任务介绍

本次任务我选择的是设计一款通过I2C扩展IO的模块，任务要求如下：

1. 使用2.54mm间距的连接器
2. 板卡尺寸：小于40mmx40mm
3. 输入信号：I2C
4. 输出信号：至少8根数字I/O
5. 包含电源：+5V、+3.3V、GND

模块介绍

根据任务要求本次我选用的是TCA9535PWR芯片设计了一款I2C扩展IO板，这块板卡的主要功能是通过TCA9535PWR芯片扩展GPIO引脚，最多可以通过I²C接口控制16个GPIO引脚。它还包括中断输出功能和I2C地址可选的功能。板卡通过拨码开关选择I2C地址，从而允许多个TCA9535PWR器件在同一I2C总线上工作而不发生地址冲突，方便扩展，适用于需要多功能I/O扩展的电子项目。

TCA9535PWR芯片DigiKey链接：TCA9535PWR Texas Instruments | 集成电路（IC） | DigiKey

原理图和PCB模块介绍

原理图

核心芯片：

TCA9535PWR (IC1)：这是一个16位的I/O扩展器，通过I2C接口与主控设备通信。它提供了16个GPIO引脚。

连接器：

J1, J2, J3, J4, J5, J6：这些连接器用于提供电源和引出信号。J3连接器为外部输入信号提供+5V和INT信号，J4为电源选择，可以选择是5V供电还是3.3V供电，J5和J6提供I2C信号（SCL和SDA）和电源（VCC和GND），J1和J2各引出8个IO口。

地址选择：

A0, A1, A2：这三个引脚用于设置TCA9535PWR的I2C地址，通过拨码开关切换连接到VCC或GND来选择不同的地址。

中断和电源指示：

INT：中断引脚，用于通知主控设备有事件发生。

D1：一个LED指示灯，通过电阻R4连接到VCC，用于指示电路的电源状态。

滤波电容：

C1, C2, C3：这些电容用于平滑电源电压，减少电源噪声。

PCB

1. 布局：
2. • IC1：放置在PCB的中央，这是TCA9535PWR芯片的位置。
   • J1, J2, J3, J4, J5, J6：这些连接器分布在PCB的边缘，方便连接外部设备和电源。
   • C1, C2, C3：这些电容放置在U1附近，以减少电源噪声。
   • S1：S1位于PCB的中央偏左位置，每个拨码开关的位置可以独立设置，提供多种地址组合
   • D1：LED指示灯放置在PCB的边缘，通过电阻R4连接到电源。
2. 走线：
3. • 电源线：使用较宽的走线以减少电阻和电压降，确保稳定的电源供应。
   • 信号线：I2C信号线（SCL和SDA）和中断线（INT）使用适当的长度和宽度，以减少信号延迟和干扰。
   • 泪滴：在布线完成之后给板子添加了泪滴，增大焊盘与走线的连接面积，防止电路板受到外力冲撞时焊盘或导线断裂

3D效果图

板卡整体采用对称设计，器件摆放整齐。板子边缘采用圆弧倒角，避免被划伤。

模块主要性能指标和管脚定义

主要性能指标

管脚定义

eZ-PLM上新建物料和项目的截图

物料添加展示图

项目详情图

心得体会

这个基于TCA9535PWR芯片的I2C扩展IO模块项目让我收获颇多。在设计阶段，我学会了如何根据需求选择合适的芯片和设计电路。通过实践，我掌握了PCB布局布线的基本原则，明白了合理布局能有效减少信号干扰。整个项目让我对硬件开发流程有了更深入的理解，积累了宝贵的经验，为今后的项目打下了坚实基础。