TCA9554 I/O 扩展器使用教程

开始前适用开发板：ESP32 系列 · 开发框架：ESP-IDF

文档类型：ESP-IDF 通用 API 教程，不绑定单一开发板。
板级例程见热门例程详解。

简介

TCA9554 是一款 8 位 I/O 扩展器，通过 I2C 总线与主控制器通信，可以扩展 ESP32 的 GPIO 数量。该芯片具有以下特点：

8 位 I/O 端口，每个端口可独立配置为输入或输出
支持中断输出功能
工作电压范围：1.65V 至 5.5V
I2C 总线接口，最高支持 400kHz 速率
可配置 3 位硬件地址，最多可同时使用 8 个芯片
小尺寸封装：TSSOP-16、SOIC-16

硬件连接

引脚定义

TCA9554 引脚	功能描述
A0, A1, A2	地址选择引脚
SDA	I2C 数据线
SCL	I2C 时钟线
INT	中断输出（低电平有效）
P0 - P7	8 位 I/O 端口
VCC	电源 (1.65V-5.5V)
GND	地

连接示意图

ESP32                      TCA9554
┌──────────┐              ┌─────────┐
│          │              │         │
│     GPIO21├─────────────┤SDA      │
│     GPIO22├─────────────┤SCL      │
│     GPIO4 ├─────────────┤INT      │
│          │              │         │
│          │              │A0       │
│          │              │A1       │
│          │              │A2       │
│          │              │         │
│          │              │P0       │
│          │              │P1       │
│          │              │...      │
│          │              │P7       │
│          │              │         │
│       3.3V├─────────────┤VCC      │
│        GND├─────────────┤GND      │
└──────────┘              └─────────┘

地址配置

TCA9554 的 I2C 地址由 A0、A1、A2 引脚决定：

基础地址：0x20（当 A0、A1、A2 都接地时）
地址范围：0x20 - 0x27

A2	A1	A0	设备地址
0	0	0	0x20
0	0	1	0x21
0	1	0	0x22
0	1	1	0x23
1	0	0	0x24
1	0	1	0x25
1	1	0	0x26
1	1	1	0x27

组件安装

1. 添加组件依赖

使用 ESP-IDF 的组件管理器添加 TCA9554 组件：

idf.py add-dependency espressif/esp_io_expander_tca9554

2. 在 CMakeLists.txt 中添加依赖

idf_component_register(
    SRCS "main.c"
    INCLUDE_DIRS "."
    REQUIRES esp_io_expander_tca9554
)

基本使用

1. 包含头文件

#include "esp_io_expander_tca9554.h"

2. 创建 I2C 总线

使用 ESP-IDF 的新版 I2C 驱动：

#include "driver/i2c_master.h"

#define I2C_MASTER_SCL_IO           22      // GPIO 用于 I2C SCL
#define I2C_MASTER_SDA_IO           21      // GPIO 用于 I2C SDA
#define I2C_MASTER_FREQ_HZ          400000  // I2C 主频率
#define I2C_MASTER_TIMEOUT_MS       1000    // I2C 超时时间

static i2c_master_bus_handle_t i2c_bus = NULL;

// 初始化 I2C 总线
esp_err_t init_i2c_bus(void)
{
    i2c_master_bus_config_t i2c_bus_config = {
        .clk_source = I2C_CLK_SRC_DEFAULT,
        .i2c_port = I2C_NUM_0,
        .scl_io_num = I2C_MASTER_SCL_IO,
        .sda_io_num = I2C_MASTER_SDA_IO,
        .glitch_ignore_cnt = 7,
        .flags.enable_internal_pullup = true,
    };
    
    esp_err_t ret = i2c_new_master_bus(&i2c_bus_config, &i2c_bus);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "I2C 总线初始化失败");
    }
    
    return ret;
}

3. 初始化 TCA9554

#define TCA9554_I2C_ADDR            0x20    // TCA9554 I2C 地址

static esp_io_expander_handle_t io_expander = NULL;

// 初始化 TCA9554
esp_err_t init_tca9554(void)
{
    // 创建 TCA9554 设备
    esp_io_expander_tca9554_config_t config = {
        .i2c_bus = i2c_bus,
        .device_address = TCA9554_I2C_ADDR,
    };
    
    esp_err_t ret = esp_io_expander_new_tca9554(&config, &io_expander);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "TCA9554 初始化失败");
        return ret;
    }
    
