簡單介紹單片機IO擴展

學單片機的小伙伴們都知道，單片機的IO口數量都是固定的，在做項目的時候，需要根據自己實際用到的IO數量，再綜合考慮一下單片機自帶的硬件資源，我們會選擇不同封裝的單片機。然而，當所需要用到的IO口數量大于該品牌單片機最大IO口數量的又怎么辦呢？也許有人會說，換別的品牌的單片機不就好了，比如，總所周知，STC單片機最大的封裝是64腳的，出去兩個電源引腳，最大IO口數量可以達到62個，然而，假如我在一個項目中要用到80個IO口怎么辦？直接上STM32啊！沒錯，確實可以用STM32來做，但是，并不是所有會用51單片機的人都能輕輕松松上手STM32來做項目，比如像筆者這樣的，用慣了STC的單片機，如果突然讓我用STM32來替代STC單片機的位置，還是需要花不少時間來研究。

基于上述原因，很多人自然會想到了IO口擴展！當然，IO擴展有很多種方式，比如，用74系列的74HC138（三八譯碼器），只需要3個IO口就可以擴展成8個輸入口：

另外，74HC595、74HC164同樣也可以用少量IO口擴展成更多的IO口，而且支持級聯，也是一種不錯的選擇：

當然，也有并聯擴展方案，比如，用74HC244和74HC273，共用8位數據口，通過在不同時刻控制每個芯片的使能端，便可以獲得當前輸入口狀態或控制當前輸出：

筆者曾經初學的時候，就用了74HC138+74HC244+74HC273的方案做了一款板子，雖然說使用上沒多大問題，但是，在布線的時候，還是感覺到了這種方案的不足之處：

由于筆者比較懶，而且項目中對于這種IO擴展確實用到的比較少，所以也沒有進一步去研究，直到前段時間，筆者的一位朋友跟我提出了一個需求，就是想用51單片機做個板子，盡可能多的擴展IO，因為他想用這個板子在做多機通信，既能做從機又能做主機，而主機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輸入輸出。筆者剛開始的時候，有兩種方案，一是用曾經做過的板子，稍加改動一下來做，例程也有現成的，程序寫起來也簡單；二是直接用STM32來做。第一種方案的話，要說可行的確實也能用，但是總感覺不是很理想。對于第二種方案，筆者也是可以上手STM32的，選個100腳，甚至144腳、176腳的單片機，做一些IO控制、串口通信問題不大。但是，前提是，我那朋友用51單片機都有點吃力，更別說讓他用STM32單片機了，而且，我雖然對STM32的使用沒多大問題，但是，真正遇到問題的時候，未免能給他指點太多。思前想后，還是決定再找找看有沒有其他的方案！

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展板。然后仔細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IO口，便可以實現最多16*8=128個IO口的擴展，其中，16為每個芯片的最大IO口，8為最大地址數量，因為只有3個地址控制位，所以最大只能設置8個地址。另外，由于MCP23017芯片IO口的模式可以任意設置為輸入或輸出模式，所以，我們可以在這擴展的最大的128個IO口中，任意搭配出不同的輸入口和輸出口，再加上51單片機本身的五六十個輸入口，那么通過這種擴展方案，可以讓控制板最多擁有180多個輸入輸出口。SPI接口的MCP23S17芯片也是類似的效果，只是多占用單片機本身1個IO口而已。