PCF8575 — 16 квазидвунаправленных выводов по I²C

PCF8575 — шестнадцатибитный брат PCF8574: те же квазидвунаправленные выводы без регистров направления, тот же выход прерывания INT, но два порта по восемь выводов и шина I²C до 400 кГц. Обмен с ним — всегда пары байтов: первый для P07–P00, второй для P17–P10. Разбираем по даташиту Texas Instruments выводы, адреса, работу портов, токи, требования к питанию и чем он отличается от PCF8574 и TCA9555.

Обновлено 1 ноября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Выводы
Как работают выводы
Обмен по I²C
Параметры
Питание, светодиоды и уровни
PCF8575, PCF8574 и TCA9555
Расхождения в документации

PCF8575 (Texas Instruments) — расширитель портов на 16 выводов для шины I²C и SMBus. Как и восьмибитный PCF8574, он не имеет регистров: каждый вывод квазидвунаправленный — выход с сильным нулём и слабой единицей, который одновременно служит входом. Если нужны регистры направления и полярности, ту же расстановку выводов и те же адреса имеют TCA9555 и PCA9555; подробнее с регистрами устроен MCP23017.

Коротко

Питание — 2,5–5,5 В, предел 6,5 В; входы — не выше VCC + 0,5 В.
Шина — I²C до 400 кГц, адрес 0x20–0x27 выводами A0–A2, на general call не отвечает.
Порты — 16 квазидвунаправленных выводов: ноль — до 25 мА, единица — источник тока 30–300 мкА и короткий сильный импульс при записи.
Обмен — пары байтов: P07–P00, затем P17–P10; регистров нет.
Потребление — в покое 2,5 мкА тип., до 10 мкА; в работе на 400 кГц при 5,5 В — 100 мкА тип., до 200 мкА.
Корпуса — SSOP-24 (DB), QSOP-24 (DBQ), TVSOP-24, SOIC-24, TSSOP-24, VQFN-24 4 × 4 мм.

Выводы

PCF8575 в корпусах SSOP-24, TVSOP-24, SOIC-24 и TSSOP-24, вид сверху; в VQFN-24 номера выводов другие — см. таблицу

Вывод	DB, DBQ, DGV, DW, PW	RGE (VQFN)	Назначение
INT	1	22	выход прерывания, открытый сток; подтянуть к VCC
A1, A2	2, 3	23, 24	выводы адреса; прямо к VCC или GND
P00–P07	4–11	1–8	порт 0
GND	12	9	общий провод
P10–P17	13–20	10–17	порт 1
A0	21	18	вывод адреса
SCL	22	19	тактовая линия I²C, подтяжка к VCC
SDA	23	20	линия данных I²C, подтяжка к VCC
VCC	24	21	питание

Расстановка совпадает с TCA9555 и PCA9555. Корпуса: SSOP-24 (DB), QSOP-24 (DBQ, 8,65 × 6 мм по таблице на с. 1; даташит PCF8575 называет его SSOP, а TI в даташите PCA9555 — QSOP), TVSOP-24 (DGV), SOIC-24 (DW), TSSOP-24 (PW) и VQFN-24 4 × 4 мм (RGE); у некоторых вариантов поставки (PCF8575DB, PCF8575DW, PCF8575PW без R) в таблице заказа стоит «снят с производства», те же корпуса на катушке (с R на конце) выпускаются.

Как работают выводы

После включения все выводы в единице. В единице к VCC подключён только слабый источник тока IOH: от 30 до 300 мкА при выводе, замкнутом на землю. Его достаточно, чтобы вход читался единицей, и мало, чтобы кнопка или открытый коллектор не смогли опустить вывод в ноль. Когда в вывод записывают единицу, на короткое время включается сильная подтяжка IOHT — от 0,5 мА (1 мА тип.) при 2,5 В: она быстро поднимает фронт на нагруженном выходе и выключается спадом SCL (разд. 8.1). В нуле вывод принимает ток: гарантированно 5 мА при 0,4 В и 10 мА при 1 В, типично 15 и 25 мА; по рабочим условиям — не больше 25 мА на вывод, а по предельным режимам через вывод VCC или GND — не больше ±100 мА на весь корпус.