    // 初始化 IO 扩展器
    ret = esp_io_expander_init(io_expander);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "IO 扩展器初始化失败");
        return ret;
    }
    
    return ESP_OK;
}

4. 基本 I/O 操作

// 配置 IO 方向
esp_err_t configure_io_direction(void)
{
    // 设置 P0-P3 为输出模式
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        esp_err_t ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, i, IO_EXPANDER_OUTPUT);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 为输出模式失败", i);
            return ret;
        }
    }
    
    // 设置 P4-P7 为输入模式
    for (int i = 4; i < 8; i++) {
        esp_err_t ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, i, IO_EXPANDER_INPUT);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 为输入模式失败", i);
            return ret;
        }
    }
    
    return ESP_OK;
}

// 设置输出电平
esp_err_t set_output_level(uint8_t pin, bool level)
{
    return esp_io_expander_set_level(io_expander, pin, level);
}

// 读取输入电平
esp_err_t get_input_level(uint8_t pin, bool *level)
{
    return esp_io_expander_get_level(io_expander, pin, level);
}

高级功能

1. 中断处理

TCA9554 支持输入引脚状态变化中断，当配置为输入的引脚状态发生变化时，INT 引脚会输出低电平。

#define INT_GPIO    4   // ESP32 上连接 TCA9554 INT 引脚的 GPIO

static QueueHandle_t gpio_evt_queue = NULL;

// GPIO 中断服务函数
static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void *arg)
{
    uint32_t gpio_num = (uint32_t)arg;
    xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);
}

// 中断处理任务
static void gpio_task(void *arg)
{
    uint32_t gpio_num;
    while (1) {
        if (xQueueReceive(gpio_evt_queue, &gpio_num, portMAX_DELAY)) {
            ESP_LOGI(TAG, "检测到 TCA9554 中断，GPIO: %lu", gpio_num);
            
            // 读取所有输入引脚状态
            uint8_t input_mask = 0;
            esp_io_expander_get_input_reg(io_expander, &input_mask);
            ESP_LOGI(TAG, "输入状态: 0x%02x", input_mask);
        }
    }
}

// 初始化中断
esp_err_t init_interrupt(void)
{
    // 创建中断队列
    gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    
    // 配置 GPIO 中断
    gpio_config_t io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE,     // 下降沿触发
        .pin_bit_mask = (1ULL << INT_GPIO), // 中断 GPIO
        .mode = GPIO_MODE_INPUT,            // 输入模式
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,   // 启用上拉
    };
    gpio_config(&io_conf);
    
    // 安装 GPIO 中断服务
    gpio_install_isr_service(0);
    gpio_isr_handler_add(INT_GPIO, gpio_isr_handler, (void *)INT_GPIO);
    
    // 创建中断处理任务
    xTaskCreate(gpio_task, "gpio_task", 2048, NULL, 10, NULL);
    
    return ESP_OK;
}

2. 批量操作

// 批量设置输出电平
esp_err_t set_multiple_outputs(uint8_t mask, uint8_t value)
{
    // 先读取当前输出寄存器值
    uint8_t output_reg = 0;
    esp_err_t ret = esp_io_expander_get_output_reg(io_expander, &output_reg);
    if (ret != ESP_OK) {
        return ret;
    }
    
    // 更新指定位
    output_reg = (output_reg & ~mask) | (value & mask);
    
    // 写入输出寄存器
    return esp_io_expander_set_output_reg(io_expander, output_reg);
}

// 批量读取输入电平
esp_err_t get_multiple_inputs(uint8_t mask, uint8_t *value)
{
    uint8_t input_reg = 0;
    esp_err_t ret = esp_io_expander_get_input_reg(io_expander, &input_reg);
    if (ret != ESP_OK) {
        return ret;
    }
    
    *value = input_reg & mask;
    return ESP_OK;
}

3. 复位操作

// 复位 TCA9554
esp_err_t reset_tca9554(void)
{
    // 复位 IO 扩展器
    return esp_io_expander_reset(io_expander);
}

完整示例

下面是一个完整的示例，演示如何使用 TCA9554 控制 LED 并读取按钮状态：

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "esp_log.h"
#include "driver/i2c_master.h"
#include "esp_io_expander_tca9554.h"

static const char *TAG = "TCA9554_EXAMPLE";

