[实用新型]一种基于可扩展串行总线系统的数字量输入输出装置

说明书

本实用新型涉及单片机技术领域，具体是一种基于可扩展串行总线系统的数字量输入输出装置，所述装置内包括逻辑控制单元、用于实现外部信号采集并隔离有害信号的隔离输出接口、实现内部信号输出的隔离输入接口及电源。本实用新型的有益效果是，低成本、方便、灵活扩展基于可扩展串行总线系统的各个功能模块，作为可扩展串行总线系统的外部扩展装置，可不在原有主机结构中，方便主机扩展。

技术领域

本实用新型涉及单片机技术领域，具体是一种基于可扩展串行总线系统的数字量输入输出装置。

背景技术

在一般单片机系统中，主处理器用于实现数据计算、信号采集、数据存储等功能，但在多数系统中，单片机的片内资源并不能满足系统需求，需要进行相应扩展，如连接RAM(随机存取存储器)，EEPROM(带电可擦可编程只读存储器)，FlashROM(快速擦写只读编程器)，A/D转换器(模数转换器)、D/A转换器(数模转换器)、LED显示驱动器、I/O接口芯片、实时时钟、UART收发器等进行模块扩展。

通常情况下，一般采用总线方式对单片机进行外部模块的扩展，总线分为串行总线和并行总线，由于串行总线的总线线缆数量较少、易于设计，因此被大量应用于各种数据存储、数据采集、运动控制等领域。

其中，SPI(串行外设接口)总线被广泛应用于板级设备通讯设计。目前，各半导体公司推出了大量的带有SPI接口的具有各种功能的芯片，为用户的外围扩展提供了极其灵活且经济的选择。在单片机系统扩展过程中，每个从片的SPI接口仅仅需要从主片的I/O接口引出四根线，这四根线分别为时钟线(CLK)、下行数据线(MOSI)、上行数据线(MISO)、片选控制线(CS)。其中CLK线、MOSI线、MISO线是公用线，也就是说所有的从片与主片之间通讯的这三根线是一样的；而CS线则是私用线，也就是说每个从片与主片通讯时都需要单独配备一根CS线。综上，采用SPI总线系统可以简化电路设计，节省很多常规电路中的接口器和I/O口线，提高设计的可靠性。

但是，从上文的描述中也能总结出标准SPI总线系统的弊端。由于CS 线是私用线，每个从片与主片之间都需要单独配备一根CS线，这就会使得 SPI总线系统在扩展时受到主片I/O接口数量的限制，最终导致主片无法连接更多的从片进行扩展，严重限制了系统的发展性能。

申请号为“201710238394.8”、申请公布号为“CN 107145460 A”、名称为“一种可扩展串行总线系统及其通讯方法”的中国发明专利公开了一种新型的SPI总线系统，其包括：一个主控制器、至少一个节点选择逻辑模块、至少一个从设备和包含5根线缆的串行总线(时钟线CLK、下行数据线MOSI、上行数据线MISO、片选控制线CS、地址选择线CSA)。所述的主控制器通过接口连接在5根线缆的一端，所述的节点选择逻辑模块采用T 型方式接入CS线、CSA线、CLK线、MOS工线，所述的从设备采用T型方式接入CLK线、MISO线缆，与主控制器相连的MOSI线采用菊花链拓扑连接方式，MOSI线经过本级节点选择逻辑模块连接到下一级节点选择逻辑模块和本级从设备，所述的从设备通过CS线连接到本级的节点选择逻辑模块，所述的从设备采用T型方式接入到本级节点选择逻辑模块和下级节点选择逻辑模块之间的MISO线缆。该发明解决了因为主片I/O端口数量有限而导致的标准SPI系统无法动态扩展从片的问题。

该方法是对原主控制器提出的改进，但目前没有一种在不改动原主控制器的前提下，作为与原主机控制器进行外连的外部扩展装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述可扩展串行总线系统的数字量输入输出装置。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种基于可扩展串行总线系统的数字量输入输出装置，所述装置内包括逻辑控制单元、用于实现外部信号采集并隔离有害信号的隔离输出接口、实现内部信号输出的隔离输入接口及电源；