摘要：因为传统的NI-DIO驱动板卡能够驱动的I／O口数量比较有限，一般只运用在测验通道数比较少的实验场合。而在一般的大型环境实验中，要求能对多个产品一起丈量。假设运用传统的DIO板卡测验，就会呈现丈量通道数量不行的状况。针对此类问题，提出了运用单片机与I／O扩展芯片PCA9554／A选用I2C通讯进行I／O扩展，上位机选用LabVIEW编程，界面友爱、操作便利，在环境实验中起到了杰出作用。
关键词：I／O口；MCU；PCA9554／A；LabVIEW
0 导言
跟着电子技术的飞速发展，各类电子产品像漫山遍野般许多的进军电子市场，其间也包括正在蓬勃发展的轿车电子职业。一般轿车电子职业对这些电子产品的要求比较高，会有许多的技术指标去标准它们，其间很重要的一环就是环境实验。出于对作业效率的考虑，一个环境测验台架往往要求能对多个产品进行一起测验。而这些产品的引脚数量一般也会比较多，这样一来，测验台架上所需的测验通道数量就会许多，往往多达几百个。
一般大都用于轿车电子产品的环境测验台架里边会集成有NI公司的DIO驱动板卡，因为它们的驱动端口比较多，便专用来担任产品的环境实验测验。以NI-6509为例，这是一个12×8的板卡，总共有12个通道，每通道8位I／O操控组成，总计96路I／O操控；NI-2532的矩阵板卡，其能支撑的通道数是32×16，共512路。这些I／O端口，针对一般的运用是够的，但假设用于引脚数量比较多的产品测验，便会呈现I／O口数
量不行用的局势。假设环境实验要一起测验12个产品，每个产品有40个引脚，那么关于产品引脚继电器就有必要要有480个，再加上一些外围辅佐仪器介入的切换，那么在这种状况下，这类DIO板卡的运用就显得很牵强。
针对此类问题，本文提出了一种有用的解决方法，就是运用单片机的I／O口合作市面上一些常见的I／O扩展芯片，进行端口的扩展。单片机有4个端口，每个端口8位，总计32个位操控；扩展芯片，比方I2C芯片，只需求2根线(SDA＆SCL)即可，因而能够连16组I2C通讯，且每组可一起支撑8个芯片(每组最大可包容8个地址)，每个芯片又可操控8个端口。因而，单片机理论上，至少可支撑16×8×8个端口。而且，假设芯片头地址能够不一样的话，例如PCA9554和PCA9554A，那么端口数量又能够增加一倍，到达2 048个，这是一般的板卡所远远不能及的。
1 体系硬件规划
本文所涉及到的硬件比较简单，上位机与MCU之间经过RS 232串口衔接，MCU靠外部电源供给的5 V直流电进行作业。再将MCU的2个端口模仿成SCL，SDA两根线与PCA9554／A进行通讯衔接。这样就形成了上位机发送指令，单片机承受指令并进行相应解析后再经过SDA、SCL两根线向PCA9554／A发送指令数据，操控它的输入与输出。
1．1 PCA9554／A芯片介绍
PCA9554和PCA9554A是16脚的CMOS器材，它们供给了I2C的运用中的8位通用并行输入／输出口(GPIO)，PCA9554／54A包括一个8位装备寄存器(输入或输出挑选)、8位输入寄存器、8位输出寄存器和一个极性回转(高电平或低电平操作有用)寄存器。体系主操控器经过写I／O口相应的装备位来激活端口的输入或输出。PCA9554／A有3个硬件管脚(A0，A1，A2)来完成不同的I2C地址，最多答应8个器材共用一个I2C总线上。PCA9554与PCA554A的专一差异在于I2C地址不同，这样最多答应16个器材(9554和9554A各8个)衔接接到同一个I2C总线上。
1．2 依据PCA9554／A的硬件规划
按I2C规约，PCA9554的器材地址为0x40，PCA9554A的器材地址为0x70，当然，因为硬件地址引脚A0～A2可寻址8个器材，所以器材地址并不专一，例如：A0接GND，A1接VCC，则PCA9554的器材地址为0x4C。运用STC89C52单片机为主控芯片，单片机的P1．3管脚与PCA9554的SDA管脚相连，P1．2管脚与PCA9554的SCL管脚相连。4个LED灯能够受四个按键操控，也能够受上位机进行操控。