#define I2C_MASTER_SCL_IO           22
#define I2C_MASTER_SDA_IO           21
#define I2C_MASTER_FREQ_HZ          400000
#define I2C_MASTER_TIMEOUT_MS       1000
#define TCA9554_I2C_ADDR            0x20
#define INT_GPIO                    4

// LED 连接到 TCA9554 的 P0-P3
#define LED1_PIN                    0
#define LED2_PIN                    1
#define LED3_PIN                    2
#define LED4_PIN                    3

// 按钮连接到 TCA9554 的 P4-P7
#define BTN1_PIN                    4
#define BTN2_PIN                    5
#define BTN3_PIN                    6
#define BTN4_PIN                    7

static i2c_master_bus_handle_t i2c_bus = NULL;
static esp_io_expander_handle_t io_expander = NULL;
static QueueHandle_t gpio_evt_queue = NULL;

// GPIO 中断服务函数
static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void *arg)
{
    uint32_t gpio_num = (uint32_t)arg;
    xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);
}

// 中断处理任务
static void gpio_task(void *arg)
{
    uint32_t gpio_num;
    while (1) {
        if (xQueueReceive(gpio_evt_queue, &gpio_num, portMAX_DELAY)) {
            ESP_LOGI(TAG, "检测到 TCA9554 中断，GPIO: %lu", gpio_num);
            
            // 读取所有按钮状态
            uint8_t input_mask = 0;
            esp_io_expander_get_input_reg(io_expander, &input_mask);
            ESP_LOGI(TAG, "按钮状态: 0x%02x", input_mask);
            
            // 检查各个按钮
            if (!(input_mask & (1 << BTN1_PIN))) {
                ESP_LOGI(TAG, "按钮 1 按下");
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED1_PIN, 1);  // 点亮 LED1
            } else {
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED1_PIN, 0);  // 熄灭 LED1
            }
            
            if (!(input_mask & (1 << BTN2_PIN))) {
                ESP_LOGI(TAG, "按钮 2 按下");
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED2_PIN, 1);  // 点亮 LED2
            } else {
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED2_PIN, 0);  // 熄灭 LED2
            }
            
            if (!(input_mask & (1 << BTN3_PIN))) {
                ESP_LOGI(TAG, "按钮 3 按下");
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED3_PIN, 1);  // 点亮 LED3
            } else {
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED3_PIN, 0);  // 熄灭 LED3
            }
            
            if (!(input_mask & (1 << BTN4_PIN))) {
                ESP_LOGI(TAG, "按钮 4 按下");
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED4_PIN, 1);  // 点亮 LED4
            } else {
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED4_PIN, 0);  // 熄灭 LED4
            }
        }
    }
}

// 初始化 I2C 总线
static esp_err_t init_i2c_bus(void)
{
    i2c_master_bus_config_t i2c_bus_config = {
        .clk_source = I2C_CLK_SRC_DEFAULT,
        .i2c_port = I2C_NUM_0,
        .scl_io_num = I2C_MASTER_SCL_IO,
        .sda_io_num = I2C_MASTER_SDA_IO,
        .glitch_ignore_cnt = 7,
        .flags.enable_internal_pullup = true,
    };
    
    esp_err_t ret = i2c_new_master_bus(&i2c_bus_config, &i2c_bus);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "I2C 总线初始化失败");
    }
    
    return ret;
}

// 初始化 TCA9554
static esp_err_t init_tca9554(void)
{
    // 创建 TCA9554 设备
    esp_io_expander_tca9554_config_t config = {
        .i2c_bus = i2c_bus,
        .device_address = TCA9554_I2C_ADDR,
    };
    
    esp_err_t ret = esp_io_expander_new_tca9554(&config, &io_expander);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "TCA9554 初始化失败");
        return ret;
    }
    
    // 初始化 IO 扩展器
    ret = esp_io_expander_init(io_expander);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "IO 扩展器初始化失败");
        return ret;
    }
    
    return ESP_OK;
}

// 配置 IO 方向
static esp_err_t configure_io_direction(void)
{
    // 设置 LED 引脚为输出模式
    for (int i = LED1_PIN; i <= LED4_PIN; i++) {
        esp_err_t ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, i, IO_EXPANDER_OUTPUT);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 为输出模式失败", i);
            return ret;
        }
    }
    
