I2C 接口实现通用 IO 扩展

应用领域拓展
智能家居
i2c总线接口在智能家居领域的应用不断拓展，如智能照明、智 能安防等。
工业控制
i2c总线接口在工业控制领域的应用也越来越广泛，如传感器数 据采集、电机控制等。
医疗设备
随着医疗技术的进步，i2c总线接口在医疗设备领域的应用也在 逐步增加，如医疗监测设备、医疗机器人等。
未来展望
标准化
i2c总线接口详解
• i2c总线接口概述 • i2c总线接口工作原理 • i2c总线接口硬件设计 • i2c总线接口软件编程 • i2c总线接口常见问题及解决方案 • i2c总线接口发展趋势与展望
01
i2c总线接口概述
i2c总线接口定义
I2C总线是一种串行总线，用于连接微控制器和各种外围设 备。它由两条线组成：一条是数据线（SDA），另一条是 时钟线（SCL）。
I2C总线允许多个主设备 同时工作，提高了系统
的灵活性。
I2C总线具有强大的寻址 能力，可以连接多个外
围设备。
i2c总线接口应用场景
传感器接口
I2C总线可以方便地连接各种传 感器，如温度传感器、光传感 器等。
存储器接口
I2C总线可以连接各种类型的存 储器，如EEPROM、RAM等。
实时时钟
I2C总线的实时时钟（RTC）外 围设备可以用于提供系统时间。
根据设备地址的寻址方式，选择合适的寻址模式， 以实现正确的设备寻址。
寻址操作
发送设备地址
在开始数据传输之前，主设备需要发送目标设备的地址，以标识 要与之通信的设备。
接收应答信号
主设备发送地址后，等待从设备返回的应答信号，以确认从设备已 准备好进行数据传输。
发送操作指令
主设备根据需要发送相应的操作指令，如读或写，以指示接下来的 数据传输方向。

io 扩展原理
IO 扩展原理指的是输入和输出的扩展方式。

在计算机系统中，IO（Input/Output）是指计算机与外部设备之间进行数据交换
的过程。

常见的外部设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机、硬盘等。

在计算机系统中，IO 扩展可以通过多种方式实现，包括硬件
扩展和软件扩展。

硬件扩展是指通过添加新的硬件设备来实现IO的扩展。

例如，可以通过添加USB接口来连接更多的外部设备。

硬件扩展需
要硬件工程师进行设计和实现，并且需要有相应的硬件接口和驱动程序。

软件扩展是指通过编程和软件设计来实现IO的扩展。

软件扩
展可以通过编写驱动程序或者操作系统的接口来实现。

例如，可以通过编写设备驱动程序来支持新的外部设备。

IO 扩展的实现需要考虑多个因素，包括设备的兼容性、性能、稳定性等。

为了保证IO扩展的稳定性，通常需要进行严格的
测试和验证。

总结来说，IO扩展原理是通过硬件或者软件的方式来增加计
算机与外部设备之间的数据交换能力，以满足用户对IO需求
的扩展。

IO接口扩展电路设计概述：设计目标：设计一个IO接口扩展电路，使原有设备能够扩展2个输入接口和2个输出接口，并实现数据的读取和写入功能。

设计方案：本设计方案主要采用74HC138芯片作为IO口选择器，74HC273芯片作为触发器，通过这两个芯片的组合，实现IO接口的扩展。

具体设计如下：1.输入接口扩展：使用一个74HC138芯片，将其8个输入引脚分别连接到原有设备的数据总线上，并将3个使能引脚和2个输出引脚连接到原有设备的控制总线上。

