探讨：扩展STM32的端口和好处

guolun · 发表于 2019-6-5 10:19:05

众所周知，ARM单片机，由于制造工艺等原因，芯片和引脚承受过压过流的能力不强。一不小心就发生闩锁，过流发热或者损坏。
所以我设计的端口，一般都要做防护设计。最简单的是输入端串联10K电阻。对响应没有要求的，板子空间大的，还可以接入吸收作用的电容旁路到地。
输出就不好加入电阻，会降低驱动力和速度的问题。
我现在比较倾向于用IO扩展芯片来解决问题。
经典的扩展是用HC165扩展输入，HC595扩展输出。我认为这2个芯片引脚比ARM引脚耐操。我认为还有以下好处。
1-把各种类型的输入从单片机引脚分开了。单片机只跟扩展芯片打交道。他们相互距离小，不担心引线窜入继电器等强干扰，发生闩锁的情况应该大大减少。
2-扩展了引脚数量。现在芯片引脚规模普遍都很大，这个几乎没有优势。
但我认为带来好处的同时，也带来缺点。
1-引脚电平变化中断没有了。
2-实时性降低了。
3-编程复杂了。
为了解决缺点1，我在A****找到一个芯片AW9523，它有16个引脚可以用做IO端口。可以任意设置为输入和输出。如果输入引脚电平变化，会有中断发生，此时启用I2C总线读入，虽然反应慢些，总算有了输入中断。
现在的问题是：这个芯片以前没有用过，耐操吗？有没有比她耐操的芯片可以替代？
希望大家探讨一下。

plb83 · 发表于 2019-6-5 10:24:32

我记得TM1627也可以带外部中断，LED段位显示驱动

myxiaonia · 发表于 2019-6-5 11:29:15

8255了解下

tomzbj · 发表于 2019-6-5 11:39:38

用573、164245之类呗。。。个别引脚需要增加驱动力的话，用LVC1G14、LVC1G00、LVC1G08之类就行了。

polarbear · 发表于 2019-6-5 11:44:46

myxiaonia 发表于 2019-6-5 11:29
8255了解下

给你1024个赞

guolun · 发表于 2019-6-5 11:49:12

myxiaonia 发表于 2019-6-5 11:29
8255了解下

8255最经典了。就是通讯引脚多了些。

guolun · 发表于 2019-6-5 11:54:52

plb83 发表于 2019-6-5 10:24
我记得TM1627也可以带外部中断，LED段位显示驱动

TM的看了看，可能你记错了型号，我不是单要键盘输入。其他的比如传感器输入，TM这颗就不合适。CH423就符合，只是输入引脚少了些。

jlhgold · 发表于 2019-6-5 11:58:11

国产的伪cpld（真fpga+flash）了解一下，哈哈哈

guolun · 发表于 2019-6-5 11:58:46

tomzbj 发表于 2019-6-5 11:39
用573、164245之类呗。。。个别引脚需要增加驱动力的话，用LVC1G14、LVC1G00、LVC1G08之类就行了。 ...

