探索PCF8584：I2C總線控制器的卓越之選

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

文件下載：PCF8584T 2,512.pdf

一、PCF8584概述

1.1 特性亮點

PCF8584采用CMOS技術(shù)，具備多種出色特性。它可以作為標準高速并行總線與串行I2C總線之間的接口設(shè)備，兼容8049、8051、6800、68000和Z80等多種并行總線微控制器/微處理器。同時，它支持主從兩種功能模式，能夠自動檢測和適應(yīng)總線接口類型，還擁有可編程中斷向量、多主能力、I2C總線監(jiān)控模式以及長距離模式（4線）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

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

1.3 訂購信息

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)實際需求進行選擇。

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鐘發(fā)生器的時鐘輸入；SDA或SDA OUT引腳作為I2C總線串行數(shù)據(jù)輸入/輸出；SCL或SCL IN引腳則是I2C串行時鐘輸入/輸出；IACK或SDA IN引腳用于中斷確認輸入；INT或SCL OUT引腳為中斷輸出等。每個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可以自動選擇80XX模式或68000模式接口，通過檢測第一個WR - CS信號序列來實現(xiàn)。默認情況下為80XX型接口，如果在$overline{CS}$為HIGH時檢測到$overline{WR}(R overline{W})$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)部有五個內(nèi)部寄存器位置，其中三個（自身地址寄存器S0'、時鐘寄存器S2和中斷向量S3）用于芯片的初始化，通常在復(fù)位后只寫入一次。另外兩個寄存器（數(shù)據(jù)緩沖/移位寄存器S0和控制/狀態(tài)寄存器S1）在實際數(shù)據(jù)傳輸/接收過程中使用。

• 自身地址寄存器S0'：當PCF8584作為從設(shè)備被尋址時，需要將7位I2C總線地址加載到該寄存器中。初始化時必須對其進行寫入操作，當接收到該地址時，狀態(tài)寄存器S1中的AAS位將被置位。
• 時鐘寄存器S2：用于控制芯片時鐘頻率和SCL時鐘頻率。通過設(shè)置不同的位組合，可以選擇不同的內(nèi)部時鐘頻率和SCL頻率。
• 中斷向量S3：為向量中斷微控制器提供一個8位用戶可編程向量。當斷言中斷確認信號且ENI標志置位時，該向量將在總線端口可用。
• 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總線的讀寫操作都通過該寄存器進行。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)寫入S0移位寄存器后即可發(fā)送到I2C總線。
• 控制/狀態(tài)寄存器S1：該寄存器控制I2C總線操作并提供I2C總線狀態(tài)信息。它有單獨的讀寫功能，寫操作部分用于寄存器訪問控制和I2C總線信號控制，讀操作部分提供I2C總線狀態(tài)信息。

三、特殊功能模式

3.1 選通模式

當I2C總線控制器接收到自身地址（或“00H”通用調(diào)用地址）后緊接著一個停止條件時，會在RESET/STROBE引腳產(chǎn)生一個選通輸出信號。該信號為單穩(wěn)態(tài)輸出脈沖（低電平有效），持續(xù)8個時鐘周期，可作為多主并行總線系統(tǒng)的總線訪問控制器。

3.2 長距離模式

長距離模式允許通過兩個I2C總線控制器在并行處理器之間進行長距離串行通信。通過將ES1置為邏輯1且串行接口啟用（ESO = 1）來選擇該模式。在該模式下，I2C總線協(xié)議通過4條單向線路（SDA OUT、SCL IN、SDA IN和SCL IN）傳輸，需要連接線路驅(qū)動器/接收器。但在進入該模式前，必須將ENI置為邏輯0，并且在加電時需要確保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7位自身地址寄存器S0'加載全零值時，I2C總線控制器作為被動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)生確認信號和中斷請求，BB位在檢測到起始條件后置為邏輯0，在停止條件后置為邏輯1。通過PIN位監(jiān)控總線流量，接收到的數(shù)據(jù)會自動傳輸?shù)阶x緩沖器。

四、軟件與時序

4.1 軟件流程圖示例

文檔中提供了初始化和實現(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，包括向各個寄存器加載特定值等操作。實現(xiàn)流程圖則說明了在輪詢應(yīng)用中實現(xiàn)主發(fā)送、主接收、主發(fā)送重復(fù)啟動和主接收模式的正確編程序列。

4.2 I2C總線時序圖

給出了PCF8584在主/從功能下的典型I2C總線時序圖，包括主發(fā)送、主接收、從發(fā)送和從接收模式的時序。這些時序圖有助于工程師理解芯片在不同模式下的工作時間特性，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 并行接口時序

詳細規(guī)定了并行接口的各種時序參數(shù)，包括時鐘上升時間、下降時間、輸入時鐘周期等。這些參數(shù)對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)計時需要嚴格按照這些時序要求進行電路設(shè)計。

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在實際電路中的連接方式。此外，還給出了一些應(yīng)用注意事項和相關(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，為工程師的實際應(yīng)用提供了參考。

5.2 焊接方法

對于不同的封裝，有不同的焊接方法。DIP封裝可以采用浸焊或波峰焊，焊接時要注意焊料的最高允許溫度為260°C，接觸時間不超過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間等。在修復(fù)焊點時，也要根據(jù)不同的封裝和溫度要求進行操作。

六、總結(jié)

PCF8584作為一款功能強大的I2C總線控制器，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的寄存器控制，為電子工程師在設(shè)計并行總線與I2C總線通信系統(tǒng)時提供了極大的便利。然而，在使用過程中，工程師需要仔細考慮芯片的各種參數(shù)和時序要求，嚴格按照文檔中的規(guī)定進行設(shè)計和操作，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，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。希望通過本文的介紹，能讓更多的工程師對PCF8584有更深入的了解，在實際項目中能夠更好地應(yīng)用這款芯片。大家在使用PCF8584的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。