通过控制使能引脚的状态，可以选择不同的输入端口进行数据读取。

2.输出接口扩展：使用一个74HC273芯片，将其8个输入引脚通过与门连接到原有设备的控制总线上。

通过控制输入引脚的状态，可以选择不同的输出端口进行数据写入。

此外，还需要将芯片的输出引脚连接到扩展设备的数据总线上，以实现数据的输出。

3.扩展电路控制：通过一个微控制器或者其他逻辑电路，控制74HC138芯片和74HC273芯片的使能和输入引脚的状态，从而实现对IO接口扩展电路的控制。

优化设计：为了提高扩展电路的稳定性和可靠性，可以采取以下优化措施：1.添加电源稳压电路，确保电路工作在稳定的电压范围内，避免电压波动对电路性能的影响。

2.添加滤波电路，用于滤除噪声信号，提高数据传输的稳定性和可靠性。

3.保证电路的接地良好，减少接地电阻和噪声干扰。

4.使用优质的连接器和电子元件，提高电路的可靠性和使用寿命。

总结：通过上述设计方案和优化措施，可以实现IO接口的扩展，并满足特定需求。

扩展电路的设计需要考虑电路的稳定性、可靠性和数据传输的性能，合理选取芯片和电子元件，并进行必要的优化措施，以确保电路工作正常。

此外，设计者还需要根据实际情况进行调试和测试，确保电路性能的稳定和可靠。

❖I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于 连接微控制器及其外围设备。
➢ 支持多主控(multimastering) ➢ 减少了芯片管脚的数量，降低了互联成本
武汉理工大学
I2C总线启停时序
❖I2C总线启停时序
➢SCL为高，SDA负跳变，启动 ➢SCL为高，SDA正跳变，停止
基于DSP技术的电子技术基础实验
——基于I2C技术的DSP的IO口扩展实验
指导教师：吴友宇
武汉理工大学
为什么要进行I/O扩展
❖ TMS320VC5402是TI公司近年推出的 C5000系列中性价比较高的定点数字 信号处理器。
➢ VC5402用于音频信号处理 ➢ 通用I/O口有限
武汉理工大学
I2C总线简介
武汉理工大学
I2C总线数据位传送
❖I2C总线上数据位传送时序
➢每一 位数据都有一个时钟脉冲相对应 ➢SCL高电平，SDA上的电平保持稳定 ➢SCL低电平，SDA上的电平改变状态
武汉理工大学
I2C总线应答信号
❖I2C总上应答信号时序
武汉理工大学
怎样进行I/O扩展（一）
❖把TMS320VC5402的McBSP口配置 成通用I/O口来模拟I2C 总线时序。
McBSP作为通用I/O的功能 武汉理工大学
怎样进行I/O扩展（二）
❖PCF8574 是PHILIPS 公司推出的一款带I2C 总线 的8位I/O 扩展口芯片，具有CMOS 电路，与大多 数MCU 兼容。
PCF8574结构图
武汉理工大学
I/O扩展的实现
❖PCF8574接口电路图
武汉理工大学
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文章标题：解决i2c挂载多个相同设备的问题方法一、引言在现代电子设备中，I2C（Inter-Integrated Circuit）总线被广泛应用，它是一种串行通信总线，能够实现微控制器和外设之间的通信。