Наш вывод: чтобы прочитать вывод, в него сначала записывают единицу — это требование TI («The I/Os should be high before being used as inputs»). Если в вывод записан ноль, а снаружи на него подаётся единица, через выход к земле течёт ток IOL — микросхема не «видит» вход и греется. Поэтому при смешанном использовании программа держит в памяти маску входов и всегда пишет в эти биты единицы.

Наш расчёт скорости слабой единицы: источник 30 мкА заряжает вывод с нагрузкой 100 пФ со скоростью 30 · 10⁻⁶ / 100 · 10⁻¹² = 0,3 В/мкс, и до 3,5 В (порог 0,7 · VCC при 5 В) он поднимается примерно за 12 мкс. После записи фронт ускоряет IOHT, но после отпускания кнопки линия поднимается только слабым током — при длинных проводах к входам лучше добавить внешний подтягивающий резистор.

Выход INT — открытый сток: он опускается при любом изменении уровня на входах и действителен через tiv до 4 мкс. Сбрасывается прерывание, когда вход возвращается в прежнее состояние или когда контроллер читает или записывает порт, вызвавший прерывание; изменения, пришедшие во время такта подтверждения, могут потеряться (разд. 8.1).

Обмен по I²C

Адресный байт — 0100 A2 A1 A0 и бит R/W, семибитные адреса 0x20–0x27. В таблице адресов (разд. 8.3.3) TI пишет их восьмибитно: запись 0x40–0x4E, чтение 0x41–0x4F. Адресные выводы подключают прямо к питанию или земле и не меняют между Start и Stop. На адрес general call PCF8575 не отвечает.

Запись: адрес с R/W = 0, затем пары байтов — первый для P07–P00, второй для P17–P10. Новые 16 бит появляются на выводах через tpv (до 4 мкс) после подтверждения второго байта; пар в одной передаче может быть сколько угодно, каждая перезаписывает предыдущую. Чтение: адрес с R/W = 1, затем микросхема выдаёт байт порта 0, потом байт порта 1, и так по кругу. Данные на входе фиксируются по такту подтверждения: время установки tsu — от 0 мкс, удержания th — не меньше 4 мкс; если вход меняется быстрее, чем контроллер читает, изменение теряется.

Параметры

Условия — VCC 2,5–5,5 В, −40…+85 °C, если не указано иное (табл. 5.3–5.7).

Параметр	Мин.	Тип.	Макс.	Условия
Питание VCC	2,5 В	—	5,5 В	предел 6,5 В
Единица на входе	0,7 · VCC	—	VCC + 0,5 В	—
Ноль на входе	−0,5 В	—	0,3 · VCC	—
Порог сброса VPOR	—	1,2 В	1,8 В	—
Ток единицы IOH	−30 мкА	—	−300 мкА	вывод на земле
Импульс подтяжки IOHT	−0,5 мА	−1 мА	—	2,5 В, во время подтверждения
Ток нуля IOL	5 мА	15 мА	—	0,4 В на выводе
То же	10 мА	25 мА	—	1 В на выводе
Ток нуля SDA	3 мА	—	—	0,4 В
Ток нуля INT	1,6 мА	—	—	0,4 В
Потребление в работе	—	100 мкА	200 мкА	5,5 В, 400 кГц
То же	—	30 мкА	75 мкА	3,6 В
Покой	—	2,5 мкА	10 мкА	2,7–5,5 В, без тактов
Добавка тока ΔICC	—	—	200 мкА	один вход на VCC − 0,6 В
Частота I²C	—	—	400 кГц	—
Выход после подтверждения tpv	—	—	4 мкс	CL ≤ 100 пФ
Прерывание tiv и сброс tir	—	—	4 мкс	—

Предельные режимы (с. 4): VCC — от −0,5 до 6,5 В, входы и выходы — от −0,5 В до VCC + 0,5 В; ток нуля одного выхода — 50 мА, единицы — −4 мА; через вывод VCC или GND — ±100 мА. Тепловое сопротивление кристалл — среда: 87,8 °C/Вт у DB, 61 у DBQ, 86 у DGV, 75,6 у DW, 99,7 у PW и 53,6 °C/Вт у RGE.

