物联网中常见的I/O扩展电路设计方案_IIC I/O扩展芯片

物联网系统中为什么要使用IIC I/O扩展芯片

  在物联网系统中使用IIC（也称为I2C）I/O扩展芯片的原因主要可以归结为以下几点：

1、扩大I/O端口数量

硬件资源限制：许多微控制器（MCU）自带的I/O端口数量有限，但物联网项目往往需要连接大量的传感器、执行器和其他外设。I2C I/O扩展芯片能够通过I2C接口提供额外的I/O端口，从而满足项目需求。

灵活性：通过扩展芯片，设计者可以根据项目需求灵活增加或减少外设连接，而无需更换主控制器。

2、简化布线和连接

减少引脚需求：I2C总线仅需要两根线（SCL时钟线和SDA数据线）即可实现多个设备之间的通信，这大大减少了系统布线的复杂性和成本。

便于管理：通过I2C总线连接的设备可以使用统一的通信协议进行通信，简化了系统的维护和管理工作。

3、提高系统性能

高效通信：I2C协议具有高效的通信机制，能够支持高速数据传输，提高系统的整体性能。

时钟控制：I2C I/O扩展芯片可以控制外部设备的时钟，有助于优化系统的时序控制，提高系统的稳定性和可靠性。

4、降低成本和功耗

减少元件数量：使用I2C I/O扩展芯片可以减少系统中其他类型扩展元件的使用，从而降低整体成本。

低功耗：I2C总线支持低功耗模式，有助于降低系统的整体功耗，延长电池寿命（在便携式或无线物联网设备中尤为重要）。

5、广泛应用场景

传感器网络：在物联网系统中，传感器是不可或缺的组成部分。I2C I/O扩展芯片可以方便地连接各种类型的传感器（如温度、湿度、加速度计等），实现数据的采集和传输。

工业自动化：在工业自动化领域，PLC等控制系统需要与大量外设进行通信。I2C I/O扩展芯片能够满足这一需求，提高工业自动化系统的集成度和可靠性。

智能家居：智能家居系统需要连接和控制各种智能家电和设备。I2C I/O扩展芯片可以扩展智能家居系统的控制能力，实现更多样化的功能。

工业自动化和控制：在工业自动化系统中，经常需要连接和控制大量的传感器、执行器和其他设备。IIC IO扩展芯片可以提供更多的IO端口，以便与这些设备进行通信和控制。例如，它们可以用于读取传感器的数据、控制执行器的动作或与其他工业设备进行交互。

消费电子产品：在消费电子产品中，如智能家居设备、智能音箱、智能手环等，IIC IO扩展芯片也发挥着重要作用。它们可以用于扩展设备的IO接口，以便连接更多的外部设备或传感器。例如，智能音箱可以通过IIC IO扩展芯片连接更多的麦克风或扬声器，提高音频处理的性能和质量。

嵌入式系统：在嵌入式系统中，由于资源限制和成本考虑，微控制器的IO端口数量往往有限。IIC IO扩展芯片可以有效地解决这个问题，为嵌入式系统提供额外的IO端口。这些端口可以用于连接外部设备、扩展系统功能或实现与其他系统的通信。

测试与测量设备：在测试和测量领域，IIC IO扩展芯片可以用于连接各种测试设备和传感器。通过扩展IO端口，测试设备可以获取更多的数据输入，提高测试的准确性和效率。同时，IIC IO扩展芯片还可以用于控制测试过程中的各种设备和参数。

医疗设备：在医疗设备中，IIC IO扩展芯片可以用于连接各种医疗传感器和执行器。例如，在监护仪中，IIC IO扩展芯片可以连接多个生命体征传感器，实时监测患者的血压、心率等生理参数。在医疗机器人中，IIC IO扩展芯片可以控制机器人的运动和操作。

综上所述，IIC（I2C）I/O扩展芯片在物联网系统中扮演着重要角色，它们通过提供额外的I/O端口、简化布线和连接、提高系统性能、降低成本和功耗以及支持广泛应用场景等方式，为物联网系统的设计和实现带来了诸多便利和优势。

IIC I/O扩展芯片定义

IIc接口IO扩展芯片是一种可以为电子设备添加输入输出功能的集成电路，它可以有效提高设备的性能。

IIC 原理

I²C通信协议：I²C是一种串行通信协议，用于连接微控制器及其外围设备。它只需要两根线（SDA数据线和SCL时钟线）即可实现全双工通信，同时还可以连接多个设备到同一总线上。

