CN109407593A - 一种单io扩展系统及扩展方法 - Google Patents

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章逸丰
毛义华
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Abstract

本发明提出一种单IO扩展系统，包括MCU、电阻R、电容C1、串行转并行芯片；还包括二极管D1和电容C2；MCU的待扩展IO连接到所述电阻R的一端，同时连接到串行转并行芯片的CLK引脚，还连接到二极管D1的正极；电阻R的另一端连接电容C1的一端，同时连接到串行转并行芯片的DATA引脚；所述电容C1的另一端接地；二极管D1的负极连接电容C2的一端，同时连接串行转并行芯片的供电管脚；电容C2的另一端接地。本发明利用RC电路的滞后效应，仅需1个MCU IO口的高低控制，就能将信号分离实现串行转并行芯片的数据输入，同时实现IO口给扩展电路供电，节省了IO口数以及电路的线束数量，从而降低成本，提高可靠性。

Description

一种单IO扩展系统及扩展方法
技术领域
本发明属于电子领域，特别是涉及到一种单IO扩展系统及扩展方法。
背景技术
在电子产品中经常需要通过MCU的IO来控制各种电路，为了降低MCU与扩展板连接的线缆成本，希望用最少的IO实现扩展目的。目前常用的扩展方案为使用串行转并行芯片来实现，例如74hC164，74hC1595，这些芯片至少需要4根导线连接。是否能够进一步降低成本，是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种单IO扩展系统及扩展方法，仅需1个MCU IO口的高低控制，就能将信号分离实现串行转并行芯片的数据输入，节省了MCU的IO口数。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种单IO扩展系统，包括MCU、电阻R、电容C1、串行转并行芯片；MCU的待扩展IO连接到所述电阻R的一端，同时连接到串行转并行芯片的CLK引脚；所述电阻R的另一端连接电容C1的一端，同时连接到串行转并行芯片的DATA引脚；所述电容C1的另一端接地。
进一步的，所述单IO扩展系统还包括二极管D1和电容C2；所述MCU的待扩展IO在连接所述电阻R的一端和串行转并行芯片的CLK引脚的同时，还连接到二极管D1的正极；所述二极管D1的负极连接电容C2的一端，同时连接串行转并行芯片的供电管脚；所述电容C2的另一端接地。
更进一步的，所述二极管D1的负极还连接所述串行转并行芯片所连接的设备的供电管脚。
进一步的，所述MCU、所述电容C1的另一端、所述串行转并行芯片共地。
更进一步的，所述MCU、所述电容C1的另一端、所述串行转并行芯片、以及所述串行转并行芯片所连接的设备共地。
本发明的另一方面，应用上述单IO扩展系统的单IO扩展方法，包括：MCU通过控制一个IO的高低变化及高低变化的时间，利用电阻R和电容C1所组成的RC电路的滞后效应，实现发送数据0和数据1给串行转并行芯片。
进一步的，所述MCU发送数据0的方法为：MCU的IO输出0，等待RC电路的输出为0，即串行转并行芯片的DATA引脚为0，然后IO输出1产生上跳沿，串行转并行芯片在CLK的上跳沿将DATA的数据状态存入内部，此刻因为RC电路的滞后效应，串行转并行芯片的DATA引脚还为0，即串行转并行芯片就输入了数据0。
进一步的，所述MCU发送数据1的方法为：MCU的IO口输出1，等待RC电路的输出为1，即串行转并行芯片的DATA引脚为1，然后IO输出0又输出1产生上跳沿，串行转并行芯片在CLK的上跳沿将DATA的数据状态存入内部，此刻因为RC电路的滞后效应，串行转并行芯片的DATA引脚还为1，即串行转并行芯片就输入了数据1。
进一步的，所述MCU的待扩展IO在连接所述电阻R的一端和串行转并行芯片的CLK引脚的同时，还连接到二极管D1的正极；所述二极管D1的负极连接电容C2的一端，同时连接串行转并行芯片的供电管脚；所述电容C2的另一端接地；IO口的高电平期间通过二极管D1给串行转并行芯片供电，同时将电能储存在电容C2上；在IO口的低电平期间，电容C2给串行转并行芯片供电。
更进一步的，所述二极管D1的负极还连接所述串行转并行芯片所连接的设备的供电管脚，给该设备供电。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明利用RC电路的滞后效应，仅需1个MCU IO口的高低控制，就能将信号分离实现串行转并行芯片的数据输入，节省了MCU的IO口数，从而降低了MCU的成本，同时可以通过IO口给扩展电路供电，又实现节省了一根供电线路，从而降低了成本，提高可靠性。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是本发明的信号输入图；
图3是本发明实施例的应用示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明包括MCU、RC电路、串行转并行芯片；MCU的一个IO连接到所述RC电路的电阻R输入端，同时连接到串行转并行芯片的CLK引脚；所述RC电路的电容C1输出端接地；所述RC电路中R与C1之间作为RC电路的输出端，连接到串行转并行芯片的DATA引脚。
所述MCU、所述RC电路、所述串行转并行芯片、所述串行转并行芯片连接的设备共地。
本发明的工作原理为：MCU通过控制一个IO的高低变化及高低变化的时间，利用RC串联电路的滞后效应，实现发送数据0和数据1给串行转并行芯片。
