在項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)時，單片機(jī)的IO引腳數(shù)量不夠，該如何處理？

單片機(jī)，作為一般電子類產(chǎn)品項(xiàng)目的關(guān)鍵元器件， 常被工程師應(yīng)用處理數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算，甚至包含一些軟件的算法。比如工程師在開發(fā)如下項(xiàng)目：

家用電飯煲項(xiàng)目，單片機(jī)就可以作為數(shù)據(jù)運(yùn)算的核心器件，負(fù)責(zé)處理加熱、定時、顯示、按鍵等功能的實(shí)現(xiàn)；

電動剃須刀項(xiàng)目，單片機(jī)可以作為電機(jī)控制的核心器件，負(fù)責(zé)處理電機(jī)的正轉(zhuǎn)、電池的電量管理等功能的實(shí)現(xiàn)；

辦公碎紙機(jī)項(xiàng)目，單片機(jī)可以作為邏輯分析的核心器件，負(fù)責(zé)處理電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)、人體保護(hù)等功能的實(shí)現(xiàn)。

單片機(jī)項(xiàng)目

工程師在針對這類的項(xiàng)目開發(fā)，會依據(jù)設(shè)計(jì)的功能需求確定單片機(jī)所需的內(nèi)部資源，也就是確定單片機(jī)的型號。常用單片機(jī)的內(nèi)部資源包含引腳數(shù)量、主頻時鐘、存儲空間以及通信接口等等，工程師根據(jù)這些信息選擇項(xiàng)目匹配的單片機(jī)型號。

確定單片機(jī)型號之后，工程師便可以進(jìn)行項(xiàng)目的具體研發(fā)工作，硬件工程師展開電路原理圖設(shè)計(jì)，軟件工程師展開程序的代碼設(shè)計(jì)；在項(xiàng)目研發(fā)階段，工程師或許會遇到類型情況：

項(xiàng)目的研發(fā)工作在接近完畢時，臨時需要額外增加某項(xiàng)功能；或者項(xiàng)目版本在更新迭代的過程中，臨時需要額外調(diào)整某項(xiàng)功能。

面對這類情況，這些臨時增加和調(diào)整的功能，可能會導(dǎo)致之前選擇的單片機(jī)的IO引腳數(shù)量不夠問題出現(xiàn)；針對單片機(jī)的IO引腳數(shù)量不夠時，工程師該如何去較好地解決呢？

工程師可能會重新選擇單片機(jī)的型號，直接通過簡單地增加IO引腳數(shù)量來解決；此方案雖然可以解決，但不推薦，主要存在2個問題：

重新選擇新的單片機(jī)型號，與之相關(guān)聯(lián)的軟件代碼相當(dāng)于也需要重新開發(fā)設(shè)計(jì)，增加了項(xiàng)目的開發(fā)工作量，工作效率不佳；

重新選擇新的單片機(jī)型號，與之相關(guān)聯(lián)的硬件電路相當(dāng)于也需要重新開發(fā)設(shè)計(jì)，需要重新調(diào)試驗(yàn)證，尤其是一些可靠性試驗(yàn)的測試；

既然重新選擇新的單片機(jī)型號存在這些問題，那有沒有其他方案可以更好地解決呢？

在項(xiàng)目開發(fā)過程中，單片機(jī)的IO引腳數(shù)量不夠時，除了重新選擇新的單片機(jī)型號解決方案之外，還存在使用IO引腳擴(kuò)展芯片的方案，比如AL5524芯片就是一個單片機(jī)的IO引腳擴(kuò)展芯片，就能解決此類問題；

那么AL5524 IO引腳擴(kuò)展芯片，它具有什么樣的特性？它是如何解決了單片機(jī)的IO引腳數(shù)量的？它又是如何擴(kuò)展單片機(jī)的IO引腳數(shù)量的？