你是隔离的方案。连线复杂了。还不如采用光耦呢。

AWEN2000 · 发表于 2019-6-5 12:11:21

感觉多此一举，自己找麻烦

youkebing · 发表于 2019-6-5 12:16:50

jlhgold 发表于 2019-6-5 11:58
国产的伪cpld（真fpga+flash）了解一下，哈哈哈

好想了解一下，给点资料呗

jlhgold · 发表于 2019-6-5 12:18:48

jlc就有，仔细找找，价格比较低的

asj1989 · 发表于 2019-6-5 12:20:58

再加个stm8上去做io，和stm32通讯就行了

pxclihai · 发表于 2019-6-5 12:23:41

有没有扩展输入捕捉的。

jlhgold · 发表于 2019-6-5 13:24:18

或者试试PCA9555PW 价格哈哈哈

guolun · 发表于 2019-6-5 14:24:08

jlhgold 发表于 2019-6-5 13:24
或者试试PCA9555PW 价格哈哈哈

我上面提到的AW9523，和这个几乎同样功能。价格1.xx元。

tomzbj · 发表于 2019-6-5 14:36:08

guolun 发表于 2019-6-5 11:58
你是隔离的方案。连线复杂了。还不如采用光耦呢。

哪里隔离了，没有啊

anyanggcmy · 发表于 2019-6-5 16:24:18

595之类的芯片我只用于显示，对于控制方面的怕串行数据受到干扰造成误动作。实际上作为单片机隔离和增加驱动能力我比较喜欢2T45这种芯片

anyanggcmy · 发表于 2019-6-5 16:25:55

myxiaonia 发表于 2019-6-5 11:29
8255了解下

8255也太古老了吧，虽然是51单片机时代的经典，现在都停产了吧。

guolun · 发表于 2019-6-5 22:28:47

tomzbj 发表于 2019-6-5 14:36
哪里隔离了，没有啊

我重新看了datasheet，这个芯片还是不错的。双向输入输出，3V-5V兼容，增强驱动能力。价格也不高。部分满足要求。

guolun · 发表于 2019-6-5 22:47:47

anyanggcmy 发表于 2019-6-5 16:25
8255也太古老了吧，虽然是51单片机时代的经典，现在都停产了吧。

停产了。4楼推荐的可以替代。但要简单的话，我发现CH422就可以。

xzhiwei · 发表于 2019-6-5 22:58:41

哈哈，用过pca9539，有坑，反正这种带复位引脚的扩展io芯片我是不敢再用了。楼主说一块多钱，自己买到了吗，渠道怎么样。国产芯片担心买了这批没下批

flash3g · 发表于 2019-6-5 23:08:13

STM32的IO是真的脆弱，在51转过来用STM32肯定会踩坑

lileistone · 发表于 2019-6-6 00:51:13

PCAL6416，16个IO；PCAL6534，34个IO，都是i2c总线扩展的

leiyitan · 发表于 2019-6-6 07:41:17

上海艾为电子的芯片么？
他们的这种芯片主要是用来点灯的吧，0.35间距的QFN封装，还有WLCSP估计不太适合小批量单片机板子玩，别人都是给蓝绿大厂手机点灯用的

anyanggcmy · 发表于 2019-6-6 08:10:10

flash3g 发表于 2019-6-5 23:08
STM32的IO是真的脆弱，在51转过来用STM32肯定会踩坑

请教一下，有这么严重吗？都是那些坑呢？

lb0857 · 发表于 2019-6-6 08:17:30

asj1989 发表于 2019-6-5 12:20
再加个stm8上去做io，和stm32通讯就行了

二者之间数据用什么方式进行通讯最为可靠/速度也跟得上谢谢

lb0857 · 发表于 2019-6-6 08:24:50

2T45经典的电平转换芯片成本在乎的产品流口水的份 hc595扩展io是可以的在输出使能端引脚有mcu控制,保证输出不容易受到干扰

anyanggcmy · 发表于 2019-6-6 08:28:02

asj1989 发表于 2019-6-5 12:20
再加个stm8上去做io，和stm32通讯就行了

IO口不够，可以选引脚多的型号，这种用法的多吗，有啥好处呢？

anyanggcmy · 发表于 2019-6-6 08:29:28

lb0857 发表于 2019-6-6 08:17
二者之间数据用什么方式进行通讯最为可靠/速度也跟得上谢谢

理论上可以，但有这样用的吗？

hailing · 发表于 2019-6-6 08:52:03

之前产品用串转并的4094控制16个继电器。刷新数据时受群脉冲或静电测试的干扰，继电器就会乱跳，时钟和数据线上并10nf电容会好很多。但是可靠性不如直接stm32的io直接驱动uln2003。后来就不在这里用串转并了。读按码开关只需要上电读一次还是用165

guolun · 发表于 2019-6-6 08:56:38

本帖最后由 guolun 于 2019-6-6 09:14 编辑

xzhiwei 发表于 2019-6-5 22:58
哈哈，用过pca9539，有坑，反正这种带复位引脚的扩展io芯片我是不敢再用了。楼主说一块多钱，自己买到了吗 ...