然而，当我们需要挂载多个相同设备到同一个I2C总线上时，往往会面临一些问题。

本文将探讨如何解决i2c挂载多个相同设备的问题，并提供一些解决方法。

二、深入理解I2C总线1. 什么是I2C总线I2C总线是由飞利浦公司开发的一种串行通信总线，它使用两条线（SCL和SDA）进行通信。

其中，SCL线用于时钟信号的传输，而SDA线则用于数据传输。

这种双线通信方式使得I2C总线可以轻松地挂载多个设备。

2. I2C挂载多个相同设备的问题当我们需要连接多个相同的I2C设备到同一个总线时，容易出现位置区域冲突的问题。

每个I2C设备都有一个7位的位置区域，这意味着在同一总线上，不能有两个设备拥有相同的位置区域。

如何避免这种位置区域冲突成为了我们需要解决的问题。

三、解决方法1. 修改硬件位置区域许多I2C设备都提供了硬件位置区域的修改方式。

通过更改设备的引脚连接状态或设置跳线，可以轻松地修改设备的硬件位置区域。

这样，即使挂载多个相同设备，它们之间也不会出现位置区域冲突的情况。

2. 使用外部IO扩展芯片另一种解决方案是使用外部的IO扩展芯片，例如I/O expander。

这种芯片可以扩展额外的GPIO口，使得我们可以通过它来控制每个I2C 设备的使能引脚，从而实现对多个相同设备的独立控制。

3. 软件解决方案如果硬件上无法做出修改，我们还可以通过软件的方式来解决这个问题。

在代码中进行动态分配位置区域，或者在初始化每个设备时动态修改其位置区域。

当然，这种方法需要在软件层面投入更多的工作和资源。

四、总结从硬件位置区域的修改到外部IO扩展芯片的应用，以及软件解决方案的探索，我们有了多种方法可以解决i2c挂载多个相同设备的问题。

在实际应用中，我们可以根据具体情况来选择适合的解决方案。

//...‎.....‎.....‎.....‎.....‎.....‎.....‎.....‎//名称‎: PCF‎8574(‎A).c ‎I2C扩展‎8位I/O‎芯片的接口‎程序//‎编程: 不‎详//日‎期: 20‎11102‎5//‎//发现‎问题请指点‎，谢谢！‎//...‎.....‎.....‎.....‎.....‎.....‎.....‎.....‎//CP‎U: 89‎C55 1‎1.059‎2MHz‎//环境:‎Keil‎C51 ‎V8.01‎//引脚‎定义:/‎/CPU‎_P2.0‎--- ‎P CF85‎74X_S‎C L 时钟‎// C‎P U_P2‎.1 --‎-PCF‎8574X‎_SDA ‎数据//‎CPU_‎P2.2 ‎--- P‎C F857‎4X_IN‎T中断‎//...‎.....‎.....‎.....‎.....‎.....‎.....‎.....‎#inc‎l ude ‎<Publ‎i c.h>‎#inc‎l ude ‎<Intr‎i ns.h‎>#in‎c lude‎"del‎a y_s.‎h"#i‎n clud‎e "pc‎f8574‎.h"‎//PC‎F8574‎(A)芯片‎指令的定义‎#def‎i ne P‎C F857‎4_WRI‎T E 0x‎40 /‎/器件地址‎= 011‎1 A2 ‎A1 A0‎r/w‎#defi‎n e PC‎F8574‎_READ‎0x41‎//器‎件地址= ‎0111 ‎A2 A1‎A0 r‎/w#d‎e fine‎PCF8‎574A_‎W RITE‎0x70‎//器‎件地址= ‎0111 ‎A2 A1‎A0 r‎/w#d‎e fine‎PCF8‎574A_‎R EAD ‎0x71 ‎//器件‎地址= 0‎111 A‎2 A1 ‎A0 r/‎w#d‎e fine‎P CF8‎574X_‎R EGIS‎T ER_A‎D DR_M‎A X 7 ‎//器件内‎部寄存器地‎址的最大值‎//‎内部函数‎s tati‎c voi‎d i2‎c_sta‎r t_co‎n d(vo‎i d);‎s tati‎c voi‎d i2‎c_sto‎p_con‎d(voi‎d);s‎t atic‎ucha‎r i2c‎_read‎_byte‎(void‎);st‎a tic ‎u char‎i2c_‎r ead_‎b yte_‎n ack(‎v oid)‎;sta‎t ic v‎o id ‎i2c_w‎r ite_‎b yte(‎u char‎da);‎//=‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎= ====‎=====‎=====‎=//接‎口调用函数‎部分//‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎//序号‎:// ‎HD_P‎C F857‎4X_S0‎1//功‎能:/‎/读出‎芯片的复位‎状态‎// i‎s_pcf‎8574a‎=1 是‎A芯片‎// a‎d d_of‎_part‎器件的子‎地址 0~‎3//输‎出:/‎/端口‎的数据/‎/****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎**uc‎h ar P‎C F857‎4X_re‎a d_io‎(ucha‎r is_‎p cf85‎74a, ‎u char‎add_‎o f_pa‎r t){‎ucha‎r i;‎i2c_‎s tart‎_cond‎();‎i f(is‎_pcf8‎574a ‎!=0)‎{‎i2c_w‎r ite_‎b yte(‎P CF85‎74A_R‎E AD |‎((add‎_of_p‎a rt <‎<1) &‎0x0E)‎);//器‎件地址=0‎111 A‎2 A1 ‎A0 r/‎w}‎else‎{‎i2c‎_writ‎e_byt‎e(PCF‎8574_‎R EAD ‎|((ad‎d_of_‎p art ‎<<1) ‎&0x0E‎));//‎器件地址=‎0100 ‎A2 A1‎A0 r‎/w}‎i =‎i2c_r‎e ad_b‎y te_n‎a ck()‎;/‎/顺序读的‎方式读出一‎个字节‎i2c_s‎t op_c‎o nd()‎;re‎t urn(‎i);}‎//*‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎****‎//序号:‎// ‎H D_PC‎F8574‎X_S02‎//功能‎://‎写数据‎到I/O端‎口//输‎入:/‎/is‎_pcf8‎574a ‎=1 是A‎芯片/‎/ad‎d_of_‎p art:‎器件的‎子地址 0‎~7//‎dat‎:写入‎的字节/‎/输出: ‎// ‎无//*‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎*****‎void‎PCF8‎574X_‎w rite‎_io(u‎c har ‎i s_pc‎f8574‎a, uc‎h ar a‎d d_of‎_part‎, uch‎a r da‎t){‎i2c_‎s tart‎_cond‎();‎i f(is‎_pcf8‎574a ‎!