英創(chuàng)信息技術(shù)利用精簡ISA總線擴展GPIO概述

1、精簡ISA總線GPIO擴展原理

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)信號使用，這時候可以通過英利精簡ISA總線進(jìn)行GPIO擴展。采用最普遍的邏輯芯片74HCT138、74HCT245和74HCT273即可以擴展出滿足需求數(shù)量的GPIO。此外，由于上述芯片的成本極其低廉，單片采購價只有幾角錢，因此在滿足功能需求的同時，也有效地控制了產(chǎn)品成本。

采用精簡ISA總線進(jìn)行GPIO擴展的方法是：使用74HCT138對片選控制信號CS1#、讀信號RD#、寫信號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，應(yīng)用程序通過對不同地址的讀寫操作來控制相應(yīng)的GPIO（GPIO通過74HCT245或者74HCT273連接到數(shù)據(jù)線SD0-SD7）。

2、DIN擴展示例

數(shù)字輸入DIN的擴展原理圖如下所示：

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

3、DOUT擴展示例

數(shù)字輸出DOUT的擴展原理圖如下所示：

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

綜上所述，通過一次地址譯碼能夠擴展出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擴展所需的器件成本只有十幾元，相對于工控整機產(chǎn)品而言，幾乎可以忽略不計。

此外需強調(diào)的是，如果用戶擴展出的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。

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

則分配思路如下：由于有5個功能單元，每一個功能單元所需的GPIO都不超過8個，因此使用2片74HCT245分別用于矩陣鍵盤、DIN；4片74HCT273分別用于矩陣鍵盤、LED、繼電器、DOUT，讀信號用RD0#和RD1#，寫信號用WE0#-WE3#。這樣，應(yīng)用程序分別獨立控制各功能單元，可以加快開發(fā)進(jìn)度，提高開發(fā)的成功率和后期維護(hù)效率；而多使用幾個芯片，并不會給開發(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RD0#，接矩陣鍵盤的輸入信號
? 1片74HCT245，使用片選信號RD1#，接3路DIN
? 1片74HCT273，使用片選信號WE0#，接矩陣鍵盤的輸出信號
? 1片74HCT273，使用片選信號WE1#，接LED
? 1片74HCT273，使用片選信號WE2#，接繼電器
? 1片74HCT273，使用片選信號WE3#，接7路DOUT