英創(chuàng)信息技術(shù)利用精簡(jiǎn)ISA總線擴(kuò)展GPIO概述

1、精簡(jiǎn)ISA總線GPIO擴(kuò)展原理

在工業(yè)領(lǐng)域，GPIO的應(yīng)用非常廣泛，英利工控板上自帶有16路GPIO。然而在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要多于16路的GPIO作為控制或者數(shù)據(jù)信號(hào)使用，這時(shí)候可以通過(guò)英利精簡(jiǎn)ISA總線進(jìn)行GPIO擴(kuò)展。采用最普遍的邏輯芯片74HCT138、74HCT245和74HCT273即可以擴(kuò)展出滿足需求數(shù)量的GPIO。此外，由于上述芯片的成本極其低廉，單片采購(gòu)價(jià)只有幾角錢(qián)，因此在滿足功能需求的同時(shí)，也有效地控制了產(chǎn)品成本。

采用精簡(jiǎn)ISA總線進(jìn)行GPIO擴(kuò)展的方法是：使用74HCT138對(duì)片選控制信號(hào)CS1#、讀信號(hào)RD#、寫(xiě)信號(hào)WE#以及地址線SA0-SA2進(jìn)行地址譯碼，產(chǎn)生不同地址偏移量的片選信號(hào)，應(yīng)用程序通過(guò)對(duì)不同地址的讀寫(xiě)操作來(lái)控制相應(yīng)的GPIO（GPIO通過(guò)74HCT245或者74HCT273連接到數(shù)據(jù)線SD0-SD7）。

2、DIN擴(kuò)展示例

數(shù)字輸入DIN的擴(kuò)展原理圖如下所示：

如圖所示，地址譯碼產(chǎn)生了8個(gè)讀片選信號(hào)，每一個(gè)信號(hào)通過(guò)控制一片74HCT245可以操作8路GPIO，這樣，一次譯碼之后可以擴(kuò)展出64路DIN。本圖中只使用了RD0#和RD1#兩個(gè)片選信號(hào)，客戶如有需要可以使用RD2#-RD7#繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)展。

3、DOUT擴(kuò)展示例

數(shù)字輸出DOUT的擴(kuò)展原理圖如下所示：

如圖所示，地址譯碼產(chǎn)生了8個(gè)寫(xiě)片選信號(hào)，每一個(gè)信號(hào)通過(guò)控制一片74HCT273可以操作8路GPIO，這樣，一次譯碼之后可以擴(kuò)展出64路DOUT。本圖中只使用了WE0#和WE1#兩個(gè)片選信號(hào)，客戶如有需要可以使用WE2#-WE7#繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)展。

綜上所述，通過(guò)一次地址譯碼能夠擴(kuò)展出64路輸入、64路輸出一共128路GPIO，可以滿足絕大多數(shù)工業(yè)控制領(lǐng)域的需求。而這128路GPIO擴(kuò)展所需的器件成本只有十幾元，相對(duì)于工控整機(jī)產(chǎn)品而言，幾乎可以忽略不計(jì)。

此外需強(qiáng)調(diào)的是，如果用戶擴(kuò)展出的GPIO是用做不同的功能，那么最好將不同的功能單元完全分開(kāi)。

比如，需要進(jìn)行如下擴(kuò)展控制：
? 3路DIN
? 2x3矩陣鍵盤(pán)
? 5個(gè)LED
? 4路繼電器單元
? 7路DOUT

則分配思路如下：由于有5個(gè)功能單元，每一個(gè)功能單元所需的GPIO都不超過(guò)8個(gè)，因此使用2片74HCT245分別用于矩陣鍵盤(pán)、DIN；4片74HCT273分別用于矩陣鍵盤(pán)、LED、繼電器、DOUT，讀信號(hào)用RD0#和RD1#，寫(xiě)信號(hào)用WE0#-WE3#。這樣，應(yīng)用程序分別獨(dú)立控制各功能單元，可以加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，提高開(kāi)發(fā)的成功率和后期維護(hù)效率；而多使用幾個(gè)芯片，并不會(huì)給開(kāi)發(fā)成本增加任何負(fù)擔(dān)。

上述示例的具體分配方案如下：
? 1片74HCT245，使用片選信號(hào)RD0#，接矩陣鍵盤(pán)的輸入信號(hào)
? 1片74HCT245，使用片選信號(hào)RD1#，接3路DIN
? 1片74HCT273，使用片選信號(hào)WE0#，接矩陣鍵盤(pán)的輸出信號(hào)
? 1片74HCT273，使用片選信號(hào)WE1#，接LED
? 1片74HCT273，使用片選信號(hào)WE2#，接繼電器
? 1片74HCT273，使用片選信號(hào)WE3#，接7路DOUT