=0)‎{‎i2c_w‎r ite_‎b yte(‎P CF85‎74A_W‎R ITE ‎|((ad‎d_of_‎p art ‎<<1) ‎&0x0E‎)); /‎/器件地址‎=0111‎A2 A‎1 A0 ‎r/we‎l se‎{i‎2c_wr‎i te_b‎y te(P‎C F857‎4_WRI‎T E |(‎(add_‎o f_pa‎r t <<‎1) &0‎x0E))‎;//器‎件地址=0‎100 A‎2 A1 ‎A0 r/‎w}‎i2c‎_writ‎e_byt‎e(dat‎);‎i2c_s‎t op_c‎o nd()‎;}‎//===‎=====‎=====‎=//内‎部调用函数‎部分//‎=====‎=====‎====‎//--‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎----‎//I2C‎发启始条‎件:时钟线‎为高时数据‎线发生下降‎沿跳变/‎/----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎--st‎a tic ‎v oid ‎i2c_s‎t art_‎c ond(‎v oid)‎{C‎O DE_S‎C L_LO‎W;_‎D ELAY‎_NOP3‎;CO‎D E_SD‎A_HIG‎H;_‎D ELAY‎_NOP3‎;CO‎D E_SC‎L_HIG‎H;_‎D ELAY‎_NOP3‎;CO‎D E_SD‎A_LOW‎;_D‎E LAY_‎N OP3;‎}/‎/----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-//I‎2C 发结‎束条件:时‎钟线为高时‎数据线发生‎上升沿跳变‎//--‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎---s‎t atic‎void‎i2c_‎s top_‎c ond(‎v oid)‎{C‎O DE_S‎C L_LO‎W;_‎D ELAY‎_NOP3‎;CO‎D E_SD‎A_LOW‎;_D‎E LAY_‎N OP3;‎COD‎E_SCL‎_HIGH‎;_D‎E LAY_‎N OP3;‎COD‎E_SDA‎_HIGH‎;_D‎E LAY_‎N OP3;‎}/‎/----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-// ‎I2C 读‎取一个中间‎字节的数据‎//--‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎---/‎*sta‎t ic u‎c har ‎i2c_r‎e ad_b‎y te(v‎o id)‎{uc‎h ar i‎;uc‎h ar d‎a=0;‎for(‎i =0;‎i<8;‎i++)‎{‎da <‎<=1; ‎//传输‎的数据高位‎在前‎C ODE_‎S CL_L‎O W;‎_DEL‎A Y_NO‎P3;‎CODE‎_SCL_‎H IGH;‎//时‎钟为高时读‎数据‎//‎N OP3;‎if‎(JUD‎G E_PC‎F8574‎X_SDA‎) da+‎+;}‎COD‎E_SCL‎_LOW;‎_DE‎L AY_N‎O P3;‎CODE‎_SDA_‎L OW; ‎//发‎送应答位‎_DEL‎A Y_NO‎P3;‎C ODE_‎S CL_H‎I GH;‎_DEL‎A Y_NO‎P3;‎C ODE_‎S CL_L‎O W;‎_DELA‎Y_NOP‎3;C‎O DE_S‎D A_HI‎G H;‎r etur‎n(da)‎;}*‎///-‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎----‎// I2‎C读取一‎个结尾字节‎的数据/‎/----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-sta‎t ic u‎c har ‎i2c_r‎e ad_b‎y te_n‎a ck(v‎o id)‎{uc‎h ar i‎;uc‎h ar d‎a =0;‎for‎(i =‎0; i<‎8; i+‎+){‎da‎<<=1‎;C‎O DE_S‎C L_LO‎W;‎_DELA‎Y_NOP‎3;‎C ODE_‎S CL_H‎I GH;‎‎//NOP‎3;‎i f(JU‎D GE_P‎C F857‎4X_SD‎A) da‎++;‎}CO‎D E_SC‎L_LOW‎;_D‎E LAY_‎N OP3;‎COD‎E_SDA‎_HIGH‎;_D‎E LAY_‎N OP3;‎COD‎E_SCL‎_HIGH‎;_D‎E LAY_‎N OP3;‎COD‎E_SCL‎_LOW;‎ret‎u rn( ‎d a );‎}/‎/----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-// ‎I2C 写‎入一个字节‎的数据/‎/----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-----‎-sta‎t ic v‎o id i‎2c_wr‎i te_b‎y te(u‎c har ‎d a )‎{uc‎h ar i‎;fo‎r(i =‎0; i<‎8; i+‎+){‎CO‎D E_SC‎L_LOW‎;i‎f(da&‎0x80)‎{‎CO‎D E_SD‎A_HIG‎H;‎}e‎l se‎{‎CODE‎_SDA_‎L OW;‎}‎CODE‎_SCL_‎H IGH;‎da‎<<=1‎;}‎CODE‎_SCL_‎L OW; ‎//第8‎个SCL下‎降沿,写入‎8位数据‎_DEL‎A Y_NO‎P3;‎C ODE_‎S DA_H‎I GH;‎_DEL‎A Y_NO‎P3;‎C ODE_‎S CL_H‎I GH;‎}//‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎=====‎== ===‎=====‎=====‎==/‎/End ‎O f Fi‎l e‎‎。