    // 设置按钮引脚为输入模式，启用上拉
    for (int i = BTN1_PIN; i <= BTN4_PIN; i++) {
        esp_err_t ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, i, IO_EXPANDER_INPUT);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 为输入模式失败", i);
            return ret;
        }
        
        ret = esp_io_expander_set_pull(io_expander, i, IO_EXPANDER_PULL_UP);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 上拉失败", i);
            return ret;
        }
    }
    
    return ESP_OK;
}

// 初始化中断
static esp_err_t init_interrupt(void)
{
    // 创建中断队列
    gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    
    // 配置 GPIO 中断
    gpio_config_t io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE,     // 下降沿触发
        .pin_bit_mask = (1ULL << INT_GPIO), // 中断 GPIO
        .mode = GPIO_MODE_INPUT,            // 输入模式
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,   // 启用上拉
    };
    gpio_config(&io_conf);
    
    // 安装 GPIO 中断服务
    gpio_install_isr_service(0);
    gpio_isr_handler_add(INT_GPIO, gpio_isr_handler, (void *)INT_GPIO);
    
    // 创建中断处理任务
    xTaskCreate(gpio_task, "gpio_task", 2048, NULL, 10, NULL);
    
    return ESP_OK;
}

// LED 闪烁任务
static void led_blink_task(void *arg)
{
    bool led_state = false;
    
    while (1) {
        // 切换所有 LED 状态
        for (int i = LED1_PIN; i <= LED4_PIN; i++) {
            esp_io_expander_set_level(io_expander, i, led_state);
        }
        
        led_state = !led_state;
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

void app_main(void)
{
    // 初始化 I2C 总线
    ESP_ERROR_CHECK(init_i2c_bus());
    
    // 初始化 TCA9554
    ESP_ERROR_CHECK(init_tca9554());
    
    // 配置 IO 方向
    ESP_ERROR_CHECK(configure_io_direction());
    
    // 初始化中断
    ESP_ERROR_CHECK(init_interrupt());
    
    // 创建 LED 闪烁任务
    xTaskCreate(led_blink_task, "led_blink_task", 2048, NULL, 5, NULL);
    
    ESP_LOGI(TAG, "TCA9554 示例已启动");
}

常见问题

1. 通信错误

如果遇到通信错误，请检查：

I2C 总线连接是否正确
TCA9554 地址是否配置正确
I2C 时钟频率是否过高
上拉电阻是否合适

2. 中断不工作

如果中断功能不正常，请检查：

INT 引脚连接是否正确
输入引脚是否正确配置为输入模式
中断处理逻辑是否正确

3. 输出不稳定

如果输出不稳定，可能原因：

电源电压不稳定
负载过大
地线连接不良

4. 多个 TCA9554 使用

如果需要使用多个 TCA9554，请确保：

每个芯片的地址配置不同
共用 I2C 总线和中断线
在中断处理中识别触发中断的设备

总结

本教程详细介绍了如何使用 ESP-IDF 的 esp_io_expander_tca9554 组件来操作 TCA9554 I/O 扩展器。通过 TCA9554，可以轻松扩展 ESP32 的 GPIO 数量，实现更复杂的应用。

主要内容包括：

TCA9554 基本原理和特性
硬件连接和地址配置
组件安装和初始化
基本 I/O 操作
中断处理
批量操作和复位
完整示例应用

通过合理使用 TCA9554，可以大大扩展 ESP32 的 I/O 能力，适用于需要大量 GPIO 的应用场景，如键盘矩阵、LED 阵列、多传感器系统等。

    当前模型请求量过大，请求排队约 2 位，请稍候或切换至其他模型问答体验更流畅。

在 Web Flasher 中打开选择对应固件并烧录 打开 Web Serial查看运行日志 查看示例工程来源打开 GitHub 文档版本

开始前适用开发板：ESP32 系列 · 开发框架：ESP-IDF

文档类型：ESP-IDF 通用 API 教程，不绑定单一开发板。
板级例程见热门例程详解。

简介

TCA9554 是一款 8 位 I/O 扩展器，通过 I2C 总线与主控制器通信，可以扩展 ESP32 的 GPIO 数量。该芯片具有以下特点：

8 位 I/O 端口，每个端口可独立配置为输入或输出
支持中断输出功能
工作电压范围：1.65V 至 5.5V
I2C 总线接口，最高支持 400kHz 速率
可配置 3 位硬件地址，最多可同时使用 8 个芯片
小尺寸封装：TSSOP-16、SOIC-16

