当单片机的IO引脚数量不够时，有什么方案可以解决？

单片机，作为一般电子类产品项目的关键元器件， 常被工程师应用处理数据的逻辑运算，甚至包含一些软件的算法。比如工程师在开发

单片机项目

工程师在针对这类的项目开发，会依据设计的功能需求确定单片机所需的内部资源，也就是确定单片机的型号。常用单片机的内部资源包含引脚数量、主频时钟、存储空间以及通信接口等等，工程师根据这些信息选择项目匹配的单片机型号。

确定单片机型号之后，工程师便可以进行项目的具体研发工作，硬件工程师展开电路原理图设计，软件工程师展开程序的代码设计；

项目的研发工作在接近完毕时，临时需要额外增加某项功能；或者项目版本在更新迭代的过程中，临时需要额外调整某项功能；

面对这类情况，这些临时增加和调整的功能，可能会导致之前选择的单片机的IO引脚数量不够问题出现；针对单片机的IO引脚数量不够时，工程师该如何去较好地解决呢？

工程师可能会重新选择单片机的型号，直接通过简单地增加IO引脚数量来解决；此方案虽然可以解决，但芯片哥不推荐，主要存在2个问题

既然重新选择新的单片机型号存在这些问题，那有没有其他方案可以更好地解决呢？

答案是肯定的，不要问为什么，因为芯片哥，所以芯片哥，哈哈哈。。。。。。

在项目开发过程中，单片机的IO引脚数量不够时，除了重新选择新的单片机型号解决方案之外，还存在使用IO引脚扩展芯片的方案， 比如AL5524芯片就是一个单片机的IO引脚扩展芯片，就能解决此类问题；

那么AL5524 IO引脚扩展芯片，它具有什么样的特性？它是如何解决了单片机的IO引脚数量的？它又是如何扩展单片机的IO引脚数量的？

AL5524芯片引脚定义

Pin1引脚：INTB是实现中断功能；

Pin2 & Pin3 & Pin21引脚：ADD实现的功能是通过硬件方式定义了IIC通信的地址信息；

Pin4 ~ Pin11引脚：RA是芯片扩展的IO引脚；

Pin13 ~ Pin20引脚：RB是芯片扩展的IO引脚；

Pin22 & Pin23引脚：IIC通信接口功能引脚；

Pin12 & Pin24引脚：芯片的电源输入引脚；

AL5224引脚定义图

通过引脚功能定义，工程师基本可以分析出芯片的工作原理，也就是通过IIC接口扩展了单片机的IO引脚数量，这从芯片的内部结构框图更容易看出

AL5224芯片内部框图

在AL5224芯片的内部框图中，主要包含四个部分：地址生成器，IIC控制器，寄存器与控制器，普通IO引脚Port A与Port B；

AL5224功能框图

（1）地址生成器，主要是通过ADD0、ADD1以及ADD2外部的硬件电路定义IIC的通信地址，常用的简便设计是将ADD0、ADD1与ADD2直接接地；

（2）IIC控制器，主要是AL5224芯片与单片机之间通信的桥梁，用以数据交换，实现IO引脚扩展功能；

（3）寄存器与控制器，主要是将IIC通信的数据暂存于此，便于转换成Port A和Port B引脚输出；

（4）普通IO引脚Port A与Port B，此两个引脚就是芯片需要扩展的IO引脚，等同于单片机的IO引脚功能；

分析完这些内容之后，工程师或许更清晰地认识了AL5224芯片的功能；但这些内容还仅仅停留在理论层面，那么具体在项目开发中，如何去应用呢？如何去设计呢？如何开发电路呢？

AL5224芯片应用电路

在了解完AL5224芯片基本的电路特性之后，工程师迫切地想着手去解决项目中实际存在的问题，否则就失去了工作意义；

犹如“不以结婚为目的的谈恋爱都叫耍流氓”一样，芯片哥认为“不以解决现实问题的电路研发都叫自娱自乐”；

AL5224芯片应用电路

AL5224芯片的工作电源电压范围为2.0V~5.5V，既可以兼容5V的逻辑电平，也可以兼容3.3V的逻辑电平。

AL5224芯片的应用电路，工程师很容易设计开发，只需将SCL与SDA引脚连接单片机的IIC引脚即可，这样单片机就轻易地实现了解决扩展IO引脚数量的问题了；单片机通过2个IO引脚SCL与SDA，扩展了16个IO引脚数量，也就实现了扩展IO引脚数量的功能；

文末结尾

在介绍完AL5224芯片的电路特性之后，工程师或许在对比中发现，相对重新选择新的单片机型号而言，选择AL5224 IO引脚扩展芯片方案更具有普遍性，可操作性更强；正所谓事务都具有双重性，有正面必然有反面，AL5224芯片的电路方案也存在一些不足之处

a）增加项目的BOM核算成本，主要是增加了AL5224的芯片成本；

b）AL5224 IO引脚扩展芯片，扩展了14个IO引脚数量；显然在实际项目开发中很少会遇到需要扩展14个IO引脚的数量，即便AL5224系列芯片也支持扩展8个IO引脚数量，但会造成一些多余的IO引脚资源浪费现象；

最后，芯片哥需要指出在项目开发中，工程师需要多方位多角度评估各种不同的方案，权衡方案的得与失之后，才能做出最佳的项目问题解决方案；

本文由【芯片哥】原创撰写，一个只谈电子元器件与芯片的工程师，喜欢就关注芯片哥，和芯片哥一起加油吧

两个单片机IO扩展的实用小例子

我们在做单片机的小项目时，经常会碰到IO口不够用的时候，比如控制多个7段数码管，或者要采集多路AD，要连接多个串口传感器等等。这时，更换单片机不一定是最好的选择，使用其他芯片来扩展IO使用比较常见的办法。今天就给大家介绍两个扩展IO的小例子。

单片机

串行转并行芯片

所谓串行转并行，就是指把要控制的IO状态组成数组，用串行的方式发送给芯片，芯片通过移位锁存，将数组中的IO状态转成真正的电平状态。典型的应用是74HC595控制7段数码管。每个数码管需要8个IO来控制（包括小数点），而通过74HC595，只要3根IO就可以了。而且它还可以级联，就是说，3根IO可以控制两个以上74HC595。下面就是两片74HC595控制两位段码管的原理图：

74HC595原理图

模拟开关芯片

有时候我们需要IO可以是输入状态，或者是输入输出都支持的状态，这种情况下，串行转并行芯片显然就不好用了。这就可以用模拟开关芯片来实现了。所谓模拟开关，可以想象成多个可以通过单片机控制的开关集成在一个芯片里。比较典型的有CD4051和CD4052。CD4051是单路的，CD4052是双路的，他们都可以通过地址线控制选择通道，把一个IO选择连接到多个通道上。比如我们要测量8路AD，实际上单片机只要有一路AD就可以了，通过地址线，让这一路AD依次接到8个通道上，就可以实现8路AD信号的采集。

CD051真值表

简单的单片机一般只有一个或者两个串口，可以通过CD4052把1路串口扩展成4路，原理图如下：

CD4052应用原理图

这两个例子是常见的单片机应用，能够有效的帮助解决IO口短缺的问题，亲测好用哦！

希望我的分享给大家带来帮助，欢迎大家多评论，多交流！

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