这个电路是基于PCF8574（或兼容型号）的 I2C 接口 GPIO 扩展方案，核心功能是通过 I2C 总线为 MCU 扩展 8 路可配置的 GPIO 口（功能说明中 "10 路" 应为标注简化或扩展多片的场景），适用于 MCU GPIO 资源不足的场景。下面从元件作用 、工作原理 、设计要点展开分析：
一、关键元件作用拆解
| 元件 | 作用说明 |
|---|---|
| PCF8574（核心芯片） | I2C 接口的 8 位 GPIO 扩展器，支持输入 / 输出双向配置，通过 I2C 与 MCU 通信，扩展 8 路 GPIO（图中标注的OUTPUT P0-P7为实际输出，P8-P9为标注简化或多片扩展的预留）。 |
| R17、R18（4.7KΩ） | I2C 总线（SDA/SCL）的上拉电阻，保证总线空闲时为高电平，维持 I2C 通信的电气特性，4.7KΩ 是 I2C 总线的典型取值。 |
| C14（10uF/25V） | 电源去耦电容，滤除 3.3V 电源的高频噪声，需紧贴芯片 VCC 引脚放置，减少电源波动对 I2C 通信的干扰。 |
| A0/A1/A2（地址引脚） | 上拉至 VCC3V3，配置芯片的 I2C 地址为0x27（7 位地址），最多支持 8 片 PCF8574 通过改变 A0/A1/A2 电平扩展到 64 路 GPIO。 |
| INTN（中断引脚） | 开漏输出引脚，当输入引脚状态变化时，会拉低电平向 MCU 发送中断信号，避免 MCU 轮询输入状态，提升响应效率。 |
二、核心工作原理
PCF8574 通过 I2C 总线与 MCU 实现双向通信，核心流程如下：
- I2C 初始化 ：MCU 通过 I2C 总线发送地址帧，匹配 PCF8574 的地址（
0x27），建立通信连接。 - GPIO 配置与控制 ：
- 输出模式：MCU 通过 I2C 写入 8 位数据，直接控制每个 GPIO 引脚的高低电平（如驱动 LED、继电器等外设）。
- 输入模式 ：MCU 通过 I2C 读取 8 位数据，获取外部输入状态（如按键、传感器信号）；当输入状态变化时，
INTN引脚会产生中断，通知 MCU 及时读取数据。
- 中断响应 ：
INTN为开漏输出，需 MCU 引脚配置为上拉输入；中断触发时，MCU 通过 I2C 读取输入状态并处理，处理完成后可通过 I2C 写入数据清除中断。
三、设计要点解读
-
I2C 总线设计
- 上拉电阻 R17、R18 的阻值（10KΩ）需匹配 I2C 总线的通信速率（最高 100kHz 标准模式），若需高速模式（400kHz），可适当减小阻值（如 4.7KΩ）。
- 总线长度不宜超过 1 米，否则需增加总线驱动芯片或调整上拉电阻阻值，避免信号衰减。
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地址配置 A0/A1/A2 上拉至 VCC3V3 时，7 位 I2C 地址为
0x27（二进制0100111），读写地址分别为0x4E（写）和0x4F（读）；若需扩展多片 PCF8574，可将 A0/A1/A2 接地或接 VCC，最多支持 8 片设备（地址范围0x20~0x27）。 -
中断引脚处理
INTN为开漏输出，需 MCU 引脚配置为上拉输入模式（内部上拉或外部加 10KΩ 上拉电阻），否则中断信号可能无法被正确检测。 -
电源稳定性去耦电容 C14 必须紧贴芯片 VCC 引脚放置，减少电源噪声对 I2C 通信的干扰；若系统电源波动较大，可增加 10uF 低频滤波电容进一步优化。
四、典型应用场景
该电路广泛用于MCU GPIO 资源不足的场景，例如：
- 工业控制：扩展多路继电器、传感器输入 / 输出接口；
- 智能家居：控制多路 LED 灯、按键输入、温湿度传感器等外设；
- 消费电子：为小型 MCU 扩展外设接口，如智能手表、便携设备等。