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El PI4IOE5V6416 le permite incorporar 16 pines de E / S adicionales en una amplia variedad de aplicaciones basadas en microcontroladores y FPGA.

Descubrí que una amplia variedad de diseños presentan una necesidad legítima de expansión de E / S. Algunas personas podrían estar inclinadas a pensar que las partes de expansión de E / S están algo anticuadas o simplemente son innecesarias, pero en mi opinión ese no es el caso.

Cuándo usar un expansor de E / S

Es cierto que hoy en día los ingenieros tienen acceso a una enorme variedad de microcontroladores y FPGA, y en muchos casos tiene sentido simplemente elegir un dispositivo que tenga un suministro adecuado de pines de entrada / salida. Por otro lado, hay ciertas situaciones en las que debería considerar el uso de una parte de expansión de E / S:

• A veces realmente no puedes encontrar un microcontrolador o FPGA con suficientes pines. Si el sistema necesita monitorear numerosos sensores o dispositivos de entrada, un IC que esté diseñado específicamente para la expansión de E / S es una solución sencilla.

El BD3376MUV-M de ROHM es un IC de expansión de E / S que está diseñado para monitorear botones pulsadores.

• Le recomiendo que limite sus diseños a un pequeño número de microcontroladores (preferiblemente del mismo fabricante). Me doy cuenta de que una limitación como esta no siempre es práctica, pero es un buen objetivo a tener en cuenta, ya que acelera el diseño de la placa, simplifica el proceso de desarrollo y reduce el número de errores de firmware (a veces enloquecedores) que deben solucionarse. Si lo único que le impide usar uno de sus microcontroladores estándar es el conteo de E / S requerido, le sugiero que considere un expansor de E / S antes de comenzar a leer la hoja de datos de un procesador desconocido.
• Un expansor de E / S también es una forma simple y de bajo riesgo de incorporar funcionalidad de E / S adicional en un diseño existente. Cuando tengo un PCB que funciona exactamente como lo deseo, prefiero hacer el menor número de cambios posible cuando llegue el momento de crear la versión 2. Esto significa que podría agregar un dispositivo de expansión de E / S en lugar de reemplazar el original. microcontrolador o FPGA con una variante de mayor número de pines.

Técnicas de expansión de E / S

Un "anticuado", pero de ninguna manera obsoleto enfoque para la expansión de salida es un dispositivo digital llamado decodificador. La entrada a un decodificador es un código de entrada, es decir, un grupo de señales digitales que representan un número. El decodificador convierte este número en una señal lógica alta que aparece en solo uno de varios pines de salida. Esto permite, por ejemplo, 4 señales codificadas para controlar 16 pines de salida.

Este es un diagrama de un decodificador de 2 a 4, adaptado de esta imagen creada por BlueJester0101.

Un codificador realiza la operación inversa y, por lo tanto, puede utilizarse para la expansión de entrada.

Un enfoque más complicado, pero también más versátil, es utilizar un FPGA o un CPLD como dispositivo de expansión de E / S personalizado. Esta idea podría tener algún mérito en ciertas aplicaciones, aunque sospecho que en la mayoría de los casos sería mejor usar un IC de expansión de E / S de venta estándar.

El PI4IOE5V6416

Este expansor de E / S de 16 bits de Diodes Incorporated ofrece una interesante colección de características. El microcontrolador o FPGA de la placa lee y escribe los pines de E / S adicionales a través de una interfaz I2C, de manera que dos pines de E / S del procesador brindan acceso a 16 pines de E / S en el chip expansor.

Diagrama tomado de la hoja de datos de PI4IOE5V6416.

Además, el PI4IOE5V6416 tiene un pin que le permite elegir entre una de las dos direcciones de esclavos I2C, lo que significa que puede colocar dos de estos IC en el mismo bus I2C y controlar así 32 pines de E / S adicionales utilizando las dos señales I2C.

Traducción de nivel de voltaje

El PI4IOE5V6416 integra la traducción de nivel lógico en su funcionalidad de expansión de E / S. Hay dos pines de voltaje de alimentación separados, uno para la interfaz I2C y otro para las señales GPIO, y ambos admiten un rango de VDD que se extiende desde 1.65 V a 5.5 V. Esta es una característica útil, y hace que el PI4IOE5V6416 sea una buena opción para aplicaciones en las que la capacidad de E / S adicional debe incorporarse en un diseño heredado.

Interrupciones de cambio de estado

Una interrupción de hardware externo permite a un microcontrolador vector a una rutina de servicio de interrupción en respuesta a algún tipo de cambio de voltaje en un pin de entrada. Estos tipos de interrupciones son una buena manera de mejorar la calidad de su código, y el PI4IOE5V6416 le permite ampliar no solo su capacidad de E / S, sino también su capacidad de interrupción de hardware: incluye una señal de salida activa-baja que se puede usar para notificar al procesador siempre que haya un cambio en el nivel lógico aplicado a uno de los pines de E / S del dispositivo (esto ocurre solo si el pin está configurado como una entrada).

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¿Alguna vez ha decidido utilizar un expansor de E / S en lugar de un microcontrolador con mayor número de pines o FPGA? Si tiene recomendaciones de partes, no dude en hacérnoslo saber en la sección de comentarios a continuación.