Texas Instruments TCA9536 4位I/O扩展器用于I^2^C总线，可在1.65V至 5.5V的VCC 下运行。它可通过I^2^C接口为大多数微控制器系列提供通用远程I/O扩展。

数据手册：*附件：Texas Instruments TCA9536 4位IO扩展器数据手册.pdf

系统控制器可以通过写入I/O配置寄存器位将I/O启用为输入或输出。每一路输入或输出的数据都保存在相应的输入/输出寄存器中。输入端口寄存器的极性可由极性反转寄存器转换。有一个额外的特殊功能寄存器，可用于禁用内部上拉电阻器并将P3覆盖为INT输出。

TCA9536开漏中断输出（当在特殊功能寄存器中将P3配置为INT时）在任何输入与其对应的输入端口寄存器状态不同时被激活，用于向系统控制器指明输入状态已改变。

发生超时或其他不当操作时，系统处理器可通过使用I^2^C软复位命令（该命令将寄存器置于其默认状态）将TCA9536复位。

特性

• I^2^C至GPIO扩展器
• 工作电源电压范围为1.65V至5.5V
• 可耐受5V电压的I/O端口
• 可通过I^2^C通用呼叫实现的软件复位
• P端口上软件启用的集成上拉电阻器
• 可以将P3改为INT输出
• 1MHz快速+模式I^2^C总线
• 输入和输出配置注册
• 极性反转寄存器
• 内部上电复位
• 加电时所有通道均被配置为输入
• SCL和SDA输入端装有噪声滤波器
• 具有最大高电流驱动能力的锁存输出，适用于直接驱动LED
• ESD保护性能超过JESD 22规范要求
  • 2000V人体放电模型 (A114-A)
  • 1000V带电器件模型 (C101)

功能框图

TCA9536 4位I2C/SMBus I/O扩展器技术解析

一、器件概述

TCA9536是德州仪器(TI)推出的一款4位I2C和SMBus接口的I/O扩展器，工作电压范围为1.65V至5.5V。该器件通过I2C接口为大多数微控制器系列提供通用远程I/O扩展功能，非常适合需要额外GPIO但微控制器引脚资源有限的应用场景。

主要特性包括：

• ‌宽电压工作范围‌：1.65V至5.5V，兼容多种逻辑电平
• ‌5V容忍I/O端口‌：可直接连接5V器件而无需电平转换
• ‌软件复位功能‌：通过I2C通用调用实现软件复位
• ‌可编程上拉电阻‌：可通过软件控制集成上拉电阻的使能
• ‌中断功能‌：P3可配置为中断输出(INT)
• ‌高速通信‌：支持1MHz Fast-mode Plus I2C总线
• ‌高驱动能力‌：输出可直接驱动LED

二、关键功能解析

1. 架构与引脚配置

TCA9536采用8引脚封装，提供两种封装选项：

• X2SON (8)：1.35mm × 0.80mm
• VSSOP (8)：3.00mm × 3.00mm

引脚功能如下表所示：

引脚名称	类型	描述
P0-P2	I/O	通用I/O端口，推挽结构，默认使能内部上拉电阻
P3/INT	I/O	可配置为通用I/O或开漏中断输出
SCL	I/O	串行时钟总线，需通过上拉电阻连接VCC
SDA	I/O	串行数据总线，需通过上拉电阻连接VCC
VCC	-	电源电压
GND	-	地

2. 寄存器配置

TCA9536通过I2C接口访问多个内部寄存器实现功能配置：

• ‌配置寄存器‌：设置每个I/O端口的输入/输出方向(1=输入，0=输出)
• ‌输入端口寄存器‌：反映输入引脚的状态
• ‌输出端口寄存器‌：控制输出引脚的状态
• ‌极性反转寄存器‌：可反转输入端口寄存器的极性
• ‌特殊功能寄存器‌：控制上拉电阻使能和P3/INT功能选择

上电时，所有I/O默认配置为输入，并启用内部上拉电阻(约100kΩ)。

3. 中断功能

P3引脚可配置为中断输出(INT)，具有以下特点：

• 开漏结构，需外接上拉电阻(典型值10kΩ)
• 当任何输入引脚状态与其对应的输入端口寄存器状态不同时激活
• 中断有效时间(tiv)典型值为4μs
• 通过读取输入端口寄存器或写入匹配原始状态来复位中断

4. 电气特性

• ‌工作温度范围‌：-40°C至+125°C
• ‌ESD保护‌：
  • P0-P3, VCC引脚：±4000V HBM
  • SDA, SCL引脚：±2000V HBM
  • 所有引脚：±1000V CDM
• ‌电源电流‌：
  • 工作模式(1MHz)：最大425μA(5.5V)
  • 待机模式：最大3.9μA(5.5V)

三、典型应用

1. 应用场景

TCA9536广泛应用于：

• 个人电子设备(可穿戴设备、手机、游戏机)
• 服务器和路由器
• 需要额外GPIO的任何微控制器系统
• LED驱动控制
• 按钮/开关状态监测

2. 设计注意事项

1. ‌上拉电阻选择‌：
   • SDA和SCL线必须通过上拉电阻连接至VCC
   • 电阻值根据I2C线路电容确定，通常4.7kΩ适用于400kHz通信
2. ‌电源设计‌：
   • 建议在VCC引脚附近放置0.1μF去耦电容
   • 电源布线应尽可能短以降低噪声
3. ‌PCB布局‌：
   • 保持I2C走线尽可能短
   • 避免与其他高频信号线平行走线
   • 对于高频应用，考虑使用地平面隔离敏感信号

四、软件实现

1. 初始化流程

1. 发送启动条件(START)
2. 发送器件地址(0x41，R/W=0)
3. 发送配置寄存器地址(0x03)
4. 发送配置字节(设置I/O方向)
5. 发送停止条件(STOP)

2. 读取输入状态

1. 发送启动条件(START)
2. 发送器件地址(0x41，R/W=0)
3. 发送输入端口寄存器地址(0x00)
4. 发送重复启动条件(Repeated START)
5. 发送器件地址(0x41，R/W=1)
6. 读取数据字节
7. 发送停止条件(STOP)

3. 中断处理

当P3配置为INT且中断发生时：

1. 微控制器检测到INT引脚变低
2. 通过I2C读取输入端口寄存器状态
3. 判断具体是哪个输入状态变化
4. 采取相应处理措施
5. 中断自动复位(通过读取操作)

五、性能优化建议

1. ‌降低功耗‌：
   • 不使用的I/O配置为输出
   • 禁用不必要的上拉电阻(通过特殊功能寄存器)
   • 降低I2C通信频率(当速度不是关键因素时)
2. ‌提高抗干扰能力‌：
   • 对长线连接的输入端口添加RC滤波
   • 在噪声环境中，考虑使用较低I2C速度
   • 确保良好接地
3. ‌批量操作优化‌：
   • 对多个寄存器的操作可使用连续写/读模式
   • 减少I2C启动/停止条件的次数