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简介：本资源是一套面向嵌入式初学者与STM32开发者的PCF8574 I²C扩展芯片驱动代码，专为STM32F103系列MCU设计，解决GPIO资源不足时需外扩8路双向数字I/O的实际问题。压缩包共4个文件（3个C源文件+1个头文件），总大小仅4KB，结构精简：C文件分别实现底层I²C通信封装、PCF8574初始化与读写函数、以及典型应用逻辑；头文件定义寄存器地址、操作宏及函数接口，便于快速集成到HAL或标准外设库工程中。已有717人学习下载，适合正在开展智能硬件、工业控制或教学实验项目，并需掌握I²C协议应用、STM32外设驱动编写及C语言底层编程的开发者。代码注释清晰、逻辑分层明确，可直接编译运行，亦可作为理解I²C从机设备驱动开发的优质入门范例。 如果你的项目里用的恰好是STM32F103，手头又缺几个IO口，PCF8574应该是最快能救场的芯片之一。这颗I2C转8位GPIO的扩展芯片，在各类单片机项目里出现频率极高，尤其是需要驱动LCD1602、矩阵键盘、继电器阵列，或者在主控引脚已经用满的情况下补几个通用输入输出口。我这篇文章直接讲PCF8574在STM32F103上的工程实践，从硬件连接、I2C时序、C语言驱动代码到实际踩坑，一条线讲透，适合正在做STM32项目又不想被IO数量卡住的人。

PCF8574本身不算新东西，但正因为它简单稳定，到现在还是很多产品板子上的常客。它通过I2C总线通信，一颗芯片就能扩展出8个IO口，地址线有3根，理论上同一条总线上最多挂8片，也就是说最多能扩展出64个IO。对大部分中小型项目来说，这个扩展能力相当充裕。我最初接触这颗芯片是在一个需要同时控制8个LED和读取4个按键的Demo板上，当时STM32F103C8T6的引脚几乎全被占用，最后就是靠两片PCF8574解决了问题。这篇博文就围绕这个场景展开，代码基于STM32标准外设库，用模拟I2C和硬件I2C两种方式分别说明，重点是让多数人拿过来就能用。

1. 为什么我的STM32F103还是缺IO口：PCF8574能解决什么

1.1 一个真实的需求场景

先说我遇到的那个项目。一块STM32F103C8T6最小系统板，接了OLED屏占2个IO，一个DHT11温湿度传感器占1个IO，一个蜂鸣器占1个IO，一个USB转串口占用TX/RX，还要留出SWD下载口，剩下能自由分配的基本就10个左右。可是需求那边突然说要加8个LED指示灯，还要加一个4x4矩阵键盘，一算引脚，差了将近10个。换大容量芯片STM32F103ZET6确实IO多，但板子重新画、代码重新适配，项目周期完全不允许。

这时候PCF8574的优势就出来了。一片芯片只需要占用STM32的两个引脚——SCL和SDA，最多能换回8个IO口。如果需求是输出8个LED，一片就够；如果还要读按键，那就再挂一片，反正I2C地址可以配置。最终我在总线上挂了两片PCF8574，一片全输出驱动LED，一片半输入半输出读按键和控制继电器，总共只用掉2个引脚，换回来16个IO。这就是它最核心的价值：用极小的引脚代价换大量的IO扩展能力。

1.2 PCF8574到底是什么

PCF8574是NXP（原Philips）推出的I2C总线扩展芯片，核心就是一个8位准双向I/O口扩展器。所谓准双向，意思是每个IO口都可以独立配置为输入或输出，但和真正的双向IO还不太一样——它在输出高电平时驱动能力很弱，基本是靠内部上拉电阻输出高电平，所以外部接负载时需要特别注意驱动能力。这个细节后面我会专门讲。

芯片内部只有几个寄存器，使用非常直白：向I2C地址写入一个字节，这个字节就是8个IO口的输出状态；从I2C地址读回一个字节，读到的就是8个IO口当前的输入状态。没有复杂的模式寄存器、方向寄存器，写0对应输出低电平，写1对应输出高电平，读的时候如果某个引脚被外部拉低则读到0，否则读到1。操作逻辑简单到可以直接用I2C的收发函数完成。