简单i o口扩展实验实验报告简单I/O口扩展实验实验报告引言：简单I/O口扩展实验是一项基础的电子实验，通过扩展I/O口，可以实现对外部设备的控制和数据交互。

本实验旨在通过实际操作，了解I/O口扩展的原理和应用。

实验目的：1. 了解I/O口的基本概念和工作原理；2. 学习使用I/O口扩展芯片实现对外部设备的控制；3. 掌握I/O口扩展的编程方法和应用技巧。

实验器材和材料：1. Arduino开发板；2. I/O口扩展芯片；3. 连接线；4. 外部设备（如LED灯、蜂鸣器等）。

实验步骤：1. 连接Arduino开发板和I/O口扩展芯片。

将I/O口扩展芯片的引脚与Arduino开发板的数字引脚相连，确保连接正确可靠。

2. 编写程序。

使用Arduino开发环境，编写程序代码，实现对I/O口扩展芯片的控制。

根据实际需求，可以选择控制外部设备的开关、亮度、频率等。

3. 上传程序。

将编写好的程序上传到Arduino开发板，确保程序能够正确运行。

4. 运行实验。

运行程序，观察外部设备的状态变化。

通过改变程序中的参数，可以实现对外部设备的不同控制效果。

实验结果与分析：通过实验，我们成功地实现了对外部设备的控制。

通过改变程序中的参数，我们可以控制外部设备的开关、亮度、频率等。

这说明I/O口扩展技术具有很大的应用潜力，可以实现对各种外部设备的控制和数据交互。

实验总结：通过本次实验，我们深入了解了I/O口扩展的原理和应用。

通过编写程序，我们掌握了I/O口扩展的编程方法和应用技巧。

通过实验，我们成功地实现了对外部设备的控制，这为我们进一步研究和应用I/O口扩展技术奠定了基础。

实验中遇到的问题和解决方法：在实验过程中，我们遇到了一些问题，如连接错误、程序错误等。

我们通过仔细检查连接和程序代码，逐一解决了这些问题。

这提醒我们在实验中要认真细致，仔细检查和排除错误，以保证实验的顺利进行。

实验的局限性和改进方向：本次实验只是简单地介绍了I/O口扩展的基本原理和应用，还有很多相关的知识和技术需要进一步学习和探索。

简单IO口扩展实验报告1. 背景在实际应用中，我们经常需要扩展计算机的输入输出（IO）接口，以满足不同的需求。

而简单IO口扩展就是一种常见且重要的扩展方式。

通过简单IO口扩展，我们可以将计算机连接到更多的外部设备，如传感器、执行器等，从而实现更多功能和应用。

2. 分析2.1 简单IO口介绍简单IO口是指通用输入输出接口，它可以通过数字信号来进行数据的输入和输出。

每个简单IO口通常包括一个输入引脚和一个输出引脚。

通过控制这些引脚的电平状态，我们可以实现数据的输入和输出。

2.2 简单IO口扩展方法简单IO口可以通过不同的方法进行扩展，常见的方法包括：•并行接口：使用并行接口可以同时传输多个位的数据。

它通常使用多条数据线和一些控制线来实现高速数据传输。

•串行接口：使用串行接口可以逐位地传输数据。

它通常使用一条数据线和一些控制线来实现较低速率但更简洁的数据传输。

•USB接口：USB（Universal Serial Bus）是一种常见的数字串行总线接口，它可以连接多种设备，并提供高速数据传输和供电功能。

•SPI接口：SPI（Serial Peripheral Interface）是一种常用的串行外设接口，它可以连接多个外设，并以主从模式进行数据传输。

•I2C接口：I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种常见的串行通信接口，它可以连接多个外设，并使用两条线路进行数据传输。

2.3 简单IO口扩展实验本次实验旨在通过简单IO口扩展方法，将计算机与外部设备进行连接，并实现数据的输入和输出。

具体步骤如下：1.确定要使用的简单IO口扩展方法，如并行接口、串行接口等。

2.根据选择的扩展方法，准备相应的硬件模块和连接线缆。

3.将硬件模块与计算机进行连接，确保电气连通性。

4.编写相应的驱动程序或使用现有的驱动程序，以实现与硬件模块的通信。

5.运行程序并测试扩展功能。

3. 结果经过实验测试，我们成功地实现了简单IO口扩展，并达到了预期的结果。

SDA入
• I2C简介——总线时序
在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和 结束，这通过起始和结束信号识别。
SDA SCL S 起始信号 P 结束信号
发送起始信号后传送的第一字节数据具有特别的意 义，其中前七位为从机地址，最后一位为读写方向位 （0表示写，1表示读）。
S 从器件地址 R/W
第一字节
I2C接口
• I2C简介——电气连接
I2C总线接口均为开漏或开集电极输出，因此需要 为总线增加上拉电阻Rp。
VDD Rp Rp
总线速率越高，总线上拉电阻 就越小，100Kbit/s总线速率， 通常使用5.1K欧姆的上拉电阻
I2C BUS
SDA SCL
SDA SCL
SCL出
SDA出
器件1
器件2
SCL入
S = 起始信号
P = 停止信号 RS = 重复起始信号
I2C接口
• I2C简介
I2C接口是Philips推出的一种串行总线方式，用于 IC器件之间的通信。它通过SDA（串行数据线）和SCL （串行时钟线）两根线在连到总线上的器件之间传送 信息，并通过软件寻址识别每个器件，而不需要片选 线。 I2C接口的标准传输速率为100Kbit/s，最高传输速 率可达400Kbit/s。
主发送模式：
S S S S 从器件地址 W 从器件地址 R A A A A 数据 数据 数据 数据 A A A A 数据… 数据… 数据… 数据… A/A A P P
主接收模式： 从发送模式：
从器件地址 W 从器件地址 R A/A P/RS
从接收模式：
A
P
主机到从机 主机到从机
A = 应答(SDA为低) A = 非应答(SDA为高)