2 体系软件规划
本文体系软件规划首要分为两部分，一个是上位机的LabVIEW程序规划；另一个则是单片机底层C言语的程序规划。
2．1 LabVIEW的程序规划
上位机的程序规划首要是与MCU串口通讯，经过向MCU发送操控指令来到达对PCA9554／A的I／O口进行操控的意图。
LabVIEW是一种图形化编程言语，由美国国家仪器(NI)公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境。运用这种言语编程时，根本上不写程序代码，取而代之的是流程图。运用它进行原理研讨、规划、测验并完成仪器体系时，能够大大提高作业效率。
本文首要是用LabVIEW言语编写与MCU的串口通讯程序，界面友爱、操作便利。LabVIEW操控单片机是经过Instrument I／O的Serial控件调用来完成的。首要用到其间的VISA装备串口节点，包括串口装备、读、写、封闭等节点。经过对这些节点的调用就能够便利的对串口进行操作。
这儿，Command to RS 232栏中的指令有必要与单片机事前烧录好的代码相符合。这样，单片机才能将接纳到的指令进行正确匹配，并履行相应操作。
程序左端调用Configuration模块，进行串口的根本装备，比方BaudRate、数据位等，使这些参数与单片机里边的串口预界说设置相一致；右侧是Close模块，用于程序退出时，释放对串口的操控；中心是程序主体，包括对串口的读、写操作，完成对串口的双向通讯。为了程序简练、形象易懂，此次程序顶用到了对LabVIEW子函数的调用，如RS 232-ini，RS 232W-R等模块，这些子函数就是用VISA串口节点来编写的，仅仅做了封装罢了。
2．2 MCU的串口通讯
上位机是经过串口将指令字符传递给单片机的。单片机对串口的读操作是经过中止的方法完成的，以字符为单位，每接纳到一个8位的字符，MCU发生一个读中止RI=1，此刻，单片机将接纳到的字符储存起来，然后软件将RI复方位0，持续接纳下一个字符。本体系中，一切计算机发送给单片机的指令均以‘?’结束。MCU接纳到‘?’后，发生一个中止位，然后与事前界说好的指令进行匹配，假设指令事前有界说，那么就会履行相应的操作。
2．3 MCU的I2C时序模仿
上位机向单片机发送指令数据，假设这些指令已在单片机中事前界说好，那么单片机将会经过模仿的SDA与SCL两个引脚，依据PCA9554／A的datasheet时序图，将操控指令数据传递给PCA9554／A，然后完成对PCA9554／A的I／O口进行操控。
2．3．1 PCA9554／A的写操作
依据I2C总线传输协议以及PCA9554／A的总线读写特性，能够看出：对PCA9554／A端口的写操作首要是经过对它的输出端口寄存器进行写操作的。详细进程为：在SCL为高电平期间，SDA由高电平向低电平转化作为开端信号，SDA由低电平向高电平转化则为中止信号。在开端条件后，有必要是从机地址，关于PCA9554来说从地址的高4位是0100，而PCA9554A则是0111，A2，A1，A0的凹凸电平状况能够有8种组合，最终一位是读写挑选位。从地址发送完后就是等候从机的应对信号ACK，从机正确应对后便开端由主机发送指令字节，接着又是等候从机应对，应对后便开端发送数据了。以下为PCA9554的写操作部分代码。
2．3．2 PCA9554／A的读操作
对PCA9554／A的读操作略微费事一点，需求在收到第2次从机应对信号后再一次发送总线开端信号及从机地址即可。
因为篇幅原因，以上均只给出了部分重要程序。需求提出的是I2C总线上的开端、中止、以及读写数据的时序模仿均要参阅PCA9554／A的datasheet中的时刻参数要求，严厉对应。
3 结语
本文运用单片机与I／O扩展芯片PCA9554／A选用I2C通讯进行I／O扩展，提出了详细的软硬件规划，完成了上位机对PCA9554／A端口的直接操控，并进行了I／O的有用扩展。并成功的运用在对多个轿车电子产品一起丈量的环境实验中，取得了很好的作用。