它的工作电压范围是2.5V到6V，STM32F103是3.3V系统，直接对接就行。I2C时钟频率支持标准模式100kHz和快速模式400kHz，对大多数GPIO扩展场景已经够用。因为芯片太常见，市面上还有兼容型号PCF8574A，区别只在于I2C地址不同，代码逻辑完全一样。

1.3 为什么不用74HC595或直接换大容量芯片

这个问题我在选型时也纠结过。74HC595是SPI接口的串转并芯片，也能扩展输出，但有几个痛点：首先它只能扩展输出，不能读输入，要读按键还得另想办法；其次它是SPI接口，虽然只占3个引脚，但如果SPI总线已经被其他外设占用（比如Flash、SD卡），就要考虑片选冲突；再有就是595需要额外的锁存引脚，接线稍微多一些。PCF8574只需要2根线，而且是I2C标准接口，多数MCU都有硬件I2C外设，可以挂很多设备。

换大容量芯片的路径我直接否了，原因很简单：最小系统板的封装已经固定，换芯片意味着硬件改动，而且STM32F103C8T6和ZET6的引脚排列不兼容，板子得重新画，时间成本太高。PCF8574作为增量扩展，只需要在原板子上飞线或者加个小转接板就能用，对原型验证阶段非常友好。当然，如果你的项目还在硬件设计初期，IO需求量又确定很大，那确实应该考虑选择引脚更多的MCU，或者用PCF8574把I2C总线的潜力榨干，两者并不矛盾。

2. 硬件接线之前，先搞懂PCF8574的地址和引脚

2.1 引脚定义与地址配置

PCF8574的封装常见的有SO-16和TSSOP-16，不过市面上好多模块已经把芯片做成了DIP-16或者转接板形式，用起来更方便。我们先看芯片本身的引脚：

• VCC、GND：电源。
• SDA、SCL：I2C数据线和时钟线。
• A0、A1、A2：地址选择引脚，通过接VCC或GND来配置地址。
• P0~P7：8个GPIO口，准双向。
• INT：中断输出引脚，开漏输出，当某个输入口状态发生变化时会拉低，可以接到MCU的外部中断引脚。

I2C地址是7位地址，PCF8574的基地址是0100000（二进制），也就是0x20，再加上A0、A1、A2的组合。A0、A1、A2分别对应地址的bit0、bit1、bit2，接GND为0，接VCC为1。所以PCF8574的地址范围是0x20~0x27，PCF8574A的基地址是0111000，即0x38，地址范围0x38~0x3F。

提示：I2C通信时，7位地址左移一位加上读写位组成8位设备地址。如果你的代码里用的I2C库要求传入8位地址，记得把7位地址左移一位。比如PCF8574默认A0=A1=A2=GND，7位地址是0x20，那么写入方向是0x40，读方向是0x41。

实际接线中，地址选择引脚不能悬空，必须明确接高或接低。我见过有人直接把A0、A1、A2悬空，结果读回来的地址飘忽不定，排查了半天。正确的做法是全部接地作为默认地址，或者用排针跳线做成可配置，这样在同一总线上挂多片时可以通过跳线区分。

2.2 上拉电阻、VCC和电平匹配

PCF8574的SCL和SDA是开漏结构，I2C总线必须接上拉电阻。很多MCU板子上的I2C引脚已经集成上拉电阻，比如一些开发板的PB6、PB7默认有4.7k上拉到3.3V，这种情况下就不需要额外再接了。但如果用的是模拟I2C、引脚是普通GPIO，或者上拉到的是5V，那就要单独处理。

STM32F103的GPIO一般容忍5V，但PCF8574的VCC通常是3.3V，如果总线上有其他5V设备，需要注意电平匹配。最简单的方案是统一用3.3V供电，上拉电阻也接到3.3V，这样所有I2C设备的逻辑电平都是3.3V，MCU可以直接驱动。如果PCF8574必须工作在5V（比如要驱动5V继电器），那SDA和SCL线上建议加电平转换模块，或者用两个MOS管做双向电平转换电路，避免5V上拉电压灌进STM32引脚。