如图2所示，所述MCU发送数据0的方法为：MCU的IO输出0，等待RC电路的输出为0，即串行转并行芯片的DATA引脚为0，然后IO输出1产生上跳沿，串行转并行芯片在CLK的上跳沿将DATA的数据状态存入内部，此刻因为RC的滞后效应，串行转并行芯片的DATA引脚还为0，即串行转并行芯片就输入了数据0。
如图2所示，所述MCU发送数据1的方法为：MCU的IO口输出1，等待RC电路的输出为1，即串行转并行芯片的DATA引脚为1，然后IO输出0又输出1产生上跳沿，串行转并行芯片在CLK的上跳沿将DATA的数据状态存入内部，此刻因为RC的滞后效应，串行转并行芯片的DATA引脚还为1，即串行转并行芯片就输入了数据1。
本发明还可以通过IO口给扩展电路供电，如图1所示，本发明所述单IO扩展系统还包括二极管D1和电容C2；所述MCU的待扩展IO在连接所述电阻R的一端和串行转并行芯片的CLK引脚的同时，还连接到二极管D1的正极；所述二极管D1的负极连接电容C2的一端，同时连接串行转并行芯片的供电管脚；所述电容C2的另一端接地；所述二极管D1的负极还连接所述串行转并行芯片所连接的设备的供电管脚。IO口的高电平期间通过二极管D1给串行转并行芯片和设备供电，同时将电能储存在电容C2上；在IO口的低电平期间，电容C2给串行转并行芯片和设备供电。
如图3所示为本发明的一个应用实例，通过MCU(stC1-15W207)的IO口P3.3与串行转并行芯片LS164的CLK连接，同时P3.3连接一个RC电路，RC电路的输出接串行转并行芯片LS164的数据输入端DATA；实现了MCU单个IO口控制8个LED灯的功能。
同时MCU(stC1-15W207)的IO口还连接到二极管D1的正极；所述二极管D1的负极连接电容C2的一端，同时连接串行转并行芯片LS164的供电管脚；所述电容C2的另一端接地；所述二极管D1的负极还连接8个LED灯的供电管脚，实现了通过IO口给串行转并行芯片LS164和8个LED灯供电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种单IO扩展系统，其特征在于，包括MCU、电阻R、电容C1、串行转并行芯片；MCU的待扩展IO连接到所述电阻R的一端，同时连接到串行转并行芯片的CLK引脚；所述电阻R的另一端连接电容C1的一端，同时连接到串行转并行芯片的DATA引脚；所述电容C1的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种单IO扩展系统，其特征在于，所述单IO扩展系统还包括二极管D1和电容C2；所述MCU的待扩展IO在连接所述电阻R的一端和串行转并行芯片的CLK引脚的同时，还连接到二极管D1的正极；所述二极管D1的负极连接电容C2的一端，同时连接串行转并行芯片的供电管脚；所述电容C2的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的一种单IO扩展系统，其特征在于，所述二极管D1的负极还连接所述串行转并行芯片所连接的设备的供电管脚。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种单IO扩展系统，其特征在于，所述MCU、所述电容C1的另一端、所述串行转并行芯片共地。
5.根据权利要求4所述的一种单IO扩展系统，其特征在于，所述MCU、所述电容C1的另一端、所述串行转并行芯片、以及所述串行转并行芯片所连接的设备共地。
6.应用权利要求1所述单IO扩展系统的单IO扩展方法，其特征在于，包括：MCU通过控制一个IO的高低变化及高低变化的时间，利用电阻R和电容C1所组成的RC电路的滞后效应，实现发送数据0和数据1给串行转并行芯片。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述MCU发送数据0的方法为：MCU的IO输出0，等待RC电路的输出为0，即串行转并行芯片的DATA引脚为0，然后IO输出1产生上跳沿，串行转并行芯片在CLK的上跳沿将DATA的数据状态存入内部，此刻因为RC电路的滞后效应，串行转并行芯片的DATA引脚还为0，即串行转并行芯片就输入了数据0。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述MCU发送数据1的方法为：MCU的IO口输出1，等待RC电路的输出为1，即串行转并行芯片的DATA引脚为1，然后IO输出0又输出1产生上跳沿，串行转并行芯片在CLK的上跳沿将DATA的数据状态存入内部，此刻因为RC电路的滞后效应，串行转并行芯片的DATA引脚还为1，即串行转并行芯片就输入了数据1。
9.根据权利要求6-8任一项所述的方法，其特征在于，所述MCU的待扩展IO在连接所述电阻R的一端和串行转并行芯片的CLK引脚的同时，还连接到二极管D1的正极；所述二极管D1的负极连接电容C2的一端，同时连接串行转并行芯片的供电管脚；所述电容C2的另一端接地；IO口的高电平期间通过二极管D1给串行转并行芯片供电，同时将电能储存在电容C2上；在IO口的低电平期间，电容C2给串行转并行芯片供电。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述二极管D1的负极还连接所述串行转并行芯片所连接的设备的供电管脚，给该设备供电。
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