硬件连接

引脚定义

TCA9554 引脚	功能描述
A0, A1, A2	地址选择引脚
SDA	I2C 数据线
SCL	I2C 时钟线
INT	中断输出（低电平有效）
P0 - P7	8 位 I/O 端口
VCC	电源 (1.65V-5.5V)
GND	地

连接示意图

ESP32                      TCA9554
┌──────────┐              ┌─────────┐
│          │              │         │
│     GPIO21├─────────────┤SDA      │
│     GPIO22├─────────────┤SCL      │
│     GPIO4 ├─────────────┤INT      │
│          │              │         │
│          │              │A0       │
│          │              │A1       │
│          │              │A2       │
│          │              │         │
│          │              │P0       │
│          │              │P1       │
│          │              │...      │
│          │              │P7       │
│          │              │         │
│       3.3V├─────────────┤VCC      │
│        GND├─────────────┤GND      │
└──────────┘              └─────────┘

地址配置

TCA9554 的 I2C 地址由 A0、A1、A2 引脚决定：

基础地址：0x20（当 A0、A1、A2 都接地时）
地址范围：0x20 - 0x27

A2	A1	A0	设备地址
0	0	0	0x20
0	0	1	0x21
0	1	0	0x22
0	1	1	0x23
1	0	0	0x24
1	0	1	0x25
1	1	0	0x26
1	1	1	0x27

组件安装

1. 添加组件依赖

使用 ESP-IDF 的组件管理器添加 TCA9554 组件：

idf.py add-dependency espressif/esp_io_expander_tca9554

2. 在 CMakeLists.txt 中添加依赖

idf_component_register(
    SRCS "main.c"
    INCLUDE_DIRS "."
    REQUIRES esp_io_expander_tca9554
)

基本使用

1. 包含头文件

#include "esp_io_expander_tca9554.h"

2. 创建 I2C 总线

使用 ESP-IDF 的新版 I2C 驱动：

#include "driver/i2c_master.h"

#define I2C_MASTER_SCL_IO           22      // GPIO 用于 I2C SCL
#define I2C_MASTER_SDA_IO           21      // GPIO 用于 I2C SDA
#define I2C_MASTER_FREQ_HZ          400000  // I2C 主频率
#define I2C_MASTER_TIMEOUT_MS       1000    // I2C 超时时间

static i2c_master_bus_handle_t i2c_bus = NULL;

// 初始化 I2C 总线
esp_err_t init_i2c_bus(void)
{
    i2c_master_bus_config_t i2c_bus_config = {
        .clk_source = I2C_CLK_SRC_DEFAULT,
        .i2c_port = I2C_NUM_0,
        .scl_io_num = I2C_MASTER_SCL_IO,
        .sda_io_num = I2C_MASTER_SDA_IO,
        .glitch_ignore_cnt = 7,
        .flags.enable_internal_pullup = true,
    };
    
    esp_err_t ret = i2c_new_master_bus(&i2c_bus_config, &i2c_bus);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "I2C 总线初始化失败");
    }
    
    return ret;
}

3. 初始化 TCA9554

#define TCA9554_I2C_ADDR            0x20    // TCA9554 I2C 地址

static esp_io_expander_handle_t io_expander = NULL;

// 初始化 TCA9554
esp_err_t init_tca9554(void)
{
    // 创建 TCA9554 设备
    esp_io_expander_tca9554_config_t config = {
        .i2c_bus = i2c_bus,
        .device_address = TCA9554_I2C_ADDR,
    };
    
    esp_err_t ret = esp_io_expander_new_tca9554(&config, &io_expander);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "TCA9554 初始化失败");
        return ret;
    }
    
    // 初始化 IO 扩展器
    ret = esp_io_expander_init(io_expander);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "IO 扩展器初始化失败");
        return ret;
    }
    
    return ESP_OK;
}

4. 基本 I/O 操作

// 配置 IO 方向
esp_err_t configure_io_direction(void)
{
    // 设置 P0-P3 为输出模式
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        esp_err_t ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, i, IO_EXPANDER_OUTPUT);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 为输出模式失败", i);
            return ret;
        }
    }
    
