PCA9564：并行总线到I²C总线控制器的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，寻找合适的总线控制器来实现不同总线之间的高效通信是一项关键任务。今天，我将为大家详细介绍一款功能强大的并行总线到I²C总线控制器——PCA9564，希望能为大家的设计工作提供有价值的参考。

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PCA9564的特性亮点

多功能协议转换

PCA9564作为并行总线到I²C总线的协议转换器和接口，具备主从两种功能，支持多主模式。这使得它能够在复杂的总线环境中灵活工作，实现并行总线系统与I²C总线之间的双向通信。比如在一些需要多个设备协同工作的项目中，它可以很好地协调各个设备之间的通信。

低电压宽范围供电

该芯片的工作电源电压范围为2.3 V至3.6 V，并且I/O引脚具有5 V容限。这种低电压、宽范围的供电特性不仅降低了功耗，还增强了芯片的兼容性和稳定性。在一些对功耗要求较高的便携式设备中，PCA9564能够很好地满足需求。

内部振荡器优势

PCA9564内置9 MHz振荡器，用于所有I²C时序。这一设计减少了外部组件的使用，降低了成本和电路板空间，同时提高了系统的稳定性。而且，它在ENSIO位设置为“1”后，振荡器启动时间最多为500 μs，快速的启动时间使得系统能够更快地进入工作状态。

高防护性能

芯片具有出色的ESD保护性能，超过2000 V HEM（人体模型）、200 V MM（机器模型）和1000 V CDM（带电器件模型），并且经过了JEDEC标准JESD78的闩锁测试，超过100 mA。这些防护措施确保了芯片在复杂的电磁环境中能够稳定可靠地工作。

多种封装可选

PCA9564提供了多种封装形式，包括DIP20、SO20、TSSOP20和HVQFN20等。不同的封装可以满足不同应用场景的需求，例如，DIP20封装便于手工焊接和调试，适合初步开发；而HVQFN20封装体积小，适合对空间要求较高的应用。

适用广泛的应用场景

扩展I²C总线端口

对于那些本身没有I²C总线端口的控制器或处理器，PCA9564可以为它们添加I²C总线端口。同时，对于需要多个I²C总线端口的设备，它也能提供额外的端口，满足与更多I²C或SMBus组件通信的需求。这在一些物联网设备、智能家居控制板等应用中非常实用。

替代升级选择

PCA9564可以作为PCF8584的升级替代品，提供更高的频率和更低的电压工作模式。它能在3.3 V和2.5 V电压节点工作，支持高达400 kHz的I²C通信速度，并且内置振荡器，无需外部时钟输入，成本效益更高。此外，它还能以高达50 MHz的速度交换并行数据，可搭配更高速的处理器。

并行数据转串口

作为从发送器，PCA9564可以将8位并行数据转换为I²C串行数据流，避免在PCB板上铺设大量的走线，简化了电路板的设计。

PCA9564的寄存器详解

寄存器概述

PCA9564包含四个寄存器，分别是I²CSTA（状态寄存器）、I²CTO（超时寄存器）、I²CDAT（数据寄存器）和I²CCON（控制寄存器）。这些寄存器用于配置设备的操作以及发送和接收串行数据。在进行读写操作之前，需要通过设置A0和A1引脚的逻辑电平来选择相应的寄存器。

超时寄存器（I²CTO）

该寄存器用于确定SCL允许保持低电平的最长时间，当I²C接口工作时，每一次SCL转换都会将I²CTO的值加载到超时计数器中。通过设置TE位可以启用或禁用超时功能，超时周期为((I2CTO[6: 0]+1) ×113.7 mu s)。在某些情况下，如SCL被其他设备拉低等，超时功能可以帮助系统判断是否发生总线错误，并采取相应的措施。

地址寄存器（I²CADR）

在从模式下，需要将微控制器的从地址加载到该寄存器的高7位。该寄存器的内容在主模式下无关紧要，并且其最低位通常应编程为“0”。

数据寄存器（I²CDAT）

包含要发送或刚刚接收的一个字节串行数据。在主模式下，还包括主设备要发送的从地址以及读写位。CPU可以在特定条件下对该寄存器进行读写操作，并且当SIO生成中断时，该寄存器包含刚刚在I²C总线上传输的数据字节。

控制寄存器（I²CCON）

这是一个8位寄存器，微控制器可以对其进行读写操作。其中，SI位在请求串行中断时被置位，STO位在I²C总线上出现停止条件时被清除。通过对该寄存器的操作，可以控制I²C总线的各种状态，如启动条件、停止条件等。

工作模式及应用案例

工作模式

PCA9564有四种工作模式，分别是主发送器模式、主接收器模式、从接收器模式和从发送器模式。在不同的模式下，数据的传输方式和流程有所不同，并且通过I²CSTA寄存器的状态码可以判断当前的工作状态，并执行相应的中断服务程序。

应用案例

以主发送器模式为例，在进入该模式之前，需要对I²CCON寄存器进行初始化，设置ENSIO为1以启用SIO，同时重置STA、STO和SI位。当设置STA位后，SIO逻辑会检测I²C总线状态，一旦总线空闲，就会生成起始条件。之后，根据不同的状态码，执行相应的操作，如加载从地址和数据等。

电气特性与设计注意事项

绝对最大额定值

在使用PCA9564时，需要注意其绝对最大额定值，如电源电压范围为 -0.3 V至4.6 V，输入电压范围为 -0.8 V至6.0 V等。超过这些额定值可能会导致芯片损坏，因此在设计电路时要确保各项参数在安全范围内。

直流和交流特性

文档中详细给出了PCA9564的直流和交流特性参数，包括电源电流、输入输出电压、电容等。在设计过程中，需要根据这些参数来选择合适的外围电路元件，以确保芯片能够正常工作。

设计注意事项

在处理PCA9564时，虽然其输入输出具有静电放电保护功能，但仍需采取适当的防静电措施，特别是在操作MOS器件时。另外，在进行复位操作时，要注意可能会导致的总线干扰问题，避免在总线通信时进行复位操作。

总结

PCA9564作为一款功能强大的并行总线到I²C总线控制器，具有多种特性和广泛的应用场景。它的出现为电子工程师在实现不同总线之间的通信提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，我们需要深入了解其寄存器功能、工作模式以及电气特性等方面的知识，合理运用这些特性，才能充分发挥PCA9564的优势，设计出更加稳定、高效的电子系统。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。