上拉电阻的阻值选择也有讲究。标准模式100kHz用10kΩ没问题，快速模式400kHz建议用4.7kΩ或更小，因为上拉电阻越大，RC充电时间越长，上升沿越慢，高速通信时会出错。STM32F103的I2C外设最高支持400kHz，建议用4.7kΩ，尤其是总线电容比较大的时候，保证信号边沿足够陡峭。

2.3 与STM32F103的接线图

我这里以STM32F103C8T6为例，使用I2C1外设，默认引脚PB6=SCL，PB7=SDA。如果使用模拟I2C，可以随便选两个GPIO，我这里就用PB6和PB7做兼容。接线如下：

另外建议PCF8574的VCC和GND之间加一个100nF去耦电容，我习惯在芯片电源引脚附近并联10uF电解电容和100nF陶瓷电容，防止继电器、电机动作时电源波动造成I2C通信异常。这个细节在单独用模块测试时可能看不出来，但在整个系统联调时非常关键。

如果是PCF8574模块，通常模块上已经带了一个4.7k的上拉电阻，可以直接接。如果是裸芯片，就需要自己补两个上拉电阻到3.3V。

3. C语言驱动代码的核心：从I2C时序到读写操作

3.1 使用硬件I2C还是模拟I2C

这是STM32新手最容易纠结的问题。硬件I2C由STM32芯片内部外设完成时序控制，CPU只要往数据寄存器写数据，或者等待中断/标志位就行，优点是CPU占用低、通信速率稳定。缺点是在STM32F1系列上，硬件I2C有一些历史遗留的坑，比如总线忙标志(BUSY)卡死、错误标志不好清除等，网上骂声一片。模拟I2C就是用GPIO翻转电平来模拟时序，代码简单、可控性强，任何GPIO都可以用，缺点是要占用CPU时间，在高速通信时效率低。

但PCF8574这种设备通信速率要求不高，100kHz就能跑得很稳。我个人在实际项目中，只要不是要求极端性能，优先选择模拟I2C。原因很直接：模拟I2C代码完全可控，不会出现硬件I2C死锁后不知道怎么恢复的问题，而且移植到其他MCU时直接把GPIO操作部分换掉就行。当然，如果你的项目里已经有许多I2C设备使用了硬件I2C，并且跑得很顺，那也可以用硬件I2C，逻辑上完全一样。后面我会把两种方式的代码都贴出来，方便对比。

3.2 写操作：输出模式怎么配置

PCF8574没有方向寄存器，写操作就是直接向设备地址发送一个字节数据，这个字节数据对应P0~P7的电平状态，对应位为0输出低电平，为1输出高电平。注意这里的"输出高电平"实际上是由内部上拉电阻提供的弱上拉，只能驱动LED小电流负载，比如LED串一个1k电阻接3.3V，或者直接接逻辑电平到其他芯片的输入引脚。

下面是使用模拟I2C的代码框架。我用的是一个极简的I2C驱动，只依赖两个GPIO引脚和延时函数。

// 模拟I2C引脚定义 #define I2C_SCL_PORT GPIOB #define I2C_SDA_PORT GPIOB #define I2C_SCL_PIN GPIO_Pin_6 #define I2C_SDA_PIN GPIO_Pin_7 #define I2C_SCL_HIGH() GPIO_SetBits(I2C_SCL_PORT, I2C_SCL_PIN) #define I2C_SCL_LOW() GPIO_ResetBits(I2C_SCL_PORT, I2C_SCL_PIN) #define I2C_SDA_HIGH() GPIO_SetBits(I2C_SDA_PORT, I2C_SDA_PIN) #define I2C_SDA_LOW() GPIO_ResetBits(I2C_SDA_PORT, I2C_SDA_PIN) #define I2C_SDA_READ() GPIO_ReadInputDataBit(I2C_SDA_PORT, I2C_SDA_PIN) // 微秒级延时函数，根据主频调整 static void I2C_Delay(void) { uint16_t i; for (i = 0; i < 10; i++); }

