Hướng dẫn Phân tích Hiệu suất và Thiết kế cho Bộ Mở rộng I/O 16-bit MCP23017T-E/SS

^{Ngày 21 tháng 8 năm 2025 Tin tức ️ Trong bối cảnh tiến bộ nhanh chóng trong điều khiển công nghiệp thông minh và các thiết bị đầu cuối IoT,chip mở rộng I / O MCP23017T-E / SS đã trở thành một thành phần không thể thiếu trong thiết kế hệ thống nhúng do hiệu suất kỹ thuật đặc biệt và khả năng cấu hình linh hoạtSử dụng công nghệ giao diện hàng loạt I2C tiên tiến, chip hỗ trợ một phạm vi điện áp rộng từ 1.7V đến 5.5V và đạt tốc độ giao tiếp lên đến 400kHz.cung cấp một giải pháp mở rộng cảng hiệu quả và đáng tin cậy cho các bộ điều khiển công nghiệp, hệ thống nhà thông minh, và các thiết bị tương tác người máy.trong khi chức năng gián đoạn mạnh mẽ cho phép phản hồi thời gian thực, nâng cao đáng kể hiệu quả hoạt động và độ tin cậy của các hệ thống phức tạp.}

^{MCP23017T-E / SS áp dụng một gói SSOP-28 nhỏ gọn chỉ có kích thước 10,2mm × 5,3mm, làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng không gian hạn chế.Chip tích hợp 16 cổng I / O hai chiều có thể cấu hình độc lập, được chia thành hai nhóm cổng 8 bit (A và B), mỗi cổng có thể lập trình riêng biệt như chế độ đầu vào hoặc đầu ra. Nó hỗ trợ giao thức giao tiếp I2C tiêu chuẩn,với địa chỉ thiết bị có thể cấu hình thông qua ba chân phần cứng (A0, A1, A2), cho phép tối đa 8 thiết bị tồn tại cùng một bus. Với phạm vi nhiệt độ hoạt động công nghiệp từ -40 °C đến 125 °C, nó đảm bảo hiệu suất ổn định trong môi trường khắc nghiệt.Chip kết hợp 11 đăng ký điều khiển bao gồm IODIR (điều khiển hướng I / O), IPOL (đổi đảo cực đầu vào) và GPINTEN (đưa phép ngắt)  mang lại tính linh hoạt cấu hình đặc biệt.}

^{Chip tích hợp các kháng cự kéo lên có thể lập trình (100kΩ mỗi cổng), đầu ra ngắt và khả năng phát hiện thay đổi cấp độ, cho phép theo dõi đầu vào thời gian thực với phản ứng ngắt trong vòng 5μs.Tiêu thụ hiện tại chờ của nó chỉ 1μA (thường), trong khi dòng điện hoạt động là 700μA (tối đa), làm cho nó đặc biệt phù hợp với các thiết bị chạy bằng pin. Nó hỗ trợ dung lượng đầu vào 5,5V, đảm bảo khả năng tương thích đầy đủ với cả hệ thống 3.3V và 5V.Hệ thống ngắt cung cấp hai chế độ: gián đoạn thay đổi mức độ và gián đoạn giá trị so sánh, có thể cấu hình thông qua sổ đăng ký INTCON.Chip cũng cung cấp hai chân ngắt độc lập (INTA và INTB tương ứng với các nhóm cổng A và B tương ứngCác tính năng này làm cho MCP23017 vượt trội trong các hệ thống điều khiển đòi hỏi tính phản hồi thời gian thực.}

^{Trong tự động hóa công nghiệp, chip này được sử dụng rộng rãi để mở rộng I / O kỹ thuật số trong hệ thống PLC, cung cấp 16 điểm I / O bổ sung cho mỗi chip để kết nối các nút, công tắc, cảm biến và chỉ báo.Trong các hệ thống nhà thông minhĐối với thiết bị điện tử tiêu dùng, nó phù hợp với các thiết bị ngoại vi chơi game, điều khiển từ xa thông minh và thiết bị.Các ứng dụng chính bao gồm:}

