### I²C总线控制器及其在机顶盒中的应用
#### 引言
在现代电子系统设计中，I²C（Inter-Integrated Circuit）总线作为一种高效、简洁的芯片间通信方式，扮演着至关重要的角色。它最初由荷兰飞利浦公司（现恩智浦半导体）开发，旨在替代传统复杂的并行总线系统，从而简化硬件设计，提升运行效率。I²C总线仅需两条线路——串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL），即可实现全双工数据传输，极大地简化了电路板布线，降低了成本。
#### I²C总线的发展与应用
自十年前推出基本版本以来，I²C总线的技术不断进步，数据传输速率从最初的100kbit/s提升至400kbit/s，寻址范围也从7位扩展到10位，这意味着更多的设备可以连接在同一总线上。I²C总线因其简单性和灵活性，在电信产品中得到了广泛应用，如彩色电视机、电话机、摄像机、VCD播放器、移动电话等。随着电子设备集成度的提高，I²C总线的应用领域还将进一步扩大。
#### I²C总线控制器——PCF8584
在许多情况下，由于某些微控制器或微处理器未内置I²C总线接口，这就需要使用I²C总线控制器作为中间桥梁。PCF8584便是这类控制器之一，它能够实现并行总线与I²C总线之间的双向通信，使得不支持I²C的单片机也能接入I²C总线网络，进行数据交换和控制。
##### PCF8584特性
- **协议转换与接口兼容**：PCF8584能实现并行总线到I²C总线的协议转换，适用于多种并行总线的微控制器或微处理器。
- **自动识别接口类型**：它能够自动识别并行总线接口类型，包括80xx系列（如8048、8051、Z80等）和68000系列。
- **主从工作模式**：支持主模式和从模式，主模式下可以发起数据传输，从模式下接收数据。
- **可编程中断矢量**：提供可编程的中断机制，便于处理数据传输过程中的异常情况。
- **远程工作模式**：支持四线模式，除了SDA和SCL外，还包括读写控制线和片选线，增强远程控制能力。
- **宽工作电压与温度范围**：工作电压范围为4.5V至5.5V，工作温度范围为-40℃至+85℃，确保在不同环境下稳定运行。
- **封装形式**：采用20引脚的双列直插式封装，便于电路板安装。
##### 内部结构与工作原理
PCF8584的内部结构主要包括寄存器组、并行总线控制逻辑和I²C总线接口控制三大部分。寄存器组由S0、S0′、S1、S2和S3组成，用于存储数据和控制信息。S0、S1具有双重功能，既可作为移位寄存器和数据缓冲器，又可作为控制和状态寄存器。寄存器访问受A0信号控制，结合S1中的ES0、ES1和ES2状态，决定具体访问哪个寄存器。
并行总线控制逻辑负责识别外部总线类型，并提供相应的控制信号。通过检测片选信号CS和写控制信号WR之间的时序关系，确定总线接口类型。这一过程需满足特定的时序要求，以确保正确的通信。
#### 应用案例：机顶盒中的I²C总线控制器
在机顶盒的设计中，I²C总线控制器如PCF8584发挥着关键作用。机顶盒通常包含多个需要通信的组件，如微处理器、存储器、调谐器、解码器等。通过I²C总线，这些组件可以实现高效的数据交换和状态监测，而无需复杂的布线。例如，微处理器可以通过I²C总线控制调谐器调整频道，或从存储器读取配置信息，实现对整个系统的智能管理。
此外，I²C总线还支持链式连接，即多个设备可以串联在同一总线上，只需占用两个引脚，极大节省了电路板空间，降低了成本。在机顶盒中，这种链式结构特别适合于连接多个传感器或小型控制模块，如温度传感器、电源监控模块等。
I²C总线控制器如PCF8584在机顶盒等电子设备中的应用，不仅简化了硬件设计，提升了系统性能，还为未来的功能扩展提供了灵活的接口。随着技术的不断进步，I²C总线及其控制器将在更多领域展现出其独特优势，推动电子设备向更小、更快、更智能的方向发展。