Питание, светодиоды и уровни

На примере схемы (рис. 9-1) TI требует подтягивать SDA и SCL к тому же VCC, что питает PCF8575: если подтяжки шины питаются от отдельного источника, который может работать при выключенном VCC, растёт ток потребления. Неиспользуемые выводы в том же примере настроены выходами. Ток покоя растёт и тогда, когда вход стоит ниже VCC: ΔICC — до 200 мкА на вход при VCC − 0,6 В.

Светодиод подключают анодом через резистор к VCC, катодом к выводу: в нуле вывод принимает ток, а единица — всего 30–300 мкА — светодиод не зажжёт. Выключенный светодиод держит вывод на прямое напряжение ниже VCC, и это тот самый случай ΔICC. TI предлагает резистор 100 кОм параллельно светодиоду или питание светодиодов от напряжения, которое выше VCC на прямое напряжение светодиода (разд. 9.2.1.1).

Наш вывод об уровнях: порог единицы — 0,7 · VCC. При VCC = 5 В это 3,5 В, и двухтактный выход 3,3-вольтовой схемы, подключённый к входу PCF8575, единицу не даёт; в такой схеме PCF8575 питают от 3,3 В или ставят преобразователь уровней. Входы допускают не больше VCC + 0,5 В, так что сигналы 5 В на PCF8575 с питанием 3,3 В подавать нельзя.

PCF8575, PCF8574 и TCA9555

Параметр	PCF8575	PCF8574	TCA9555
Выводов	16	8	16
Питание	2,5–5,5 В	2,5–6 В	1,65–5,5 В
Частота I²C	до 400 кГц	до 100 кГц	до 400 кГц
Направление	квазидвунаправленные	квазидвунаправленные	регистр
Единица на выходе	источник 30–300 мкА	источник 30–310 мкА	двухтактный, до 10 мА
Ноль на выходе	до 25 мА	до 25 мА	до 25 мА
Обмен	пары байтов	один байт	командный байт и регистры
Адреса	0x20–0x27	0x20–0x27	0x20–0x27

Наш вывод: PCF8575 удобен там, где выводы в основном работают входами с кнопками или выходами на светодиоды и ключи с активным нулём. Если выход должен отдавать ток в единице или вход должен оставаться высокоимпедансным, лучше TCA9555 с теми же адресами и выводами. Все три микросхемы делят один диапазон адресов, поэтому на одной шине их суммарно не больше восьми.

Расхождения в документации

Код корпуса VQFN. В таблице корпусов на с. 1 — «VQFN (RGV, 24)», а рисунок выводов, тепловые характеристики, таблица заказа и чертежи — RGE (в приложении два чертежа: RGE0024C и RGE0024R).
«Двухтактная структура». В таблице выводов (с. 3) у всех P-выводов написано «Push-pull design structure», а разд. 8.1 и рис. 8-2 описывают квазидвунаправленный вывод с источником тока IOH и кратковременной подтяжкой IOHT.
Лишние байты при записи. Разд. 8.3.1 говорит, что байты после первого подтверждённого байта данных микросхема игнорирует; разд. 8.1 — что число байтов не ограничено и каждые два байта перезаписывают предыдущие. Правильно второе: у PCF8575 два порта.
Требования к питанию при сбросе. Разд. 9.3.1 обещает требования к нарастанию VCC «ниже», но таблицы в даташите нет — сразу следует разд. 9.3.2.
Модель машины ESD. Свойства на с. 1 называют 200 В по модели машины, а таблица ESD (разд. 5.2) приводит только 2000 В по модели тела человека и 1000 В по модели заряженного устройства.
Неполная тепловая таблица. Для DBQ и DGV в разд. 5.4 дано только RθJA, остальные строки пустые.

