一种带功能指示的可编程控制的隔离型IO端口复用电路的制作方法

本发明属于mcu控制，具体涉及一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路。

背景技术：

1、在mcu硬件设计领域，通常mcu的控制引脚gpio对外端口，按应用可分为两类，有一部分分配给io口用作输入信号检测，称为di(digitalinput)或ai(analoginput)，这里以di为例说明：例如检测限位开关的到位信号，防止设备运行到末端极限位置后继续运动造成撞件损坏；另一部分gpio分配给输出控制，称为do或ao，这里以do为例说明，例如控制波导开关动作，用于切换不同的波导通道，或是控制各种信号灯；且为了保证mcu芯片的安全，io端口一般需要加隔离设计(外设的供电电压一般高于mcu芯片供电电压)。

2、这两类端口在设计之初，其功能就被固化下来，但这样的设计有一个很大的局限，一旦板卡被设计出来，其功能就是固定的，无法灵活改变；输入口只能用于检测，而输出口只能用于控制，无法复用或切换；这造成很多麻烦，例如一个项目中需要的输出控制量(do)为4个,输入检测量(di)为1个，另一个项目上不需要do，但需要5个di，则原来的板卡io需求将无法满足要求，通常做法是，不得不将原先的板卡重新设计和加工制造，造成了极大的时间和成本浪费，尤其是当只相差1个di但do富余，却用不上，却不得不为此再设计一次板卡，这尤其显得浪费；更不要说，有些项目在设计初期，虽然总io数目已知，但该端口作为输入，还是输出却是不确定的情况；显然，项目中途频频修改硬件并非明智之选。

3、为了满足不同项目因输出输出端口类型及需求不同造成的硬件端口不匹配问题，通常的做法是重新设计单板以匹配io输入输出的变化，但会造成前期设计浪费，延长项目周期；

4、另外一种改进的做法是选用更高规格的mcu型号并在板卡上预留尽可能多的隔离型输入输出端口，这会大大增加设计成本并造成mcu的gpio资源的浪费，尤其是在仅相差1个io口的情况下，另外，此解决方案pcb占用面积也会大大增加，这在空间受限性应用中变得尤为不可接受。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，在设计阶段，将gpio引脚的对外端口，设计成可复用的，由后续项目需求决定是作为输入检测(di)还是输出控制(do)，从而可以实现灵活分配，并提高设计效率，可以做到多项目共用单板，提高单板复用性，大大节约研发成本和后续项目的研发周期。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，包括起隔离作用的io隔离电路101-io隔离电路；起功能切换作用的102-io复用功能切换电路；起指示和硬件设置作用的103-切换指示与设置电路；起接口作用的104-接口电路。

3、作为本发明的一种优选的技术方案，所述101-io隔离电路由核心芯片光耦pc817c以及附属的起限流作用的电阻r3、r4构成；光耦隔离电路的4个信号pwra/pwrb以及pri_a和sec_b共同接于电路102-io复用功能切换电路的4个公共端com1/com2/com3/com4。

4、作为本发明的一种优选的技术方案，所述102-io复用功能切换电路由起主要功能切换部分的模拟开关芯片rs2099以及起附属的外围电路信号连接构成。

5、作为本发明的一种优选的技术方案，所述103-切换指示与设置电路由以下几部分构成：

6、a：起检测功能启用指示作用的蓝色led1以及起附属的相连的起限流作用的电阻r79，当启用输入检测功能时候，蓝灯led1会亮起；

7、b：起对外控制功能启用指示作用的黄灯led2以及起附属的相连的起限流作用的电阻r81，当启用输出控制功能时候，黄灯led2会亮起；

8、c：起上拉作用的电阻r1和起下拉作用的电阻r2，其中r1和r2用于硬件配置功能切换。

9、作为本发明的一种优选的技术方案，所述104-接口电路为电路的对外接口部分。

10、作为本发明的一种优选的技术方案，所述104-接口电路共有三部分接口组成，其中接口电路a为电路与外设和mcu的gpio口的对接接口；接口电路b为配置电路与mcu的配置用gpio口的对接接口，网络名称为swap_ctrl；接口电路c的接口与接口b的电路接口相同，swap_ctrl连接同一个gpio口。

