探索PCF8584：I2C總線(xiàn)控制器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入探討一款功能強(qiáng)大的I2C總線(xiàn)控制器——PCF8584，它由飛利浦半導(dǎo)體公司推出，為電子設(shè)備的設(shè)計(jì)帶來(lái)了諸多便利。

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一、PCF8584概述

1.1 特性亮點(diǎn)

PCF8584采用CMOS技術(shù)，具備多種出色特性。它可以作為標(biāo)準(zhǔn)高速并行總線(xiàn)與串行I2C總線(xiàn)之間的接口設(shè)備，兼容8049、8051、6800、68000和Z80等多種并行總線(xiàn)微控制器/微處理器。同時(shí)，它支持主從兩種功能模式，能夠自動(dòng)檢測(cè)和適應(yīng)總線(xiàn)接口類(lèi)型，還擁有可編程中斷向量、多主能力、I2C總線(xiàn)監(jiān)控模式以及長(zhǎng)距離模式（4線(xiàn)）等。其工作電源電壓范圍為4.5至5.5V，工作溫度范圍在 -40至 +85°C，能適應(yīng)較為復(fù)雜的工作環(huán)境。

1.2 總體描述

該芯片主要用于實(shí)現(xiàn)并行總線(xiàn)系統(tǒng)與I2C總線(xiàn)的雙向通信，以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可通過(guò)中斷或輪詢(xún)握手的方式進(jìn)行通信。它能控制I2C總線(xiàn)的所有特定序列、協(xié)議、仲裁和時(shí)序，使得并行總線(xiàn)系統(tǒng)能夠與I2C總線(xiàn)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)交互。

1.3 訂購(gòu)信息

PCF8584有兩種封裝可供選擇，分別是PCF8584P（DIP20塑料雙列直插式封裝，20引腳，300mil）和PCF8584T（SO20塑料小外形封裝，20引腳，體寬7.5mm），工程師可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳

2.1 框圖與引腳配置

從芯片的框圖可以看出其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和合理性。而引腳配置方面，CLK引腳用于接收微控制器時(shí)鐘發(fā)生器的時(shí)鐘輸入；SDA或SDA OUT引腳作為I2C總線(xiàn)串行數(shù)據(jù)輸入/輸出；SCL或SCL IN引腳則是I2C串行時(shí)鐘輸入/輸出；IACK或SDA IN引腳用于中斷確認(rèn)輸入；INT或SCL OUT引腳為中斷輸出等。每個(gè)引腳都有其特定的功能，共同保證了芯片的正常工作。

2.2 功能描述

2.2.1 通用接口模式控制

PCF8584可以自動(dòng)選擇80XX模式或68000模式接口，通過(guò)檢測(cè)第一個(gè)WR - CS信號(hào)序列來(lái)實(shí)現(xiàn)。默認(rèn)情況下為80XX型接口，如果在$overline{CS}$為HIGH時(shí)檢測(cè)到$overline{WR}(R overline{W})$的高 - 低轉(zhuǎn)換，則選擇68000型接口模式并啟用DTACK輸出。

2.2.2 寄存器功能

芯片內(nèi)部有五個(gè)內(nèi)部寄存器位置，其中三個(gè)（自身地址寄存器S0'、時(shí)鐘寄存器S2和中斷向量S3）用于芯片的初始化，通常在復(fù)位后只寫(xiě)入一次。另外兩個(gè)寄存器（數(shù)據(jù)緩沖/移位寄存器S0和控制/狀態(tài)寄存器S1）在實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸/接收過(guò)程中使用。

• 自身地址寄存器S0'：當(dāng)PCF8584作為從設(shè)備被尋址時(shí)，需要將7位I2C總線(xiàn)地址加載到該寄存器中。初始化時(shí)必須對(duì)其進(jìn)行寫(xiě)入操作，當(dāng)接收到該地址時(shí)，狀態(tài)寄存器S1中的AAS位將被置位。
• 時(shí)鐘寄存器S2：用于控制芯片時(shí)鐘頻率和SCL時(shí)鐘頻率。通過(guò)設(shè)置不同的位組合，可以選擇不同的內(nèi)部時(shí)鐘頻率和SCL頻率。
• 中斷向量S3：為向量中斷微控制器提供一個(gè)8位用戶(hù)可編程向量。當(dāng)斷言中斷確認(rèn)信號(hào)且ENI標(biāo)志置位時(shí)，該向量將在總線(xiàn)端口可用。
• 數(shù)據(jù)移位寄存器/讀緩沖器S0：作為串行移位寄存器和讀緩沖器，所有與I2C總線(xiàn)的讀寫(xiě)操作都通過(guò)該寄存器進(jìn)行。在接收模式下，數(shù)據(jù)從移位寄存器復(fù)制到讀緩沖器；在發(fā)送模式下，數(shù)據(jù)寫(xiě)入S0移位寄存器后即可發(fā)送到I2C總線(xiàn)。
• 控制/狀態(tài)寄存器S1：該寄存器控制I2C總線(xiàn)操作并提供I2C總線(xiàn)狀態(tài)信息。它有單獨(dú)的讀寫(xiě)功能，寫(xiě)操作部分用于寄存器訪(fǎng)問(wèn)控制和I2C總線(xiàn)信號(hào)控制，讀操作部分提供I2C總線(xiàn)狀態(tài)信息。

