PCA9564：并行總線到I2C總線控制器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，尋找合適的總線控制器來實現不同總線之間的高效通信是一項關鍵任務。今天，我將為大家詳細介紹一款功能強大的并行總線到I2C總線控制器——PCA9564，希望能為大家的設計工作提供有價值的參考。

文件下載：PCA9564PW,118.pdf

PCA9564的特性亮點

多功能協議轉換

PCA9564作為并行總線到I2C總線的協議轉換器和接口，具備主從兩種功能，支持多主模式。這使得它能夠在復雜的總線環境中靈活工作，實現并行總線系統與I2C總線之間的雙向通信。比如在一些需要多個設備協同工作的項目中，它可以很好地協調各個設備之間的通信。

低電壓寬范圍供電

該芯片的工作電源電壓范圍為2.3 V至3.6 V，并且I/O引腳具有5 V容限。這種低電壓、寬范圍的供電特性不僅降低了功耗，還增強了芯片的兼容性和穩定性。在一些對功耗要求較高的便攜式設備中，PCA9564能夠很好地滿足需求。

內部振蕩器優勢

PCA9564內置9 MHz振蕩器，用于所有I2C時序。這一設計減少了外部組件的使用，降低了成本和電路板空間，同時提高了系統的穩定性。而且，它在ENSIO位設置為“1”后，振蕩器啟動時間最多為500 μs，快速的啟動時間使得系統能夠更快地進入工作狀態。

高防護性能

芯片具有出色的ESD保護性能，超過2000 V HEM（人體模型）、200 V MM（機器模型）和1000 V CDM（帶電器件模型），并且經過了JEDEC標準JESD78的閂鎖測試，超過100 mA。這些防護措施確保了芯片在復雜的電磁環境中能夠穩定可靠地工作。

多種封裝可選

PCA9564提供了多種封裝形式，包括DIP20、SO20、TSSOP20和HVQFN20等。不同的封裝可以滿足不同應用場景的需求，例如，DIP20封裝便于手工焊接和調試，適合初步開發；而HVQFN20封裝體積小，適合對空間要求較高的應用。

適用廣泛的應用場景

擴展I2C總線端口

對于那些本身沒有I2C總線端口的控制器或處理器，PCA9564可以為它們添加I2C總線端口。同時，對于需要多個I2C總線端口的設備，它也能提供額外的端口，滿足與更多I2C或SMBus組件通信的需求。這在一些物聯網設備、智能家居控制板等應用中非常實用。

替代升級選擇

PCA9564可以作為PCF8584的升級替代品，提供更高的頻率和更低的電壓工作模式。它能在3.3 V和2.5 V電壓節點工作，支持高達400 kHz的I2C通信速度，并且內置振蕩器，無需外部時鐘輸入，成本效益更高。此外，它還能以高達50 MHz的速度交換并行數據，可搭配更高速的處理器。

并行數據轉串口

作為從發送器，PCA9564可以將8位并行數據轉換為I2C串行數據流，避免在PCB板上鋪設大量的走線，簡化了電路板的設計。

PCA9564的寄存器詳解

寄存器概述

PCA9564包含四個寄存器，分別是I2CSTA（狀態寄存器）、I2CTO（超時寄存器）、I2CDAT（數據寄存器）和I2CCON（控制寄存器）。這些寄存器用于配置設備的操作以及發送和接收串行數據。在進行讀寫操作之前，需要通過設置A0和A1引腳的邏輯電平來選擇相應的寄存器。

超時寄存器（I2CTO）

該寄存器用于確定SCL允許保持低電平的最長時間，當I2C接口工作時，每一次SCL轉換都會將I2CTO的值加載到超時計數器中。通過設置TE位可以啟用或禁用超時功能，超時周期為((I2CTO[6: 0]+1) ×113.7 mu s)。在某些情況下，如SCL被其他設備拉低等，超時功能可以幫助系統判斷是否發生總線錯誤，并采取相應的措施。

地址寄存器（I2CADR）

在從模式下，需要將微控制器的從地址加載到該寄存器的高7位。該寄存器的內容在主模式下無關緊要，并且其最低位通常應編程為“0”。

數據寄存器（I2CDAT）

包含要發送或剛剛接收的一個字節串行數據。在主模式下，還包括主設備要發送的從地址以及讀寫位。CPU可以在特定條件下對該寄存器進行讀寫操作，并且當SIO生成中斷時，該寄存器包含剛剛在I2C總線上傳輸的數據字節。

控制寄存器（I2CCON）

這是一個8位寄存器，微控制器可以對其進行讀寫操作。其中，SI位在請求串行中斷時被置位，STO位在I2C總線上出現停止條件時被清除。通過對該寄存器的操作，可以控制I2C總線的各種狀態，如啟動條件、停止條件等。

工作模式及應用案例

工作模式

PCA9564有四種工作模式，分別是主發送器模式、主接收器模式、從接收器模式和從發送器模式。在不同的模式下，數據的傳輸方式和流程有所不同，并且通過I2CSTA寄存器的狀態碼可以判斷當前的工作狀態，并執行相應的中斷服務程序。

應用案例

以主發送器模式為例，在進入該模式之前，需要對I2CCON寄存器進行初始化，設置ENSIO為1以啟用SIO，同時重置STA、STO和SI位。當設置STA位后，SIO邏輯會檢測I2C總線狀態，一旦總線空閑，就會生成起始條件。之后，根據不同的狀態碼，執行相應的操作，如加載從地址和數據等。

電氣特性與設計注意事項

絕對最大額定值

在使用PCA9564時，需要注意其絕對最大額定值，如電源電壓范圍為 -0.3 V至4.6 V，輸入電壓范圍為 -0.8 V至6.0 V等。超過這些額定值可能會導致芯片損壞，因此在設計電路時要確保各項參數在安全范圍內。

直流和交流特性

文檔中詳細給出了PCA9564的直流和交流特性參數，包括電源電流、輸入輸出電壓、電容等。在設計過程中，需要根據這些參數來選擇合適的外圍電路元件，以確保芯片能夠正常工作。

設計注意事項

在處理PCA9564時，雖然其輸入輸出具有靜電放電保護功能，但仍需采取適當的防靜電措施，特別是在操作MOS器件時。另外，在進行復位操作時，要注意可能會導致的總線干擾問題，避免在總線通信時進行復位操作。

總結

PCA9564作為一款功能強大的并行總線到I2C總線控制器，具有多種特性和廣泛的應用場景。它的出現為電子工程師在實現不同總線之間的通信提供了一個優秀的解決方案。在實際設計中，我們需要深入了解其寄存器功能、工作模式以及電氣特性等方面的知識，合理運用這些特性，才能充分發揮PCA9564的優勢，設計出更加穩定、高效的電子系統。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。