外部设备时，可以通过多个 PCF8574T 芯片来扩展 I/O 端口，而无需增加 MCU 的 I/O 引脚。

5. 智能家居应用
   在智能家居系统中，PCF8574T 可用于连接各种传感器、开关、灯具等设备。例如，可以通过 PCF8574T 实现家居自动化中的设备控制和传感器数据读取，方便实现远程监控和控制。

六、PCF8574T 的优点与限制

优点：

1. 节省 I/O 端口
   通过 I2C 总线协议，PCF8574T 可以极大地节省 MCU 的 I/O 端口，使得系统设计更加紧凑。

2. 低功耗
   芯片的工作电流低，适合用于电池供电的应用场景。

3. 扩展性强
   支持多设备连接，能够扩展更多的 I/O 端口，适用于大规模的 I/O 设备控制。

限制：

1. I2C 总线带宽限制
   由于 I2C 总线的带宽相对较低，在高频率的数据传输时可能会遇到瓶颈。

2. 响应速度较慢
   I2C 总线的通信速度受限于总线频率，因此在需要高速响应的应用中，PCF8574T 的表现可能不如并行通信接口。

七、结语

PCF8574T 作为一款功能强大的 I/O 扩展器，其应用非常广泛。它通过 I2C 总线实现了对 I/O 端口的有效扩展，为各种嵌入式系统提供了极大的便利。其低功耗、高稳定性和灵活的 I/O 配置使得它在众多领域中都有着不可替代的作用。在未来的嵌入式设计中，PCF8574T 仍将是许多应用中的重要组成部分。