<sup>1.Quét ma trận nút (ma trận 8 × 8 có thể mở rộng đến 64 phím) cho máy chơi game công nghiệp
2.Điều báo trạng thái đèn LED đa kênh
3.Thảm biến nhiệt độ giao diện
4. Quản lý Relay
5.Digital Tube Display lái xe
6Trong cổng IoT, nó mở rộng khả năng kết nối cho nhiều cảm biến trong khi cho phép hoạt động năng lượng thấp thông qua các cơ chế ngắt.</sup>

Các thông số kỹ thuật bổ sung:

<sup>1.I2C Bus tương thích: Chế độ tiêu chuẩn (100kHz) và nhanh (400kHz)
2Bảo vệ ESD: ≥4kV (Mô hình cơ thể con người)
3.Power-on Reset Voltage: 1.5V (thường)
4Điện dự phòng: 1μA (thường) ở 3.3V
5Điện tích cực: 700μA (tối đa) ở 5V, 400kHz
6. Input Logic Điện áp cao: 0,7×VDD (min)
7. Input Logic Điện áp thấp: 0,3×VDD (tối đa)
8.Output Voltage Swing: 0.6V (max) từ đường ray ở 25mA</sup>

^{Đặc điểm đáng tin cậy:}

<sup>1. Độ bền: 100.000 chu kỳ ghi (tối thiểu)
2. Lưu trữ dữ liệu: 20 năm (tối thiểu)
3. Khả năng chống khóa: ± 200mA (Tiêu chuẩn JESD78)</sup>

^{Thiết kế năng lượng:}

^{Đặt tụ điện giải ly gốm 0.1μF song song với tụ điện tantalum 10μF giữa VDD và VSS để đảm bảo ổn định điện năng}

^{Thiết lập Bus I2C:}

Kết nối kháng cự kéo lên 4,7kΩ (đối với chế độ 400kHz) hoặc kháng cự kéo lên 2,2kΩ (đối với chế độ tốc độ cao)

^{Chọn địa chỉ:}

^{Thiết lập địa chỉ thiết bị thông qua các chân A0/A1/A2 với các điện trở 10kΩ (đất cho 0, VDD cho 1)}

^{Ngắt đầu đầu ra:}

^{Kết nối các chân đầu ra ngắt với bộ điều khiển chính thông qua các điện trở 100Ω với các tụ điện lọc 100pF}

^{Cấu hình GPIO:}

^{Khả năng kháng cự kéo lên bên trong khi cổng được cấu hình như đầu vào
Đối với điều khiển LED: thêm 330Ω kháng cự giới hạn dòng trong loạt
Đối với điều khiển rơle: kết hợp các diode tự do}

^{Khởi động lại mạch:}

Kéo chân RESET vào VDD thông qua điện trở 10kΩ
Tùy chọn: thêm 100nF tụ điện cho thời gian khởi động lại

Chú ý về thiết kế:

1. VDD Pin: Cần kết nối song song của tụ điện giải ly tần số cao 0,1μF và tụ điện lọc tần số thấp 10μF

^{2.I2C Bus: Các giá trị kháng cự kéo lên phải được chọn dựa trên tốc độ liên lạc:
Chế độ tiêu chuẩn (100kHz): 4,7kΩ
Chế độ nhanh (400kHz): 2,2kΩ}

3. Các chân chọn địa chỉ: Tất cả các chân địa chỉ (A0 / A1 / A2) phải được kết nối với các mức logic cuối cùng thông qua điện trở để tránh nổi.

^{4.GPIO cổng:}

^{Khi điều khiển đèn LED: Cần kháng cự giới hạn dòng dòng.
Khi vận hành tải cảm ứng: Diode bảo vệ phải được thêm vào.}

5. Đường dẫn đầu ra bị ngắt: Đường dây đôi xoắn được khuyến cáo để giảm nhiễu điện từ (EMI).

(Lưu ý: Duy trì độ chính xác kỹ thuật với các giá trị thành phần rõ ràng và thuật ngữ thiết kế tiêu chuẩn.