    // 设置 P4-P7 为输入模式
    for (int i = 4; i < 8; i++) {
        esp_err_t ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, i, IO_EXPANDER_INPUT);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 为输入模式失败", i);
            return ret;
        }
    }
    
    return ESP_OK;
}

// 设置输出电平
esp_err_t set_output_level(uint8_t pin, bool level)
{
    return esp_io_expander_set_level(io_expander, pin, level);
}

// 读取输入电平
esp_err_t get_input_level(uint8_t pin, bool *level)
{
    return esp_io_expander_get_level(io_expander, pin, level);
}

高级功能

1. 中断处理

TCA9554 支持输入引脚状态变化中断，当配置为输入的引脚状态发生变化时，INT 引脚会输出低电平。

#define INT_GPIO    4   // ESP32 上连接 TCA9554 INT 引脚的 GPIO

static QueueHandle_t gpio_evt_queue = NULL;

// GPIO 中断服务函数
static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void *arg)
{
    uint32_t gpio_num = (uint32_t)arg;
    xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);
}

// 中断处理任务
static void gpio_task(void *arg)
{
    uint32_t gpio_num;
    while (1) {
        if (xQueueReceive(gpio_evt_queue, &gpio_num, portMAX_DELAY)) {
            ESP_LOGI(TAG, "检测到 TCA9554 中断，GPIO: %lu", gpio_num);
            
            // 读取所有输入引脚状态
            uint8_t input_mask = 0;
            esp_io_expander_get_input_reg(io_expander, &input_mask);
            ESP_LOGI(TAG, "输入状态: 0x%02x", input_mask);
        }
    }
}

// 初始化中断
esp_err_t init_interrupt(void)
{
    // 创建中断队列
    gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    
    // 配置 GPIO 中断
    gpio_config_t io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE,     // 下降沿触发
        .pin_bit_mask = (1ULL << INT_GPIO), // 中断 GPIO
        .mode = GPIO_MODE_INPUT,            // 输入模式
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,   // 启用上拉
    };
    gpio_config(&io_conf);
    
    // 安装 GPIO 中断服务
    gpio_install_isr_service(0);
    gpio_isr_handler_add(INT_GPIO, gpio_isr_handler, (void *)INT_GPIO);
    
    // 创建中断处理任务
    xTaskCreate(gpio_task, "gpio_task", 2048, NULL, 10, NULL);
    
    return ESP_OK;
}

2. 批量操作

// 批量设置输出电平
esp_err_t set_multiple_outputs(uint8_t mask, uint8_t value)
{
    // 先读取当前输出寄存器值
    uint8_t output_reg = 0;
    esp_err_t ret = esp_io_expander_get_output_reg(io_expander, &output_reg);
    if (ret != ESP_OK) {
        return ret;
    }
    
    // 更新指定位
    output_reg = (output_reg & ~mask) | (value & mask);
    
    // 写入输出寄存器
    return esp_io_expander_set_output_reg(io_expander, output_reg);
}

// 批量读取输入电平
esp_err_t get_multiple_inputs(uint8_t mask, uint8_t *value)
{
    uint8_t input_reg = 0;
    esp_err_t ret = esp_io_expander_get_input_reg(io_expander, &input_reg);
    if (ret != ESP_OK) {
        return ret;
    }
    
    *value = input_reg & mask;
    return ESP_OK;
}

3. 复位操作

// 复位 TCA9554
esp_err_t reset_tca9554(void)
{
    // 复位 IO 扩展器
    return esp_io_expander_reset(io_expander);
}

完整示例

下面是一个完整的示例，演示如何使用 TCA9554 控制 LED 并读取按钮状态：

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "esp_log.h"
#include "driver/i2c_master.h"
#include "esp_io_expander_tca9554.h"

static const char *TAG = "TCA9554_EXAMPLE";

#define I2C_MASTER_SCL_IO           22
#define I2C_MASTER_SDA_IO           21
#define I2C_MASTER_FREQ_HZ          400000
#define I2C_MASTER_TIMEOUT_MS       1000
#define TCA9554_I2C_ADDR            0x20
#define INT_GPIO                    4

// LED 连接到 TCA9554 的 P0-P3
#define LED1_PIN                    0
#define LED2_PIN                    1
#define LED3_PIN                    2
#define LED4_PIN                    3