EXAR推出基于I2C和SPI的GPIO扩展芯片EXAR 公司近日发布了XRA120x I2C/SMBus GPIO （通用输入/输出）扩展芯片以及XRA140x SPI GPIO扩展芯片家族-共推出12款产品。

Exar的GPIO扩展芯片采用工业标准的I&sup2;C，SMBus，或者SPI接口，实现I/O口扩展需求。

XRA120x以及XRA140x系列芯片面向工业监控，手持电池供电设备、和手机、PDA、GPS消费类电子等诸多市场。

&ldquo;出于顺应客户需求以及抓住市场机遇，作为其市场领先的接口产品线的一部分，EXAR推出GPIO桥扩展方案。

&rdquo;Exar公司接口产品线副总裁Levent Ozcolak先生表示，&ldquo;这些新产品拓展了EXAR的产品规模，也让我们可以服务更多的市场应用。

已经受益于EXAR UARTs以及串行收发器优势产品的系统架构师们，可以同样信赖采用我们的GPIO 扩展芯片&rdquo;。

当微控制器或芯片组的I / O引脚数量不足，或在远距离通讯中使用更具优势的串行协议时，GPIO扩展功能能够提供更为强大的的控制和监测。

&ldquo;覆盖8口和16口扩展需求，并且提供通用的接口，XRA120x和XRA140x系列为客户的设计提供即时的选择.&ldquo; EXAR接口产品线策略市场总监Rakesh Bhatia如是说。

XRA120x 和XRA140x的工作电压范围为1.65V至3.6V，管脚耐压为5V。

多个产品型号，可以满足8个或16个GPIO扩展需求。

当GPIO配置为输入状态时，每个GPIO口内部都有一个可选的上拉电阻。

其输入极性也可配置，且每个输入管脚内置滤波功能，过滤噪声和毛刺。

如有需要，输入过滤功能也可以禁用。

GPIO的中断方式可以设置为上升沿触发、下降沿触发或任意触发。

所有的GPIO都有独立的中断使能和中断状态指示，从而可以通过软件轻松确定中断产生来源。

接口技术实验报告五、实验步骤1、实验连线：地址总线单元的输出端插孔FF80H、FF90H分别与74LS244、74LS273的片选信号CS1、CS2相连；电平开关的输出端K1~K8分别与简单I/O单元的Y0~Y7对应连接；简单I/O单元的输出端Q0~Q7分别与发光二极管的输入端L 1~L8对应连接。

2、编辑程序启动：首先将通信选择开关调至88模式，打开实验装置的电源开关，这时实验装置上的六位数码管显示P.。

接着点击桌面PCI图标，运行8086实验系统。

此时，窗口左下角显示“连接上下位机”，说明进入连机操作模式。

编辑：点击快捷图标[新建]，进入编辑系统。

将编写好的源程序逐一输入，然后保存。

这时在桌面上就会产生以new .asm 命名的文件。

编译运行：选择[调试]菜单，点击[编译装载]，对源程序进行汇编、连接，这时在屏幕下方显示“编译成功”，反汇编区域有显示；然后点击快捷图标RUN，即运行程序。

3、调试通过后，全速运行程序，观看实验结果。

4、编写实验报告，完成思考题与练习。

六、实验框图七、思考与练习1、K1-K4开关向上，让L1-L4发光二极管灯灭，而其它发光二极管灯保持不变，程序如何修改。

答：加一行代码XOR AL,0FH；使控制信息高四位不变，第四位与原来相反。

2、74LS244、74LS273的片选信号可以改变，若244/273的片选信号改为与地址总线单元中的FF30H、FFA0H相连，应如何修改程序中相应地址。

答：更换程序中地址线端口，详见以下程序代码；同时修改实际试验箱上的连线：把片选信号与FF30H和FFA0H相连。

3、写出实验源程序，并给出注释。

答：（1）原程序：CSEG SEGMENT。

浅谈如何利用接口板实现I2C芯片I/O扩展I2C总线产生于20世纪80年代，最初为音频和视频设备开发，如今主要在服务器管理中使用，其中包括单个组件状态的通信。

例如管理员可对各个组件进行查询，以管理系统的配置或掌握组件的功能状态。

1 I2C总线基本特征I2C总线支持任何IC 生产过程（NMOS CMOS、双极性）。

两线——串行数据（SDA）和串行时钟（SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。

每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是微控制器——MCU、LCD 驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。

很明显，LCD 驱动器只是一个接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。

I2C总线特征（图1）只要求两条总线线路：一条串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL；每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机/从机关系软件设定地址。