嘉立创有卖。
（下面后来添加）
有什么坑。能说不？

guolun · 发表于 2019-6-6 09:02:51

AWEN2000 发表于 2019-6-5 12:11
感觉多此一举，自己找麻烦

是麻烦了。对于脆弱的IO端口，有什么措施保护吗？比如：ARM连接无刷电机驱动器的引脚，3个输出：方向，刹车，调速。1个输入：霍尔脉冲。连接线40cm长度。工作于高电压（24V），大电流（5A），大的电压（电流）/时间。样机试过端口损坏。

guolun · 发表于 2019-6-6 09:04:39

asj1989 发表于 2019-6-5 12:20
再加个stm8上去做io，和stm32通讯就行了

stm8的端口比STM32端口强壮吗？虽然复杂了，但功能灵活多样。不失为一个好方案。

guolun · 发表于 2019-6-6 09:11:10

lileistone 发表于 2019-6-6 00:51
PCAL6416，16个IO；PCAL6534，34个IO，都是i2c总线扩展的

这个功能强大。能提供购买的渠道吗？

guolun · 发表于 2019-6-6 09:13:42

anyanggcmy 发表于 2019-6-6 08:29
理论上可以，但有这样用的吗？

就是选择一个端口没那么脆弱的芯片，替代STM32脆弱的端口。

xzhiwei · 发表于 2019-6-6 09:53:25

guolun 发表于 2019-6-6 08:56
嘉立创有卖。
（下面后来添加）
有什么坑。能说不？

就是在某些干扰的时候，IO不可控。reset好像很容易被干扰，我是省引脚，直接上拉，没有用IO去控制reset。

QQ373466062 · 发表于 2019-6-6 10:00:51

看了下这个AW9523的DS，发现其去抖动时间为8S，这个也太久了吧：

AW9523B 时刻监测输入状态,当检测到 GPIO 口逻辑电平变
化,内部电路先进行 8μs 去抖动处理;若 8μs 后,确认其状态变化,则中断引脚电平拉低。不论
GPIO 口电平由低变高或由高变低,均能产生中断。

不然作为GPIO Ext还是不错的。

vtte · 发表于 2019-6-6 10:43:40

恕我看不出有什么好的，反而会增加系统复杂性和降低可靠性。

qq915412051 · 发表于 2019-6-6 11:10:41

最近正在搞这个，准备用TCA6416APWR

Ilaohuyou · 发表于 2019-6-6 11:11:19

楼主的这个问题看似简单, 还真不好处理

AWEN2000 · 发表于 2019-6-6 11:18:15

用扩展芯片就不会坏了吗？？？
自找麻烦。

WOSDAIZ · 发表于 2019-6-6 14:46:10

本帖最后由 WOSDAIZ 于 2019-6-6 14:51 编辑

hailing 发表于 2019-6-6 08:52
之前产品用串转并的4094控制16个继电器。刷新数据时受群脉冲或静电测试的干扰，继电器就会乱跳，时钟和数据 ...

你試看看用595,時序參數符合時,刷新資料時不會影響輸出狀態,也不須加電容.

編輯原因:修改更明確的回覆.

huangqi412 · 发表于 2019-6-6 22:36:50

jlhgold 发表于 2019-6-5 11:58
国产的伪cpld（真fpga+flash）了解一下，哈哈哈

给个型号啊

hailing · 发表于 2019-6-7 10:17:04

WOSDAIZ 发表于 2019-6-6 14:46
你試看看用595,時序參數符合時,刷新資料時不會影響輸出狀態,也不須加電容.