三、特殊功能模式

3.1 選通模式

當(dāng)I2C總線(xiàn)控制器接收到自身地址（或“00H”通用調(diào)用地址）后緊接著一個(gè)停止條件時(shí)，會(huì)在RESET/STROBE引腳產(chǎn)生一個(gè)選通輸出信號(hào)。該信號(hào)為單穩(wěn)態(tài)輸出脈沖（低電平有效），持續(xù)8個(gè)時(shí)鐘周期，可作為多主并行總線(xiàn)系統(tǒng)的總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)控制器。

3.2 長(zhǎng)距離模式

長(zhǎng)距離模式允許通過(guò)兩個(gè)I2C總線(xiàn)控制器在并行處理器之間進(jìn)行長(zhǎng)距離串行通信。通過(guò)將ES1置為邏輯1且串行接口啟用（ESO = 1）來(lái)選擇該模式。在該模式下，I2C總線(xiàn)協(xié)議通過(guò)4條單向線(xiàn)路（SDA OUT、SCL IN、SDA IN和SCL IN）傳輸，需要連接線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器/接收器。但在進(jìn)入該模式前，必須將ENI置為邏輯0，并且在加電時(shí)需要確保PCF8584正確初始化，否則可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障。

3.3 監(jiān)控模式

當(dāng)7位自身地址寄存器S0'加載全零值時(shí)，I2C總線(xiàn)控制器作為被動(dòng)I2C監(jiān)控器工作。在該模式下，控制器始終被選中，始終處于從接收模式，從不產(chǎn)生確認(rèn)信號(hào)和中斷請(qǐng)求，BB位在檢測(cè)到起始條件后置為邏輯0，在停止條件后置為邏輯1。通過(guò)PIN位監(jiān)控總線(xiàn)流量，接收到的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)傳輸?shù)阶x緩沖器。

四、軟件與時(shí)序

4.1 軟件流程圖示例

文檔中提供了初始化和實(shí)現(xiàn)的軟件流程圖示例。初始化流程圖展示了PCF8584的正確初始化序列，包括向各個(gè)寄存器加載特定值等操作。實(shí)現(xiàn)流程圖則說(shuō)明了在輪詢(xún)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)主發(fā)送、主接收、主發(fā)送重復(fù)啟動(dòng)和主接收模式的正確編程序列。

4.2 I2C總線(xiàn)時(shí)序圖

給出了PCF8584在主/從功能下的典型I2C總線(xiàn)時(shí)序圖，包括主發(fā)送、主接收、從發(fā)送和從接收模式的時(shí)序。這些時(shí)序圖有助于工程師理解芯片在不同模式下的工作時(shí)間特性，確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。

4.3 限制值與直流特性

芯片有明確的限制值，如電源電壓范圍為 -0.3至 +7.0V，任何輸入的電壓范圍為 -0.8至VDD + 0.5V等。直流特性方面，在不同的工作條件下，如待機(jī)和工作狀態(tài)，芯片的電源電流、輸入輸出電壓等參數(shù)都有相應(yīng)的規(guī)定。

4.4 并行接口時(shí)序

詳細(xì)規(guī)定了并行接口的各種時(shí)序參數(shù)，包括時(shí)鐘上升時(shí)間、下降時(shí)間、輸入時(shí)鐘周期等。這些參數(shù)對(duì)于確保芯片與微控制器之間的正確通信至關(guān)重要，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)需要嚴(yán)格按照這些時(shí)序要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

五、應(yīng)用與焊接

5.1 應(yīng)用信息

文檔提供了使用8048/8051、68000和8088等不同微控制器的應(yīng)用圖，展示了PCF8584在實(shí)際電路中的連接方式。此外，還給出了一些應(yīng)用注意事項(xiàng)和相關(guān)的應(yīng)用筆記，如“C Routines for the PCF8584”、“Using the PCF8584 with non - specified timings and other frequently asked questions”等，為工程師的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

5.2 焊接方法

對(duì)于不同的封裝，有不同的焊接方法。DIP封裝可以采用浸焊或波峰焊，焊接時(shí)要注意焊料的最高允許溫度為260°C，接觸時(shí)間不超過(guò)5秒等。SO封裝可以采用回流焊、波峰焊等方法，回流焊需要使用焊膏并進(jìn)行預(yù)熱；波峰焊需要注意采用雙波焊接技術(shù)，控制焊料溫度和浸泡時(shí)間等。在修復(fù)焊點(diǎn)時(shí)，也要根據(jù)不同的封裝和溫度要求進(jìn)行操作。

六、總結(jié)

PCF8584作為一款功能強(qiáng)大的I2C總線(xiàn)控制器，具有豐富的特性和靈活的功能。它的多種特殊功能模式和詳細(xì)的寄存器控制，為電子工程師在設(shè)計(jì)并行總線(xiàn)與I2C總線(xiàn)通信系統(tǒng)時(shí)提供了極大的便利。然而，在使用過(guò)程中，工程師需要仔細(xì)考慮芯片的各種參數(shù)和時(shí)序要求，嚴(yán)格按照文檔中的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，在焊接和應(yīng)用方面，也需要遵循相應(yīng)的方法和注意事項(xiàng)。希望通過(guò)本文的介紹，能讓更多的工程師對(duì)PCF8584有更深入的了解，在實(shí)際項(xiàng)目中能夠更好地應(yīng)用這款芯片。大家在使用PCF8584的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。