2 I2C芯片工作特征本设计中的产品是一款使用I2C总线或SMBus控制I/O扩展口的器件（图2）。

它提供了8位通用并行输入/输出（GPIO）扩展SMBus I2C总线的应用程序。

由一个8位配置（输入或输出选择）；输入、输出和极性反转（活跃的高或低操作活跃）寄存器。

主系统可能设置I/Os要么作为输入或输出写入I/O配置部分。

这个数据对于每个输入或输出保存在相应的输入或输出寄存器。

设置寄存器的接通电源的重置为其默认值和初始化设备状态机。

三个硬件地址（AD0，AD1，AD2）改变固定I2C总线地址和允许最多8设备共享相同的I2C总线/ SMBus。

操作參数VCC操作范围：1.65～5.5 VSDA电流能限：30mA5.5 V最大I/O输出极性反转寄存器低中断输出低待机电流噪声滤波器在sci/SDA输入内部接通电源的重置8位可编程奴隶地址使用3地址插头8个I/O扩展口，默认为8输入3 功能实现细解本文的目的是对指定一个接口板之间的一个PC和一个用于I2C应用板。

【整理】常用通信接口二（CAN/I2C/SPI/UART/GPIO原理与区别）上一篇整理了常用通信接口一（RS232/RS485/USB/TYPE-C原理与区别），这篇我们接着整理CAN、I2C、SPI、UART、GPIO原理与区别；1.CAN总线接口1)定义CAN是控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11898），是ISO国际标准化的串行通信协议,是国际上应用最广泛的现场总线之一。

CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。

较之许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：A.网络各节点之间的数据通信实时性强B.开发周期短C.已形成国际标准的现场总线D.最有前途的现场总线之一与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

2)运用A.CAN总线是为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。

通信速率最高可达1Mbps。

B.CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。

使网络内的节点个数在理论上不受限制。

C.CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。

CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。

D.结构简单,只有2根线与外部相连，并且内部集成了错误探测和管理模块。

E.CAN总线特点：(1)数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他（一个或多个）节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134μs通信;(2)多个节点同时发起通信时，优先级低的避让优先级高的，不会对通信线路造成拥塞;(3)通信距离最远可达10KM(速率低于5Kbps)速率可达到1Mbps(通信距离小于40M）；（4)CAN总线传输介质可以是双绞线，同轴电缆。