这个问题不是说刷新数据时影响输出状态，4094刷新数据时也是不会影响输出的。595在外部干扰下也会出现错误的情况，我们的板子平时调试时都没发现问题，当时测试或放现场接触器频繁开关时会产生误动作。当时最容易受干扰的CLK信号，外部干扰会在CLK上产生1到多个干扰的CLK信号，导致错误的数据被写入了。而这些串转并芯片读取数据都是靠CLK信号的，所以CLK信号是重灾区。其他的DAT线也会受干扰，只是敏感度没这么高。

WOSDAIZ · 发表于 2019-6-8 00:40:33

hailing 发表于 2019-6-7 10:17
这个问题不是说刷新数据时影响输出状态，4094刷新数据时也是不会影响输出的。595在外部干扰下也会出现错 ...

我用過上萬個595,能夠沒出問題是因為這些控制線都在板子上跑,只有最後輸出的部份才可能外拉接線,你的狀況我猜想是這些,控制,資料線是有接線外拉連接,這樣一定很容易受干擾,這種IC只是純硬件轉換,對時序波型都是直接反應的,不像51的UART還會取樣3次作為核實,線一但外拉,頻率高低也影響時序波形,畢竟工作電壓都是低壓,4094可以12V工作,或許你就是要用它12V,在結構不改變的狀況下,就試試看用帶隔離網的線,接地屏蔽看看是否有相當改善,若不是以上說的外拉線,那就另說了.

qtechzdh · 发表于 2019-6-8 09:25:55

MCP23S17 SPI的，16io 可以中断。PCA9506 40个IO IIC

ilikemcu · 发表于 2019-6-8 11:04:41

其实这种扩展随便一片IO数量合适的带UART的8位单片机都可以胜任，而且可以编程，在某些场合，还能帮主MCU分担点事情，STC的就有很多，反正在一个PCB上，距离很近，通信速率可以上到Mbps，最关键的是通信数据可以加入严格的诸如CRC16这样的校验，保证你输入输出的数据不会有错误，而那些逻辑芯片，坏了一个腿，你都不会有机会知道

更不要说你发出的数据被意外干扰，错误输出这样的事情了。

zcllom · 发表于 2019-6-8 11:21:53

ilikemcu 发表于 2019-6-8 11:04
其实这种扩展随便一片IO数量合适的带UART的8位单片机都可以胜任，而且可以编程，在某些场合，还能帮主MCU分 ...

STC的使用又增加一个不可靠因素。这玩意口碑不怎么好吧。

ilikemcu · 发表于 2019-6-8 13:20:35

zcllom 发表于 2019-6-8 11:21
STC的使用又增加一个不可靠因素。这玩意口碑不怎么好吧。

你的眼里只看到STC，没辙。我只是提供一个思路，哪STC举个例子而已，唉；
另外STC如果真那么不济，老姚早就垮了，他的项目又没什么资助，网上太多人云亦云，以讹传讹了，起码我用过好几个型号的STC，没掉过链子

guolun · 发表于 2019-6-8 16:24:24

QQ373466062 发表于 2019-6-6 10:00
看了下这个AW9523的DS，发现其去抖动时间为8S，这个也太久了吧：

8微秒，不是8秒

fct8591 · 发表于 2019-6-8 16:34:23

AWEN2000 发表于 2019-6-6 11:18
用扩展芯片就不会坏了吗？？？
自找麻烦。

还是太年轻

1000个产品2个出现mcu损坏客户可能会让你批量报废。

guolun · 发表于 2019-6-8 16:36:54

ilikemcu 发表于 2019-6-8 11:04
其实这种扩展随便一片IO数量合适的带UART的8位单片机都可以胜任，而且可以编程，在某些场合，还能帮主MCU分 ...