设备寻址：每个I²C设备都有一个唯一的地址，主控制器通过发送设备的地址来选中并与之通信。I²C扩展IO芯片也具备一个或多个可设置的地址，以便主控制器能够识别并与之通信。

数据传输：在选中特定的I²C设备后，主控制器可以通过I²C总线发送数据到该设备，或者从该设备读取数据。对于I²C扩展IO芯片，主控制器可以发送命令来设置或读取IO端口的电平状态，从而实现对外围设备的控制或监测。

中断机制：许多I²C扩展IO芯片还具备中断功能。当IO端口的电平状态发生变化时，芯片可以产生一个中断信号，通知主控制器进行相应的处理。这样，主控制器可以更加高效地响应外部事件，而无需持续轮询IO端口的状态。

内部寄存器：I²C扩展IO芯片内部通常包含多个寄存器，用于存储IO端口的配置信息、数据等。主控制器可以通过I²C总线访问这些寄存器，以实现对IO端口的控制和管理。

IIC I/O扩展芯片的参数选型

电源电压：确保你的系统电源电压与IO扩展芯片的电源电压兼容。常见的电源电压范围包括1.8V、3.3V、5V等。

IO口数量：根据你的应用需求确定所需的IO口数量。有些IO扩展芯片提供8个、16个或更多的IO口。

IO口类型：考虑你需要的IO口类型，如准双向口、开漏输出等。准双向口既可以作为输入也可以作为输出，而开漏输出则可以用于驱动LED等外部设备。

通信接口：确保IO扩展芯片支持你的主控制器所使用的通信接口，如I²C、SPI等。I²C接口通常使用两根线（SDA和SCL）进行通信，具有简单易用、支持多设备连接等优点。

中断功能：如果你的应用需要实时监测外部设备状态的变化，那么选择具有中断功能的IO扩展芯片将非常有用。当中断引脚被触发时，主控制器可以立即响应并处理相应的事件。

封装和尺寸：根据你的应用需求和电路板空间限制选择合适的封装和尺寸。常见的封装类型包括TSSOP、QFN、SSOP等，尺寸范围也有所不同。

工作温度和功耗：考虑你的应用所在的环境温度和功耗要求。选择具有适当工作温度和低功耗的IO扩展芯片将有助于提高系统的稳定性和可靠性。

其他特性：根据你的应用需求，还可以考虑其他特性，如驱动能力（最大输出电流）、输入/输出电平范围、可编程性（是否支持通过编程来配置IO口）等。

IIC I/O扩展芯片的厂商

NXP Semiconductors（恩智浦半导体）：NXP是全球领先的半导体公司之一，提供广泛的IIC IO扩展芯片产品。其产品线包括PCF8574、PCA9555等，这些芯片具有高性能、低功耗和易用性等特点，广泛应用于各种领域。

Microchip Technology（微芯科技）：Microchip是一家专注于嵌入式控制和混合信号半导体解决方案的供应商。其IIC IO扩展芯片产品包括MCP23017、MCP23S17等，这些芯片具有高集成度、高可靠性和低功耗等特点，适用于工业自动化、消费电子和汽车电子等领域。

Texas Instruments（德州仪器）：德州仪器是一家全球性的半导体设计和制造公司，其IIC IO扩展芯片产品包括TPS2113、TPS2296等。这些芯片具有高性能、高精度和低功耗等特点，广泛应用于电源管理、电机控制和工业自动化等领域。

STMicroelectronics（意法半导体）：意法半导体是一家全球领先的半导体公司，提供广泛的IIC IO扩展芯片产品。其产品线包括VLSI Solution的82C55A等，这些芯片具有高速、高可靠性和低功耗等特点，适用于各种嵌入式系统和工业自动化应用。

此外，还有其他一些厂商也提供IIC IO扩展芯片产品，如Maxim Integrated、Renesas Electronics等。在选择IIC IO扩展芯片时，需要根据具体的应用需求和性能要求来选择合适的厂商和产品。国内也有一些知名的IIC（实际上是I²C，即Inter-Integrated Circuit）IO扩展芯片厂商，以下是一些例子：

中微爱芯：作为中国领先的半导体公司之一，中微爱芯专注于消费电子芯片和小家电芯片的研发。他们的产品可能包括IIC IO扩展芯片，但具体型号和规格可能需要查询其官方渠道。

紫光展锐：紫光展锐是中国集成电路设计和解决方案供应商，他们在移动通信、数字多媒体等领域积累了丰富的经验。虽然他们主要以手机芯片闻名，但他们的产品线可能也涵盖IIC IO扩展芯片。