I2C启动、停止、发送字节这些基础函数我就不逐行写了，网上很多，但有一个关键点：在模拟I2C里，SDA方向切换必须处理好。发送数据时SDA是输出模式，读应答时SDA要切回输入模式。很多人忘记切换方向，导致读应答永远读到高电平，最终表现为写操作一直失败。

// 向PCF8574写入一字节数据 void PCF8574_WriteByte(uint8_t addr7, uint8_t data) { I2C_Start(); I2C_SendByte(addr7 << 1); // 7位地址左移一位，写入方向 I2C_WaitAck(); I2C_SendByte(data); I2C_WaitAck(); I2C_Stop(); }

调用非常简单：

#define PCF8574_ADDR 0x20 // 7位地址 // 点亮连接在P0口的LED PCF8574_WriteByte(PCF8574_ADDR, 0xFE); // P0输出0，其他为1

如果需要同时控制8个LED，可以定义一个数组来映射：

uint8_t led_state = 0x00; led_state |= (1 << 0); // P0亮 led_state &= ~(1 << 1); // P1灭 PCF8574_WriteByte(PCF8574_ADDR, ~led_state); // 低电平点亮则取反

3.3 读操作：输入模式要小心伪读问题

读操作看起来就是把写方向改成读方向，但从PCF8574读数据时有一个关键细节：读之前必须先写一个字节，或者至少保证所有引脚处于已知状态。因为PCF8574的IO口在作为输入时，如果之前输出锁存器里写入的是0，那么该引脚被外部拉高时读到的仍然是0，而且外部信号是拉不高的，因为内部MOS管在强下拉。这就是所谓的"伪读"问题。

正确的做法是：读端口之前，先向PCF8574写入0xFF，把每个IO口的输出寄存器都置为1，此时内部上拉电阻使引脚处于高电平，外部按键按下拉低时才能读到0。如果不做这一步，上一次输出为低电平的引脚可能一直读不到外部高电平。所以标准操作是：

// 读PCF8574的引脚状态 uint8_t PCF8574_ReadByte(uint8_t addr7) { uint8_t data; I2C_Start(); I2C_SendByte(addr7 << 1); // 写方向 I2C_WaitAck(); I2C_SendByte(0xFF); // 先写0xFF，释放所有引脚为输入状态 I2C_WaitAck(); I2C_Start(); // 重复起始 I2C_SendByte((addr7 << 1) | 0x01); // 读方向 I2C_WaitAck(); data = I2C_RecvByte(); // 读取8位数据 I2C_SendNotAck(); // 接收最后一字节返回NAK I2C_Stop(); return data; }

这个"先写0xFF再读"的操作就是PCF8574最经典的伪读解法。如果你发现某次读取始终为0，但硬件上确实已经拉高了引脚，十有八九是漏了这一步。

3.4 完整驱动代码：基于STM32标准外设库

接下来给一份可以直接复制到工程里的驱动文件。我用的是STM32标准外设库，如果你用的是HAL库，思路一样，只需要把GPIO操作换成HAL函数。文件名就叫pcf8574.c，头文件里暴露四个接口：

// pcf8574.h #ifndef __PCF8574_H #define __PCF8574_H #include "stm32f10x.h" void PCF8574_Init(void); void PCF8574_WriteByte(uint8_t addr7, uint8_t data); uint8_t PCF8574_ReadByte(uint8_t addr7); void PCF8574_WritePin(uint8_t addr7, uint8_t pin, uint8_t level); uint8_t PCF8574_ReadPin(uint8_t addr7, uint8_t pin); #endif