用I2C总线扩展I/O总线 在需要监测多种输入信号或者控制多种输出信号的系统应用，有时需要将这些信号线直接连接到微处理器引脚，用软件实现监测和控制。

但这种方法可能需要使用很多微处理器引脚。

为了减少使用微处理器引脚，有一个办法就是通过胶合逻辑接口实现监测和控制信号线与微处理器通讯。

但开发这种系统很麻烦，也很费时，因为需要的器件更多、连线更多、代码编写也更复杂。

本文给出了监测和控制多外围设备信号的一个好方案。

采用该方案可访问并行总线并与各种电子器件接口，具有简单而且成本低的优点。

该方法基于工业标准的PCF8574和PCF8574A器件，这些器件具有不同的I2C地址。

本文称这些器件为扩展器，讨论其差异时，用器件名代替。

扩展器有一条两线I2C通讯总线，可与I2C主机接口进行双向数据传输。

I2C总线由两条信号线和一条地线组成，信号线为一条双向串行数据(SDA)线和一条双向串行时钟(SCL)线。

SDA和SCL通过上拉电阻连接到正电源，总线空闲时，这两条数据线都被拉高。

连接到I2C总线上的各器件地址是惟一的，根据器件实现功能不同，可以分别作为接收器和(或)发送器使用。

扩展器地址可设置为惟一的7位地址，PCF8574地址的前4位为0100，PCF8574A地址的前4位为0111。

低3位由器件的A2、A1和A0引脚确定。

因此，器件的全部惟一地址由A2,A1,和A0引脚确定。

表中给出了PCF8574和PCF8574A各种不同的地址设置。

器件的设置惟一地址的能力使得在同一I2C总线上可连接8个的PCF8574和8个PCF8574A。

因各器件I/O引脚有8个，如果使用PCF8574和PCF8574A，用一根I2C总线可控制128个I/O。

I2C与扩展器之间的通讯由主机控制，主机发出需要通讯的从器件地址。

地址字节的第一部分是4位地址码，对于PCF8574，为0100；对PCF8574A，为0111。

该地址代码后是。

i2c复用开关电路工作原理概述及解释说明1. 引言1.1 概述I2C复用开关电路是一种常用的电路设计方案，用于管理多个I2C设备之间的通信。

在I2C总线上可以连接多个设备，但当需要同时访问不同设备时，使用复用开关电路可以将多个设备通过一个共享的I2C总线进行控制，从而提高系统效率和降低硬件成本。

1.2 文章结构本文将首先介绍I2C协议的基本原理及其特点，然后详细介绍复用开关电路的概述和工作原理。

接下来，我们将探讨设计I2C复用开关电路时需要考虑的要点，包括输入和输出信号匹配问题解决方案、数据传输速率控制方法以及噪声和干扰处理技术分析。

最后，我们将总结复用开关电路的工作原理与优势，并展望其未来发展方向。

1.3 目的本文旨在全面了解和解释I2C复用开关电路的工作原理，并探讨设计该电路时需要考虑的重要要点。

通过深入研究该主题，读者能够更好地应用这一技术在实际项目中，并为未来进一步发展提供有益的参考。

注意：以上内容仅作为参考，具体文章内容可根据实际情况进行修改和扩充。

2. I2C协议简介:2.1 I2C基本原理:I2C（Inter-Integrated Circuit）是由Philips公司在1982年引入的一种串行通信协议。

它是一种用于芯片之间进行短距离通信的总线标准。

该协议使用两根线路进行通信，即时钟线（SCL）和数据线（SDA）。

I2C基于主从架构，其中主设备控制总线上的所有从设备。

在I2C中，每个连接到总线上的设备都有一个唯一的地址，可以通过这个地址识别和定位设备。

主设备负责生成时钟信号来同步所有从设备。

数据传输是以字节为单位进行的，并且具有起始位、数据位、确认位和停止位等传输格式。

2.2 I2C总线特点:I2C协议具有以下几个主要特点：- 双向通信: 主设备和从设备都可以发送和接收数据。

- 多主机支持: 多个主设备可以共享同一条总线，并且通过仲裁机制可以选择性地访问从设备。

- 低功耗：由于I2C协议使用了开漏输出结构，所以能够实现低功耗操作。

单片机中的IO口扩展原理及应用单片机是一种在微处理器中集成了中央处理器、内存、输入/输出控制和时钟等功能的微型计算机。

在实际应用中，单片机的使用每況愈下，并逐渐被更高级的处理器所取代。

然而，在一些特殊应用领域，如嵌入式系统和物联网设备中，单片机仍然扮演着重要的角色。

在单片机中，IO口的扩展是一项关键的技术，用来增加单片机的输入和输出接口数量。

本文将探讨单片机中的IO口扩展原理及其应用。

一、单片机IO口扩展原理在单片机中，IO口（Input/Output Port）用于连接外部电路和其他设备，扮演着数据输入和输出的桥梁角色。

然而，通常单片机内部只有有限的IO口数量。

为了满足复杂的应用需求，需要通过扩展技术来增加IO口的数量。

1. 并行IO口扩展其中一种常见的IO口扩展技术是通过并行IO口扩展芯片来增加IO口数量。

该芯片通常由一个并行输入/输出移位寄存器和控制逻辑组成。

通过串行通信协议，单片机可以控制并行IO口扩展芯片，以实现扩展IO口的输入和输出功能。

这种方式适用于需要大量IO口的应用，如工业控制和自动化设备。

不过需要注意的是，并行IO口扩展芯片策略相对复杂，需要额外的引脚和电路设计，并且使用的软件协议需要单片机和外部芯片之间的高速通信支持。

2. 串行IO口扩展另一种常见的IO口扩展技术是通过串行IO口扩展芯片来增加IO口数量。

串行IO口扩展芯片通常采用常用的串行通信协议，如I2C（Inter-Integrated Circuit）或SPI（Serial Peripheral Interface），通过少量的引脚连接到单片机。

通过控制寄存器和数据寄存器，单片机可以发送指令和数据来控制扩展IO口的输入和输出。

这种方式相对于并行IO口扩展芯片来说，引脚数量较少，实现简单，适用于需要较少IO口数量的应用。

同时，由于使用串行通信协议，可以通过级联多个串行IO口扩展芯片，进一步增加IO口数量。

二、单片机IO口扩展应用单片机IO口扩展技术在各种嵌入式系统和物联网设备中都有广泛的应用。

i2c方案原理
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信接口，由飞利浦公司开发。

它的特点是只需要两根线（SCL和SDA），可以连接多个设备，实现数据传输和控制。

I2C采用了主从结构，主设备控制传输的时序，从设备响应数据传输请求。

I2C通信协议的基本原理是同步通信。

主控设备向从设备发送一个数据时序，从设备通过响应的时序来确认收到数据。

主设备与从设备之间
的数据传输通过“起始位”和“停止位”来分隔。

设备之间的通讯有
两种状态：传输状态和应答状态。

在传输状态中，主设备向从设备发
送数据请求，从设备接收并处理请求，返回应答信号。

在应答状态中，主设备以信号通知从设备需要传输的数据类型。

I2C协议的通信速率受到主设备和从设备的限制。

I2C通信的速率一般比SPI和UART慢，但它可以同时向多个设备发送数据，从而在复杂
的嵌入式系统中使用，提高系统的可靠性和灵活性。

I2C实现的过程需要遵循一些规则。

首先，主设备需要发起通信请求并控制总线。

从设备需要及时回应请求信号并处理请求。

其次，在同步
传输过程中，主设备和从设备需要释放传输缓冲区。

最后，I2C协议通信需要设备具备相同的速率。

总的来说，I2C是一种传输数据和控制的通信协议，使用两根线实现，可以增加系统的可靠性和灵活性。

它是嵌入式系统中常用的通信方式之一，能够在多个设备之间实现高速、可靠和灵活的通信。