// 按钮连接到 TCA9554 的 P4-P7
#define BTN1_PIN                    4
#define BTN2_PIN                    5
#define BTN3_PIN                    6
#define BTN4_PIN                    7

static i2c_master_bus_handle_t i2c_bus = NULL;
static esp_io_expander_handle_t io_expander = NULL;
static QueueHandle_t gpio_evt_queue = NULL;

// GPIO 中断服务函数
static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void *arg)
{
    uint32_t gpio_num = (uint32_t)arg;
    xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);
}

// 中断处理任务
static void gpio_task(void *arg)
{
    uint32_t gpio_num;
    while (1) {
        if (xQueueReceive(gpio_evt_queue, &gpio_num, portMAX_DELAY)) {
            ESP_LOGI(TAG, "检测到 TCA9554 中断，GPIO: %lu", gpio_num);
            
            // 读取所有按钮状态
            uint8_t input_mask = 0;
            esp_io_expander_get_input_reg(io_expander, &input_mask);
            ESP_LOGI(TAG, "按钮状态: 0x%02x", input_mask);
            
            // 检查各个按钮
            if (!(input_mask & (1 << BTN1_PIN))) {
                ESP_LOGI(TAG, "按钮 1 按下");
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED1_PIN, 1);  // 点亮 LED1
            } else {
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED1_PIN, 0);  // 熄灭 LED1
            }
            
            if (!(input_mask & (1 << BTN2_PIN))) {
                ESP_LOGI(TAG, "按钮 2 按下");
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED2_PIN, 1);  // 点亮 LED2
            } else {
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED2_PIN, 0);  // 熄灭 LED2
            }
            
            if (!(input_mask & (1 << BTN3_PIN))) {
                ESP_LOGI(TAG, "按钮 3 按下");
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED3_PIN, 1);  // 点亮 LED3
            } else {
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED3_PIN, 0);  // 熄灭 LED3
            }
            
            if (!(input_mask & (1 << BTN4_PIN))) {
                ESP_LOGI(TAG, "按钮 4 按下");
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED4_PIN, 1);  // 点亮 LED4
            } else {
                esp_io_expander_set_level(io_expander, LED4_PIN, 0);  // 熄灭 LED4
            }
        }
    }
}

// 初始化 I2C 总线
static esp_err_t init_i2c_bus(void)
{
    i2c_master_bus_config_t i2c_bus_config = {
        .clk_source = I2C_CLK_SRC_DEFAULT,
        .i2c_port = I2C_NUM_0,
        .scl_io_num = I2C_MASTER_SCL_IO,
        .sda_io_num = I2C_MASTER_SDA_IO,
        .glitch_ignore_cnt = 7,
        .flags.enable_internal_pullup = true,
    };
    
    esp_err_t ret = i2c_new_master_bus(&i2c_bus_config, &i2c_bus);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "I2C 总线初始化失败");
    }
    
    return ret;
}

// 初始化 TCA9554
static esp_err_t init_tca9554(void)
{
    // 创建 TCA9554 设备
    esp_io_expander_tca9554_config_t config = {
        .i2c_bus = i2c_bus,
        .device_address = TCA9554_I2C_ADDR,
    };
    
    esp_err_t ret = esp_io_expander_new_tca9554(&config, &io_expander);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "TCA9554 初始化失败");
        return ret;
    }
    
    // 初始化 IO 扩展器
    ret = esp_io_expander_init(io_expander);
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "IO 扩展器初始化失败");
        return ret;
    }
    
    return ESP_OK;
}

// 配置 IO 方向
static esp_err_t configure_io_direction(void)
{
    // 设置 LED 引脚为输出模式
    for (int i = LED1_PIN; i <= LED4_PIN; i++) {
        esp_err_t ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, i, IO_EXPANDER_OUTPUT);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 为输出模式失败", i);
            return ret;
        }
    }
    