华大半导体：华大半导体是中国电子信息产业集团有限公司（CEC）旗下的核心企业，是中国“909”工程集成电路项目的重点承担单位。他们提供多种类型的半导体产品，包括可能包含IIC IO扩展芯片的产品。

供应商A：信路达

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

1、产品能力

（1）选型手册

（2）主推型号1：XL9535

对应的产品详情介绍

该IC（XL9535）是一款24引脚CMOS器件，通过I²C总线/SMBus接口[串行时钟线（SCL）、串行数据线（SDA）]为大多数微控制器系列提供16位通用并行输入/输出（GPIO）扩展。这些设备设计用于2.3-V至5.5-V VCC操作。这些改进包括更高的驱动能力、5V I/O容差、更低的电源电流、单独的I/O配置和更小的封装。当ACPI电源开关、传感器、按钮、LED、风扇等需要额外的I/O时，I/O扩展器提供了一个简单的解决方案。当任何输入状态与其对应的输入端口寄存器状态不同时，这些设备开漏中断（/INT）输出被激活，并用于向系统主机指示输入状态已改变。在超时或其他不当操作的情况下，系统主设备可以利用上电重置功能重置这些设备。通电重置将寄存器设置为默认值，并初始化I²C/SMBus状态机。三个硬件引脚（A0、A1和A2）改变固定的I²C总线地址，并允许多达八个设备共享同一I²C总线/SMBus。

功能特点：

I²C总线至16位GPIO扩展器

工作电源电压范围为2.3 V至5.5 V

低待机电流消耗

5 V容错I/O端口

400 kHz快速模式I²C总线时钟频率

SCL/SDA输入上的噪声滤波器

内部通电复位

通电时无故障

极性反转寄存器

开漏有源低中断输出

16个I/O引脚，默认为16个输入

硬件参考设计

与Bloom区的关系

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

核心料（哪些项目在用）

奇迹物联全网通信号测试仪项目IO扩展

2、支撑

（1）技术产品

技术资料

F6A27DC517C60CF7BC3ED74C539C74FA

本文章源自奇迹物联开源的物联网应用知识库Cellular IoT Wiki，更多技术干货欢迎关注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知识库（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

欢迎同学们走进AmazIOT知识库的世界！

这里是为物联网人构建的技术应用百科，以便帮助你更快更简单的开发物联网产品。

Cellular IoT Wiki初心：

在我们长期投身于蜂窝物联网 ODM/OEM 解决方案的实践过程中，一直被物联网技术碎片化与产业资源碎片化的问题所困扰。从产品定义、芯片选型，到软硬件研发和测试，物联网技术的碎片化以及产业资源的碎片化，始终对团队的产品开发交付质量和效率形成制约。为了减少因物联网碎片化而带来的重复开发工作，我们着手对物联网开发中高频应用的技术知识进行沉淀管理，并基于 Bloom OS 搭建了不同平台的 RTOS 应用生态。后来我们发现，很多物联网产品开发团队都面临着相似的困扰，于是，我们决定向全体物联网行业开发者开放奇迹物联内部沉淀的应用技术知识库 Wiki，期望能为更多物联网产品开发者减轻一些重复造轮子的负担。

Cellular IoT Wiki沉淀的技术内容方向如下：

奇迹物联的业务服务范围：基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物联网模组，为客户物联网ODM/OEM解决方案服务。我们的研发技术中心在石家庄，PCBA生产基地分布在深圳、石家庄、北京三个工厂，满足不同区域&不同量产规模&不同产品开发阶段的生产制造任务。跟传统PCBA工厂最大的区别是我们只服务物联网行业客户。

连接我们，和10000+物联网开发者一起 降低技术和成本门槛

让蜂窝物联网应用更简单~~

哈哈你终于滑到最重要的模块了，

千万不！要！划！走！忍住冲动！~

欢迎加入飞书“开源技术交流群”，随时找到我们哦~

点击链接如何加入奇迹物联技术话题群（https://rckrv97mzx.feishu.cn/docx/Xskpd1cFQo7hu9x5EuicbsjTnTf）可以获取加入技术话题群攻略

Hey 物联网从业者，

你是否有了解过奇迹物联的官方公众号“eSIM物联工场”呢？

这里是奇迹物联的物联网应用技术开源wiki主阵地，欢迎关注公众号，不迷路～

及时获得最新物联网应用技术沉淀发布

审核编辑 黄宇