簡(jiǎn)單介紹單片機(jī)IO擴(kuò)展

學(xué)單片機(jī)的小伙伴們都知道，單片機(jī)的IO口數(shù)量都是固定的，在做項(xiàng)目的時(shí)候，需要根據(jù)自己實(shí)際用到的IO數(shù)量，再綜合考慮一下單片機(jī)自帶的硬件資源，我們會(huì)選擇不同封裝的單片機(jī)。然而，當(dāng)所需要用到的IO口數(shù)量大于該品牌單片機(jī)最大IO口數(shù)量的又怎么辦呢？也許有人會(huì)說(shuō)，換別的品牌的單片機(jī)不就好了，比如，總所周知，STC單片機(jī)最大的封裝是64腳的，出去兩個(gè)電源引腳，最大IO口數(shù)量可以達(dá)到62個(gè)，然而，假如我在一個(gè)項(xiàng)目中要用到80個(gè)IO口怎么辦？直接上STM32?。](méi)錯(cuò)，確實(shí)可以用STM32來(lái)做，但是，并不是所有會(huì)用51單片機(jī)的人都能輕輕松松上手STM32來(lái)做項(xiàng)目，比如像筆者這樣的，用慣了STC的單片機(jī)，如果突然讓我用STM32來(lái)替代STC單片機(jī)的位置，還是需要花不少時(shí)間來(lái)研究。

基于上述原因，很多人自然會(huì)想到了IO口擴(kuò)展！當(dāng)然，IO擴(kuò)展有很多種方式，比如，用74系列的74HC138（三八譯碼器），只需要3個(gè)IO口就可以擴(kuò)展成8個(gè)輸入口：

另外，74HC595、74HC164同樣也可以用少量IO口擴(kuò)展成更多的IO口，而且支持級(jí)聯(lián)，也是一種不錯(cuò)的選擇：

當(dāng)然，也有并聯(lián)擴(kuò)展方案，比如，用74HC244和74HC273，共用8位數(shù)據(jù)口，通過(guò)在不同時(shí)刻控制每個(gè)芯片的使能端，便可以獲得當(dāng)前輸入口狀態(tài)或控制當(dāng)前輸出：

筆者曾經(jīng)初學(xué)的時(shí)候，就用了74HC138+74HC244+74HC273的方案做了一款板子，雖然說(shuō)使用上沒(méi)多大問(wèn)題，但是，在布線的時(shí)候，還是感覺(jué)到了這種方案的不足之處：

由于筆者比較懶，而且項(xiàng)目中對(duì)于這種IO擴(kuò)展確實(shí)用到的比較少，所以也沒(méi)有進(jìn)一步去研究，直到前段時(shí)間，筆者的一位朋友跟我提出了一個(gè)需求，就是想用51單片機(jī)做個(gè)板子，盡可能多的擴(kuò)展IO，因?yàn)樗胗眠@個(gè)板子在做多機(jī)通信，既能做從機(jī)又能做主機(jī)，而主機(jī)上用到的按鈕和指示燈比較多，所以可能需要總共一百多個(gè)輸入輸出。筆者剛開(kāi)始的時(shí)候，有兩種方案，一是用曾經(jīng)做過(guò)的板子，稍加改動(dòng)一下來(lái)做，例程也有現(xiàn)成的，程序?qū)懫饋?lái)也簡(jiǎn)單；二是直接用STM32來(lái)做。第一種方案的話，要說(shuō)可行的確實(shí)也能用，但是總感覺(jué)不是很理想。對(duì)于第二種方案，筆者也是可以上手STM32的，選個(gè)100腳，甚至144腳、176腳的單片機(jī)，做一些IO控制、串口通信問(wèn)題不大。但是，前提是，我那朋友用51單片機(jī)都有點(diǎn)吃力，更別說(shuō)讓他用STM32單片機(jī)了，而且，我雖然對(duì)STM32的使用沒(méi)多大問(wèn)題，但是，真正遇到問(wèn)題的時(shí)候，未免能給他指點(diǎn)太多。思前想后，還是決定再找找看有沒(méi)有其他的方案！