11、作为本发明的一种优选的技术方案，所述103-切换指示与设置电路中r1和r2组成的上下拉硬件控制电路亦可控制swap_ctrl的电平状态。

12、作为本发明的一种优选的技术方案，可使用4通道光耦组成隔离io复用阵列。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1.本发明通过通过巧妙的技术设计，将单个gpio引脚的对外端口，设计成可复用的，由后续项目需求决定是作为输入检测(di)还是输出控制(do)，从而可以灵活分配，提高设计效率，减少后期变更和改板的频率；

15、2.避免了项目开发过程中，后续因输入输出类型的变更导致后期改板的可能性，大大节约项目成本和研发周期；

16、3.大大节约了gpio资源，使得可以用较小规模的mcu实现较多功能的设计，且可编程控制，甚至可分时复用，应用极为灵活；

17、4.相较于预先将可能的隔离型输出输出端口预先都预留出来的做法，大大节约了pcb面积，在空间受限性应用中十分友好；

18、5.甚至可以做到多个类似项目共用单板，提高了板卡的通用性，使得多个项目复用相同单板变得可能，为企业节约了研发成本。

技术特征：

1.一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，其特征在于：包括起隔离作用的io隔离电路101-io隔离电路；起功能切换作用的102-io复用功能切换电路；起指示和硬件设置作用的103-切换指示与设置电路；起接口作用的104-接口电路。

2.根据权利要求1所述的一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，其特征在于：所述101-io隔离电路由核心芯片光耦pc817c以及附属的起限流作用的电阻r3、r4构成；光耦隔离电路的4个信号pwra/pwrb以及pri_a和sec_b共同接于电路102-io复用功能切换电路的4个公共端com1/com2/com3/com4。

3.根据权利要求1所述的一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，其特征在于：所述102-io复用功能切换电路由起主要功能切换部分的模拟开关芯片rs2099以及起附属的外围电路信号连接构成。

4.根据权利要求1所述的一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，其特征在于：所述103-切换指示与设置电路由以下几部分构成：

5.根据权利要求1所述的一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，其特征在于：所述104-接口电路为电路的对外接口部分。

6.根据权利要求5所述的一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，其特征在于：所述104-接口电路共有三部分接口组成，其中接口电路a为电路与外设和mcu的gpio口的对接接口；接口电路b为配置电路与mcu的配置用gpio口的对接接口，网络名称为swap_ctrl；接口电路c的接口与接口b的电路接口相同，swap_ctrl连接同一个gpio口。

7.根据权利要求4或5所述的一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，其特征在于：所述103-切换指示与设置电路中r1和r2组成的上下拉硬件控制电路亦可控制swap_ctrl的电平状态。

8.根据权利要求1所述的一种带功能指示的可编程控制的隔离型io端口复用电路，其特征在于：可使用4通道光耦组成隔离io复用阵列。

技术总结
本发明公开了一种带功能指示的可编程控制的隔离型IO端口复用电路，包括起隔离作用的IO隔离电路101‑IO隔离电路；起功能切换作用的102‑IO复用功能切换电路；起指示和硬件设置作用的103‑切换指示与设置电路；起接口作用的104‑接口电路；本发明的有益效果是：本发明通过通过巧妙的技术设计，将单个GPIO引脚的对外端口，设计成可复用的，由后续项目需求决定是作为输入检测(DI)还是输出控制(DO)，从而可以灵活分配，提高设计效率，减少后期变更和改板的频率；避免了项目开发过程中，后续因输入输出类型的变更导致后期改板的可能性，大大节约项目成本和研发周期；大大节约了GPIO资源，使得可以用较小规模的MCU实现较多功能的设计，且可编程控制，应用极为灵活。

技术研发人员：赵春朋,梁凯伦,刘鑫,王孝卫,姚德安,谭超,张家菲,强旭
受保护的技术使用者：陕西兴际通通信有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11