// pcf8574.c #include "pcf8574.h" #include "delay.h" // 引脚配置，使用PB6/PB7模拟I2C #define PCF8574_I2C_GPIO_PORT GPIOB #define PCF8574_I2C_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB #define PCF8574_I2C_SCL_PIN GPIO_Pin_6 #define PCF8574_I2C_SDA_PIN GPIO_Pin_7 #define I2C_SCL_HIGH() GPIO_SetBits(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, PCF8574_I2C_SCL_PIN) #define I2C_SCL_LOW() GPIO_ResetBits(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, PCF8574_I2C_SCL_PIN) #define I2C_SDA_HIGH() GPIO_SetBits(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, PCF8574_I2C_SDA_PIN) #define I2C_SDA_LOW() GPIO_ResetBits(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, PCF8574_I2C_SDA_PIN) #define I2C_SDA_READ() GPIO_ReadInputDataBit(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, PCF8574_I2C_SDA_PIN) static void I2C_Delay(void) { uint16_t i; for (i = 0; i < 20; i++); } static void I2C_Start(void) { I2C_SDA_HIGH(); I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); I2C_SDA_LOW(); I2C_Delay(); I2C_SCL_LOW(); I2C_Delay(); } static void I2C_Stop(void) { I2C_SDA_LOW(); I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); I2C_SDA_HIGH(); I2C_Delay(); } static void I2C_SendByte(uint8_t dat) { uint8_t i; for (i = 0; i < 8; i++) { if (dat & 0x80) { I2C_SDA_HIGH(); } else { I2C_SDA_LOW(); } dat <<= 1; I2C_Delay(); I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); I2C_SCL_LOW(); I2C_Delay(); } } static uint8_t I2C_RecvByte(void) { uint8_t i, dat = 0; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 先释放SDA，把SDA配成输入模式 I2C_SDA_HIGH(); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PCF8574_I2C_SDA_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); for (i = 0; i < 8; i++) { dat <<= 1; I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); if (I2C_SDA_READ()) { dat |= 0x01; } I2C_SCL_LOW(); I2C_Delay(); } // 恢复SDA为输出模式 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PCF8574_I2C_SDA_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); return dat; } static uint8_t I2C_WaitAck(void) { uint8_t ack = 0; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // SDA切输入，读从机应答 I2C_SDA_HIGH(); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PCF8574_I2C_SDA_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); if (I2C_SDA_READ()) { ack = 1; // 读不到低电平，说明无应答 } I2C_SCL_LOW(); I2C_Delay(); // 恢复SDA输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PCF8574_I2C_SDA_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); return ack; } static void I2C_SendNotAck(void) { // 主机发送非应答，拉高SDA I2C_SDA_HIGH(); I2C_SCL_HIGH(); I2C_Delay(); I2C_SCL_LOW(); I2C_Delay(); } void PCF8574_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(PCF8574_I2C_GPIO_CLK, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PCF8574_I2C_SCL_PIN | PCF8574_I2C_SDA_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; // 开漏输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(PCF8574_I2C_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); I2C_SCL_HIGH(); I2C_SDA_HIGH(); } void PCF8574_WriteByte(uint8_t addr7, uint8_t data) { I2C_Start(); I2C_SendByte(addr7 << 1); if (I2C_WaitAck()) { I2C_Stop(); return; } I2C_SendByte(data); I2C_WaitAck(); I2C_Stop(); } uint8_t PCF8574_ReadByte(uint8_t addr7) { uint8_t data = 0; I2C_Start(); I2C_SendByte(addr7 << 1); if (I2C_WaitAck()) { I2C_Stop(); return 0; } I2C_SendByte(0xFF); // 伪读解决 I2C_WaitAck(); I2C_Start(); I2C_SendByte((addr7 << 1) | 0x01); I2C_WaitAck(); data = I2C_RecvByte(); I2C_SendNotAck(); I2C_Stop(); return data; } void PCF8574_WritePin(uint8_t addr7, uint8_t pin, uint8_t level) { uint8_t cur = PCF8574_ReadByte(addr7); if (level) { cur |= (1 << pin); } else { cur &= ~(1 << pin); } PCF8574_WriteByte(addr7, cur); } uint8_t PCF8574_ReadPin(uint8_t addr7, uint8_t pin) { uint8_t cur = PCF8574_ReadByte(addr7); return (cur >> pin) & 0x01; }

