Arduino PCF8574

Отличный выбор! PCF8574 — это классический и очень популярный 8-битный расширитель ввода/вывода (I/O Expander) с интерфейсом I2C, который идеально подходит для Arduino, когда не хватает цифровых пинов.

Описание

PCF8574 — это микросхема от NXP Semiconductors, которая позволяет управлять 8-ми независимыми цифровыми входами/выходами, используя всего 2 провода шины I2C (плюс питание и земля). Это превращает её в "удлинитель" портов для Arduino.

• Основная задача: Увеличение количества цифровых пинов для подключения кнопок, светодиодов, реле, датчиков и других устройств.
• Принцип работы: Arduino выступает в роли ведущего устройства (Master) на шине I2C и отправляет команды на PCF8574, который является ведомым (Slave). Вы можете записывать состояние выходов (0 или 1) и читать состояние входов.
• Ключевая особенность: Выводы PCF8574 являются квазидвунаправленными (quasi-bidirectional). Это означает, что они по умолчанию работают как входы с подтяжкой к высокому уровню (логическая 1), а при записи "0" переходят в режим выхода с низким уровнем. Это упрощает подключение кнопок и светодиодов без дополнительных резисторов.

Технические характеристики

| Параметр | Значение / Описание | | :--- | :--- | | Интерфейс | I2C (TWI), совместимый до 100 кГц (стандартный режим) | | Напряжение питания | 2.5В - 6.0В (отлично работает от 3.3В и 5В систем Arduino) | | Количество портов ввода/вывода | 8 независимых линий (P0-P7) | | Ток потребления | Низкий, в режиме ожидания ~10 мкА | | Ток на один вывод (сток/исток) | До ~25 мА (максимум, не на всех выводах одновременно!) | | Общий ток через чип | Не более 100-200 мА (следите за даташитом конкретной модели) | | Разрешение адреса I2C | 8 возможных адресов (задается перемычками на ножках A0, A1, A2). Базовый адрес: 0x20 (шестн.). | | Прерывание (INT) | Имеет вывод прерывания. Может информировать Arduino об изменении состояния на входах, без постоянного опроса. | | Корпус | Обычно DIP-16 или SO-16 (для пайки на плату) |

Важные ограничения:

• Ток: Не предназначен для прямого управления мощными нагрузками (моторы, мощные реле). Используйте транзисторы или драйверы.
• Частота: Не такой быстрый, как прямые пины Arduino. Не подходит для задач, критичных ко времени (например, WS2812B).

Парт-номера и совместимые модели

Оригинальные микросхемы от NXP (основные)

• PCF8574N — классическая модель в корпусе DIP-16 (для макетных плат).
• PCF8574PW — в корпусе TSSOP-16 (для поверхностного монтажа).
• PCF8574T — в корпусе SO-16.

Совместимые аналоги и клоны (полные аналоги)

Многие производители выпускают полностью совместимые чипы. Они взаимозаменяемы:

• Texas Instruments (TI): PCF8574N, PCF8574PWR
• STMicroelectronics: PCF8574T
• Прочие азиатские производители: Обозначаются обычно тем же номером.

Модели с другим адресом

• PCF8574A — полный аналог по функционалу, но с другим базовым адресом I2C: 0x38 (шестн.). Это позволяет подключить на одну шину I2C до 16 чипов (8x PCF8574 + 8x PCF8574A).

Улучшенные / Расширенные версии

1. PCF8575 — 16-битный расширитель (управляет 16 выводами). Адрес 0x20-0x27. Работает от 2.5В до 5.5В.
2. PCA8574 — Функционально идентичен PCF8574, но имеет более строгие временные характеристики.
3. PCA9535 / PCA9555 — Более современные 16-битные аналоги от NXP. Имеют отдельные регистры настройки направления порта (вход/выход) и подтяжки, что дает больше контроля.
4. MCP23017 (от Microchip) — "Золотой стандарт" для Arduino. 16 портов, отдельные регистры конфигурации, мощные драйверы, больше настроек прерываний. Часто рекомендуется как более гибкая альтернатива.

Популярные модули для Arduino на базе PCF8574

Чаще всего чип покупают в виде готового модуля, который включает все необходимое:

1. Модуль PCF8574 I/O Expander:

   • Сам чип PCF8574 в DIP-корпусе.
   • Разъем для шины I2C (GND, VCC, SDA, SCL).
   • Перемычки для настройки адресов A0-A2.
   • Клеммник или пины для всех 8 портов (P0-P7).
   • Светодиод питания и подтягивающие резисторы на SDA/SCL.

2. Модуль PCF8574 для LCD 1602/2004:

   • Самое популярное применение! Модуль, на который уже установлен PCF8574 и разъем для подключения стандартного LCD дисплея (16x2, 20x4).
   • Позволяет управлять дисплеем по I2C, используя всего 4 провода (VCC, GND, SDA, SCL) вместо 10+.
   • Имеет потенциометр для регулировки контраста.

Библиотеки для работы с Arduino

Для удобства работы используются готовые библиотеки:

• Arduino IDE (Менеджер библиотек): PCF8574 by xreef — одна из самых популярных и функциональных.
• Для LCD дисплеев: LiquidCrystal_I2C by Frank de Brabander — стандартная библиотека, которая поддерживает большинство модулей на PCF8574.

Пример адресации: Если перемычки A0,A1,A2 не замкнуты, адрес будет 0x27 для PCF8574 или 0x3F для PCF8574A (часто встречается на китайских модулях для LCD). Адрес можно проверить с помощью сканера I2C.

Итог: PCF8574 — это простое, дешевое и эффективное решение для расширения ввода/вывода в проектах Arduino, особенно для статических или медленно меняющихся сигналов. Для более сложных задач рассмотрите MCP23017 или PCA9555.