    // 设置按钮引脚为输入模式，启用上拉
    for (int i = BTN1_PIN; i <= BTN4_PIN; i++) {
        esp_err_t ret = esp_io_expander_set_dir(io_expander, i, IO_EXPANDER_INPUT);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 为输入模式失败", i);
            return ret;
        }
        
        ret = esp_io_expander_set_pull(io_expander, i, IO_EXPANDER_PULL_UP);
        if (ret != ESP_OK) {
            ESP_LOGE(TAG, "设置 P%d 上拉失败", i);
            return ret;
        }
    }
    
    return ESP_OK;
}

// 初始化中断
static esp_err_t init_interrupt(void)
{
    // 创建中断队列
    gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    
    // 配置 GPIO 中断
    gpio_config_t io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE,     // 下降沿触发
        .pin_bit_mask = (1ULL << INT_GPIO), // 中断 GPIO
        .mode = GPIO_MODE_INPUT,            // 输入模式
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,   // 启用上拉
    };
    gpio_config(&io_conf);
    
    // 安装 GPIO 中断服务
    gpio_install_isr_service(0);
    gpio_isr_handler_add(INT_GPIO, gpio_isr_handler, (void *)INT_GPIO);
    
    // 创建中断处理任务
    xTaskCreate(gpio_task, "gpio_task", 2048, NULL, 10, NULL);
    
    return ESP_OK;
}

// LED 闪烁任务
static void led_blink_task(void *arg)
{
    bool led_state = false;
    
    while (1) {
        // 切换所有 LED 状态
        for (int i = LED1_PIN; i <= LED4_PIN; i++) {
            esp_io_expander_set_level(io_expander, i, led_state);
        }
        
        led_state = !led_state;
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

void app_main(void)
{
    // 初始化 I2C 总线
    ESP_ERROR_CHECK(init_i2c_bus());
    
    // 初始化 TCA9554
    ESP_ERROR_CHECK(init_tca9554());
    
    // 配置 IO 方向
    ESP_ERROR_CHECK(configure_io_direction());
    
    // 初始化中断
    ESP_ERROR_CHECK(init_interrupt());
    
    // 创建 LED 闪烁任务
    xTaskCreate(led_blink_task, "led_blink_task", 2048, NULL, 5, NULL);
    
    ESP_LOGI(TAG, "TCA9554 示例已启动");
}

常见问题

1. 通信错误

如果遇到通信错误，请检查：

I2C 总线连接是否正确
TCA9554 地址是否配置正确
I2C 时钟频率是否过高
上拉电阻是否合适

2. 中断不工作

如果中断功能不正常，请检查：

INT 引脚连接是否正确
输入引脚是否正确配置为输入模式
中断处理逻辑是否正确

3. 输出不稳定

如果输出不稳定，可能原因：

电源电压不稳定
负载过大
地线连接不良

4. 多个 TCA9554 使用

如果需要使用多个 TCA9554，请确保：

每个芯片的地址配置不同
共用 I2C 总线和中断线
在中断处理中识别触发中断的设备

总结

主要内容包括：

TCA9554 基本原理和特性
硬件连接和地址配置
组件安装和初始化
基本 I/O 操作
中断处理
批量操作和复位
完整示例应用

通过合理使用 TCA9554，可以大大扩展 ESP32 的 I/O 能力，适用于需要大量 GPIO 的应用场景，如键盘矩阵、LED 阵列、多传感器系统等。

    当前模型请求量过大，请求排队约 2 位，请稍候或切换至其他模型问答体验更流畅。

在 Web Flasher 中打开选择对应固件并烧录 打开 Web Serial查看运行日志 查看示例工程来源打开 GitHub 文档版本

目录

简介

硬件连接

引脚定义

连接示意图

地址配置

组件安装

1. 添加组件依赖

2. 在 CMakeLists.txt 中添加依赖

基本使用

1. 包含头文件

2. 创建 I2C 总线

3. 初始化 TCA9554

4. 基本 I/O 操作

高级功能

1. 中断处理

2. 批量操作

3. 复位操作

完整示例

常见问题

1. 通信错误

2. 中断不工作

3. 输出不稳定

4. 多个 TCA9554 使用

总结

目录

简介

硬件连接

引脚定义

连接示意图

地址配置

组件安装

1. 添加组件依赖

2. 在 CMakeLists.txt 中添加依赖

基本使用

1. 包含头文件

2. 创建 I2C 总线

3. 初始化 TCA9554

4. 基本 I/O 操作

高级功能

1. 中断处理

2. 批量操作

3. 复位操作

完整示例

常见问题

1. 通信错误

2. 中断不工作

3. 输出不稳定

4. 多个 TCA9554 使用

总结