注意一个细节：PCF8574_Init里我把SCL和SDA配置为开漏输出，这是因为I2C总线本来就要求开漏，而且开漏模式下可以安全地读引脚状态。如果你用的是推挽输出，读输入方向时还要重新配置GPIO模式，多一层麻烦。

4. 我踩过的坑：读端口、中断和电平不稳

4.1 读操作前的伪读问题，调试了半天才发现

伪读问题前面提过，但这确实是我实际调试中花时间最长的一个问题。当时我用PCF8574读取4个按键，按键一端接GND，另一端接P0~P3，按下时引脚变低。我直接调PCF8574_ReadByte，发现无论怎么按，读回来的都是0xFF。检查接线，没问题；检查地址，也没问题；用万用表量引脚，按下时确实能拉到0V。最后翻数据手册才意识到，PCF8574在作为输入使用时，必须先向输出锁存器写1，释放引脚。因为复位后锁存器默认值是1，理论上应该不用写，但我之前用PCF8574_WritePin操作过某个引脚输出0，导致该引脚被内部MOS下拉，外部按键怎么拉都拉不高，自然读不到按键状态。

解决办法就是我上面代码里写的，每次读操作前先写0xFF。这样无论之前输出锁存器是什么状态，读的时候都是干净的输入状态。后来我再看一些开源库，它们甚至每次读之前都会重新写0xFF，就为了彻底规避这个问题。如果你在同一个总线上有多片PCF8574，或者混有输出和输入场景，建议养成这个习惯。

4.2 中断引脚INT怎么用，为什么我建议接上

PCF8574有个中断输出引脚INT，当任何配置为输入的引脚状态发生变化（上升沿或下降沿）时，INT会从高电平变为低电平，直到主机读取设备数据后才会恢复高电平。这个功能在按键扫描场景非常有用，可以让MCU进入睡眠模式，按键按下时通过INT唤醒，而不是一直轮询。

我最初没有接INT，因为觉得轮询就够了。后来项目里增加了低功耗需求，MCU大部分时间要进入STOP模式，只有按键能唤醒。这时候INT就派上用场了，把INT接到STM32的PB0，配置为外部中断下降沿触发，在中断服务程序里唤醒并扫描键盘。不过要注意，INT是开漏输出，需要外部上拉电阻到VCC，否则它只会拉低不会拉高，MCU检测不到电平变化。

还有一个细节：INT触发条件是输入引脚状态变化，但PCF8574内部并没有消抖，按键机械抖动可能会造成一次按下触发多次中断。我处理方式是，在中断服务程序里只置一个标志位，回到主循环后延时20ms再读按键状态，做软件消抖，这样能避免误触发。

4.3 电平不稳与上拉电阻的选择

PCF8574作为输出高电平时，内部上拉只有约100uA的驱动能力，实际拉出的高电平非常弱。如果你用万用表量，可能能测到接近VCC的高电平，但一旦接上一个LED、继电器或者任何需要更多电流的负载，电压立刻被拉低，设备表现为"输出高电平却带不动负载"，甚至"输出状态乱跳"。

我踩过的坑是直接拿PCF8574的P0口去驱动一个5V继电器模块。继电器模块内部带有光耦，输入电流要求5~15mA，PCF8574的高电平驱动不了，导致继电器时而吸合时而断开。排查后发现是驱动能力不足。解决办法有几种：

• 输出高电平时只用来控制信号，比如接到三极管/MOS管的基极或栅极，由三极管去驱动继电器。
• 如果需要直接输出较大电流，可以用灌电流方式。PCF8574的低电平灌电流能力比高电平驱动能力强很多，手册上写的最大灌电流约25mA，所以可以把负载接在VCC和P口之间，P口输出0时负载导通。比如LED阳极接3.3V，阴极经电阻接P口，写0点亮，就是这个原理。
• 对需要双向驱动的场景，在P口外部加上拉电阻到VCC，比如10kΩ，提升高电平的驱动能力，但注意外部上拉会影响输入检测——外部上拉越强，按键拉低时的电流越大，需要确保不超过芯片允许的灌电流范围。