Частые вопросы

Как переключить вывод PCF8575 на вход?

Записать в него единицу. Регистров направления у PCF8575 нет: вывод в единице подтянут к питанию слабым источником тока 30–300 мкА, и внешний сигнал или кнопка легко опускает его в ноль. После включения питания все выводы уже в единице и работают как входы. Если на вывод, в который записан ноль, подать единицу снаружи, через него к земле потечёт большой ток.

Сколько байтов передавать PCF8575?

Всегда чётное число: первый байт относится к P07–P00, второй — к P17–P10, затем снова к порту 0 и так далее. Новые 16 бит появляются на выводах после второго байта пары. Чтение устроено так же: после адреса с битом чтения микросхема выдаёт байт порта 0, затем байт порта 1. Командного байта и регистров нет.

Какой адрес у PCF8575?

Семибитный адрес — 0100 A2 A1 A0, от 0x20 до 0x27. TI в таблице адресов приводит восьмибитную запись: адреса записи 0x40–0x4E и чтения 0x41–0x4F. Выводы A0–A2 подключают прямо к VCC или GND, подтягивающие резисторы им не нужны. Тот же диапазон занимают PCF8574, TCA9555, PCA9555 и MCP23017.

Можно ли поставить PCF8575 вместо PCF8574?

Программно — нет: PCF8574 обменивается одним байтом, PCF8575 — парами байтов, и корпус у него на 24 вывода. Зато PCF8575 работает на 400 кГц против 100 кГц у PCF8574. Верхняя граница питания у PCF8575 — 5,5 В, у PCF8574 — 6 В. Если нужны настоящие регистры направления, удобнее TCA9555 с той же расстановкой выводов.

Источники

Texas Instruments. PCF8575 Remote 16-Bit I2C and SMBus I/O Expander with Interrupt Output (SCPS121I, January 2005, revised August 2024) — с. 1 — свойства (10 мкА, 400 кГц, источник тока к VCC, ESD 2000/200/1000 В), таблица корпусов (DB, DBQ, DGV, DW, PW, «RGV»); с. 3 — выводы; с. 4 — предельные режимы (6,5 В, ±100 мА), ESD, рабочие условия (2,5–5,5 В, IOH −1 мА, IOHT −10 мА, IOL 25 мА), тепловые характеристики; с. 5 — табл. 5.5 (VPOR 1,2/1,8 В, IOH −30…−300 мкА, IOHT −0,5/−1 мА, IOL 5/15 и 10/25 мА, ICC 100/200 и 2,5/10 мкА, ΔICC 200 мкА) и 5.6 (400 кГц); с. 6 — табл. 5.7 (tiv, tir, tpv 4 мкс, tsu 0, th 4 мкс); с. 12–13 — разд. 8.1–8.2 (работа портов, пары байтов, рис. 8-2); с. 14–16 — разд. 8.3 (I²C, general call, адреса); с. 18 — рис. 9-1 и примечания; с. 19–21 — разд. 9.2–9.3; с. 23 — история ревизий; чертежи DGV0024A, DB, RGE0024C, RGE0024R, PW0024A — с. 29–43
Texas Instruments. PCF8574 Remote 8-Bit I/O Expander for I2C Bus (SCPS068K, revised September 2024) — для сравнения: с. 4 — рабочие условия (2,5–6 В, IOL 25 мА); с. 5 — табл. 5.5 (IOH −30…−310 мкА, IOL от 10 мА при 1 В) и 5.6 (I²C до 100 кГц)
Texas Instruments. TCA9555 Low-Voltage 16-Bit I2C and SMBus I/O Expander (SCPS200E, revised April 2019) — для сравнения: с. 3 — тот же фиксированный адрес, что у PCF8575 и PCF8574; с. 4 — та же расстановка выводов; с. 5 — 1,65–5,5 В; с. 17 — подтяжка 100 кОм

Нашли ошибку?