AL5524芯片引腳定義

Pin1引腳：INTB是實(shí)現(xiàn)中斷功能；

Pin2 & Pin3 & Pin21引腳：ADD實(shí)現(xiàn)的功能是通過硬件方式定義了IIC通信的地址信息；

Pin4 ~ Pin11引腳：RA是芯片擴(kuò)展的IO引腳；

Pin13 ~ Pin20引腳：RB是芯片擴(kuò)展的IO引腳；

Pin22 & Pin23引腳：IIC通信接口功能引腳；

Pin12 & Pin24引腳：芯片的電源輸入引腳；

（AL5224引腳定義圖）

通過引腳功能定義，工程師基本可以分析出芯片的工作原理，也就是通過IIC接口擴(kuò)展了單片機(jī)的IO引腳數(shù)量，這從芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖更容易看出。

AL5224芯片內(nèi)部框圖

在AL5224芯片的內(nèi)部框圖中，主要包含四個部分：地址生成器，IIC控制器，寄存器與控制器，普通IO引腳Port A與Port B；

（AL5224功能框圖）

（1）地址生成器：主要是通過ADD0、ADD1以及ADD2外部的硬件電路定義IIC的通信地址，常用的簡便設(shè)計(jì)是將ADD0、ADD1與ADD2直接接地；

（2）IIC控制器：主要是AL5224芯片與單片機(jī)之間通信的橋梁，用以數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)IO引腳擴(kuò)展功能；

（3）寄存器與控制器：主要是將IIC通信的數(shù)據(jù)暫存于此，便于轉(zhuǎn)換成Port A和Port B引腳輸出；

（4）普通IO引腳Port A與Port B：此兩個引腳就是芯片需要擴(kuò)展的IO引腳，等同于單片機(jī)的IO引腳功能；

分析完這些內(nèi)容之后，工程師或許更清晰地認(rèn)識了AL5224芯片的功能；但這些內(nèi)容還僅僅停留在理論層面，那么具體在項(xiàng)目開發(fā)中，如何去應(yīng)用呢？如何去設(shè)計(jì)呢？如何開發(fā)電路呢？

AL5224芯片應(yīng)用電路

在了解完AL5224芯片基本的電路特性之后，工程師迫切地想著手去解決項(xiàng)目中實(shí)際存在的問題，否則就失去了工作意義。

（AL5224芯片應(yīng)用電路）

AL5224芯片的工作電源電壓范圍為2.0V~5.5V，既可以兼容5V的邏輯電平，也可以兼容3.3V的邏輯電平。

AL5224芯片的應(yīng)用電路，工程師很容易設(shè)計(jì)開發(fā)，只需將SCL與SDA引腳連接單片機(jī)的IIC引腳即可，這樣單片機(jī)就輕易地實(shí)現(xiàn)了解決擴(kuò)展IO引腳數(shù)量的問題了；單片機(jī)通過2個IO引腳SCL與SDA，擴(kuò)展了16個IO引腳數(shù)量，也就實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展IO引腳數(shù)量的功能。

文末結(jié)尾：

在介紹完AL5224芯片的電路特性之后，工程師或許在對比中發(fā)現(xiàn)，相對重新選擇新的單片機(jī)型號而言，選擇AL5224 IO引腳擴(kuò)展芯片方案更具有普遍性，可操作性更強(qiáng)；正所謂事務(wù)都具有雙重性，有正面必然有反面，AL5224芯片的電路方案也存在一些不足之處。

增加項(xiàng)目的BOM核算成本，主要是增加了AL5224的芯片成本；

AL5224 IO引腳擴(kuò)展芯片，擴(kuò)展了14個IO引腳數(shù)量；顯然在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中很少會遇到需要擴(kuò)展14個IO引腳的數(shù)量，即便AL5224系列芯片也支持?jǐn)U展8個IO引腳數(shù)量，但會造成一些多余的IO引腳資源浪費(fèi)現(xiàn)象。