I2C总线上拉电阻同样重要。之前我用过一个PCF8574模块，上面自带2.2k欧上拉电阻，然后我的STM32开发板PB6、PB7也有上拉电阻，两个并联导致总线上拉电阻只有约1.1k，I2C通信时信号边沿仍然正常，但功耗偏大，在低功耗项目里会有问题。后来我焊掉了模块上的上拉电阻，只保留板载的，功耗才降下来。

4.4 和板载12C还有其他设备共存时的问题

PCF8574挂在I2C总线上，通常总线上还会有EEPROM（如AT24C02）、OLED屏、传感器等设备。多个设备共存时，必须保证地址不冲突。EEPROM的地址一般是0x50~0x57，OLED一般是0x3C或0x3D，PCF8574是0x20~0x27或0x38~0x3F，通常不冲突，但如果你用了两片PCF8574，就要把A0/A1/A2配置成不同组合。

最容易忽略的坑是：当你用模拟I2C读写PCF8574时，如果总线上某个设备在通信过程中拉低了SDA或SCL，可能导致总线卡死。比如某些OLED模块在初始化异常时会一直占用总线。遇到这种情况，先确认总线上所有设备的电源都稳定，再逐个排除。我调试时习惯用逻辑分析仪看总线波形，能够直接看到是哪一步卡住。

还有一个常见问题是地址左移。很多新手在用HAL库或者某些第三方库时，会把7位地址直接当作8位地址传入，导致设备无响应。如果你发现写PCF8574总是没有ACK，先检查地址是不是已经左移了一位。我的驱动函数用的是7位地址，内部处理时左移，这样调用时不容易错。

5. 性能优化与扩展玩法

5.1 提高刷新率：使用DMA和硬件I2C

如果你用PCF8574来刷新LED点阵或者动态数码管，刷新率直接决定显示效果。模拟I2C的读写速度受CPU主频和延时函数影响，通常一帧8x8点阵扫描可能需要几百微秒，如果主循环还有其他任务，刷新率可能只有几十Hz，肉眼能感到闪烁。

这时候可以考虑把PCF8574的I2C通信改成硬件I2C+DMA。硬件I2C外设自动生成时钟、移位数据，DMA负责搬运内存到I2C数据寄存器，CPU完全不用参与。需要注意的是，STM32F103的I2C1的DMA请求连接到DMA1通道7，使用前要配置好DMA通道。我试过用硬件I2C+DMA向PCF8574发送一字节，速率能到400kHz，CPU占用几乎为零，动态刷新8位数码管也没压力。

不过硬件I2C的坑前面提过，如果遇到BUSY标志清除不掉的问题，可以在初始化I2C时先复位一下I2C外设：

RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE); RCC_APB1PeriphResetCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, DISABLE);

这个技巧在STM32F103硬件I2C卡死时非常管用。当然，如果项目稳定性和可维护性优先，模拟I2C其实足够了。

5.2 多片PCF8574级联

PCF8574的地址线A0、A1、A2，每根接高接低两种状态，组合出8个不同地址，所以同一条I2C总线上最多可以挂8片PCF8574。如果8片还不够，那就再开一条I2C总线，用模拟I2C再加一组GPIO，理论上可以实现无限扩展，但实际没人这么干。

多片级联时，建议画一个地址分配表，避免写程序时混乱。比如：

我通常用宏定义封装：

#define PCF8574_LED_ADDR 0x20 // 扩展输出控制LED #define PCF8574_KEY_ADDR 0x21 // 扩展输入读按键 #define PCF8574_LCD_ADDR 0x22 // 扩展输出驱动LCD

多片同时工作时，要注意总线上拉电阻的等效阻值。因为每片PCF8574的SCL/SDA内部没有上拉，外部总线上只有一组上拉电阻，所以不用担心并联问题。但如果每片PCF8574模块都自带独立上拉，多片并联后等效上拉阻值会明显变小，需要核算一下。