終于，在某寶上突然看到了兩款分別以MCP23017（IIC接口）和MCP23S17（SPI接口）芯片為控制芯片的擴(kuò)展板。然后仔細(xì)查看了一下這兩款芯片的資料，大致如下：

從上面的資料我們可以知道，IIC接口的MCP23017只需要兩個(gè)IO口，便可以實(shí)現(xiàn)最多16*8=128個(gè)IO口的擴(kuò)展，其中，16為每個(gè)芯片的最大IO口，8為最大地址數(shù)量，因?yàn)橹挥?個(gè)地址控制位，所以最大只能設(shè)置8個(gè)地址。另外，由于MCP23017芯片IO口的模式可以任意設(shè)置為輸入或輸出模式，所以，我們可以在這擴(kuò)展的最大的128個(gè)IO口中，任意搭配出不同的輸入口和輸出口，再加上51單片機(jī)本身的五六十個(gè)輸入口，那么通過(guò)這種擴(kuò)展方案，可以讓控制板最多擁有180多個(gè)輸入輸出口。SPI接口的MCP23S17芯片也是類(lèi)似的效果，只是多占用單片機(jī)本身1個(gè)IO口而已。

在看完芯片資料后，筆者果斷買(mǎi)了塊小板子回來(lái)做測(cè)試，賣(mài)家也提供了完整的例程，試著根據(jù)例程改寫(xiě)了一下，還真是一個(gè)不錯(cuò)的IO擴(kuò)展方案。

于是，果斷的就決定了用MCP23017這款芯片來(lái)做IO擴(kuò)展了。說(shuō)干就干，沒(méi)過(guò)多久，板子就出來(lái)了，給大家分享一下設(shè)計(jì)的效果圖吧，至于原理圖其實(shí)就很簡(jiǎn)單了，布線方面也是比之前的方案簡(jiǎn)單了許多。

主控板效果圖

主控板帶有以下硬件資源：

l? 24路光耦隔離輸入

l? 20路MOS管隔離輸出

l? 2路0-10V模擬量輸入接口

l? 1路RS485接口

l? 2路RS232接口

l? 1路脫機(jī)下載接口，同時(shí)可外接UART接口的模塊

l? 1路專(zhuān)門(mén)為市面上常用無(wú)線模塊設(shè)計(jì)的UART無(wú)線模塊接口

l? 1路IIC接口用于IO擴(kuò)展

l? 4位撥碼開(kāi)關(guān)用于多機(jī)通信設(shè)置地址

16路輸入擴(kuò)展模塊

16路輸入擴(kuò)展模塊帶有如下資源：

l? 16路光耦隔離輸入

l? 2個(gè)IIC接口，用于連接多個(gè)模塊

l? 3位撥碼開(kāi)關(guān)，用于設(shè)置模塊地址

16路輸出擴(kuò)展模塊

16路輸出擴(kuò)展模塊主要有如下資源：

l? 16路MOS管隔離輸出接口

l? 2個(gè)IIC接口，用于連接多個(gè)模塊

l? 3位撥碼開(kāi)關(guān)，用于設(shè)置模塊地址

MCP23017的使用，使得這套控制板，不僅板子布線、元件布局變得接單，擴(kuò)展的時(shí)候外部接線也變得簡(jiǎn)單很多，而且可以自由搭配輸入、輸出模塊的個(gè)數(shù)，只需在軟件中，根據(jù)模塊的地址，將模塊分別設(shè)置成輸入或輸出模式即可。

好了，關(guān)于單片機(jī)IO擴(kuò)展的方案就簡(jiǎn)單介紹到這了，如果您覺(jué)得這篇文章對(duì)您有幫助，記得點(diǎn)贊和打賞喲……如在使用過(guò)程中有任何疑問(wèn)，也可以向筆者提問(wèn)或者站內(nèi)私信，感謝大家的支持。