5.3 驱动LCD1602、按键矩阵等经典组合

PCF8574最经典的用法之一就是驱动LCD1602。市面上常见的I2C LCD1602模块，背面其实就是一片PCF8574，把LCD1602的8根数据线和3根控制线缩成两个引脚。如果你的LCD1602模块是I2C接口的，不需要单独驱动PCF8574，直接用现成的库就行；如果你用裸PCF8574驱动LCD1602，只需要把LCD的RS、RW、E、D4~D7分别接到PCF8574的P0~P2、P4~P7（通常P3留作背光灯控制），然后按照LCD1602的时序，通过PCF8574写字节即可。这个过程里，PCF8574的写操作频率决定了LCD的刷新速度，常规操作没问题。

按键矩阵也是常见组合。4x4矩阵键盘需要8个IO口，PCF8574正好一个芯片搞定。行线接P0~P3并设置为输出，列线接P4~P7并设置为输入。扫描时逐行输出低电平，读列线的电平变化，通过行列组合判断按键。伪读问题在这里要特别注意，每次读取列状态之前，先把P4~P7配置为输入（写1），否则可能读不到按键按下时的低电平。

我实际项目中还见过用PCF8574驱动步进电机（速度慢但能转）、控制多路风扇PWM（PCF8574无法产生真正的PWM，只能用延时模拟，效果一般）、扩展SPI片选信号等玩法。核心思路都一样：IO不够，PCF8574来凑。

6. 常用调试方法和经验总结

6.1 用逻辑分析仪看I2C时序

调试I2C设备，工具很重要。我强烈建议备一个24MHz采样率的逻辑分析仪，便宜好用。把探头接到SDA和SCL，就能看到完整的波形和解码数据。有一次我的PCF8574写操作偶尔失败，看波形发现SCL高电平时间不足，原来是模拟I2C延时函数的延时在优化等级较高时被编译器跳过了，导致时序过快。通过逻辑分析仪才定位到是延时函数出了问题，后来改用volatile变量规避开优化。

如果手头没有逻辑分析仪，也可以用示波器看信号边沿。没有仪器的话，还有一个偏方：把SCL和SDA引脚同时配成普通GPIO，手动翻转它们，用串口打印每个步骤的GPIO电平，看是不是符合I2C时序。这个办法麻烦但有效。

调试时另一点要注意的是，代码里在使用模拟I2C时，如果开了中断，I2C时序可能被中断打断，导致读写超时。如果项目里有定时器中断、串口中断在频繁触发，建议在I2C通信的关键阶段暂时关闭中断，或者用临界区保护。我遇到过一次因为串口中断导致I2C读写卡死的问题，加了临界区保护后解决。

6.2 常见故障排查表

6.3 一个小技巧：用PCF8574同时扩展输入和输出

最后分享一个实用技巧。PCF8574的8个IO口虽然是准双向，但同一时刻一个引脚只能当作输入或输出使用。如果你8个IO口不够用，又要输入又要输出，可以外接类似74HC245的缓冲和方向控制，但这样就复杂了。更简单的办法是，把PCF8574的某个引脚配置为开漏输出，比如P7，让它在输出高电平时等效于释放引脚，然后外部再接一个可切换方向的总线收发器，不过这种方案很少见。

在实际项目里，我一般会让PCF8574专门负责输出类任务（LED、继电器、LCD控制），因为读操作的伪读问题虽然能解决，但每次读前写0xFF会增加通信时间，而且输入引脚在外面被拉低时，内部上拉会消耗少量电流。如果需要可靠的输入检测，我倾向使用独立的PCF8574芯片，一块纯输出，一块纯输入，初始化时输出那块直接写状态，输入那块写0xFF后一直在读，这样逻辑清晰，也避免方向切换的麻烦。

PCF8574虽然不是性能最强的扩展方案，但它的可靠性和简单性是经过无数项目验证的。如果你现在正在STM32F103上做项目，IO口不够用，这颗芯片绝对值得一试。上面这些代码和调试经验都是我自己实际跑过的，照着做基本不会有大坑。真要遇到奇怪问题，优先检查供电、上拉和地址，八成能解决。

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