是啊。这个方案功能非常强大。STC应该可以做这个事情。

isakura · 发表于 2019-6-8 20:18:34

扩展的话为什么不换芯片？飞思卡尔和nxp的抗性强不少啊

guolun · 发表于 2019-6-8 20:27:22

isakura 发表于 2019-6-8 20:18
扩展的话为什么不换芯片？飞思卡尔和nxp的抗性强不少啊

也是个好建议。

lswood · 发表于 2019-6-8 20:45:38

zcllom 发表于 2019-6-8 11:21
STC的使用又增加一个不可靠因素。这玩意口碑不怎么好吧。

作为电工需要严谨、避免不可靠因素是对的，但是一提stc你就否定，你是用stc掉过坑吗？还是人云亦云？如果你是人云亦欲那就不严谨了，鄙视！
我大量用过好几种型号stc的mcu近10年了，怎么从来没掉过坑呢。论坛上帖子说stc有问题的，基本上到最后都是自己码的代码有问题、成了打脸贴。

lswood · 发表于 2019-6-8 20:53:43

hailing 发表于 2019-6-7 10:17
这个问题不是说刷新数据时影响输出状态，4094刷新数据时也是不会影响输出的。595在外部干扰下也会出现错 ...

如果595和mcu在一块板子上，clk被干扰那需要多大的电磁干扰啊，mcu估计早跑飞了。
我想说的是：如果不是通过排线外部扩展、而是在同一块pcb上用595，尽情用就是了，担心是多余的。

hailing · 发表于 2019-6-9 07:21:50

WOSDAIZ 发表于 2019-6-8 00:40
我用過上萬個595,能夠沒出問題是因為這些控制線都在板子上跑,只有最後輸出的部份才可能外拉接線,你的狀況 ...

就在板子上，还有控制的是继电器，这样和灯有不一样的地方是只要刷新数据时有一次错误，继电器就会有动作，人就可以感觉出来，外部接的设备就会被开关一次，因为我们大概一秒刷新3次，虽然最终会控制正确，但是已经会导致外部设备异常动作了，要是控制led，异常灭一下无所谓的，这个也是一种因为不同控制对象的区别。

hailing · 发表于 2019-6-9 07:27:48

lswood 发表于 2019-6-8 20:53
如果595和mcu在一块板子上，clk被干扰那需要多大的电磁干扰啊，mcu估计早跑飞了。
我想说的是：如果不是 ...

mcu使用STM32F103VCT6，程序运行正常，静电8kv以上，对基板近距离接触放电，不是对测试的板子大，对基板打并且距离很近，火花声音不大，拉开距离火花声音变大，但是对外辐射能量其实变小了，之前打电能表的测试方法。静电电压抬高到20kv发生干扰的概率更大。mcu还是正常运行

zhaoyuanxian · 发表于 2019-6-9 07:36:45

换个pin对的mcu吧

modbus · 发表于 2019-6-9 13:04:58

hailing 发表于 2019-6-9 07:21
就在板子上，还有控制的是继电器，这样和灯有不一样的地方是只要刷新数据时有一次错误，继电器就会有动作 ...

在一块板子上还能设计出这么弱的抗干扰能力，那估计很多外扩芯片你都用不了啦，比如SRAM、并口闪存、串口闪存、串口EEPROM、以太网扩展芯片等等，这些都有CLK信号

hailing · 发表于 2019-6-9 18:47:36

modbus 发表于 2019-6-9 13:04
在一块板子上还能设计出这么弱的抗干扰能力，那估计很多外扩芯片你都用不了啦，比如SRAM、并口闪存、串口 ...

从我测试的板子和测试方法来说，做静电测试就有这个问题，刷新频繁出现的几率就会变高。我们的测试方法是让板子尽量出问题，而我之前在外面的认证实验室做，对方的工程师操作的，把静电枪碰到基板上打，这样根本板子没什么干扰，板子一点问题也没有。没发现问题不代表没问题，出现了问题就一定有问题。我这样测试接触放电的干扰强度并不弱。

WOSDAIZ · 发表于 2019-6-9 18:48:42

hailing 发表于 2019-6-9 07:21
就在板子上，还有控制的是继电器，这样和灯有不一样的地方是只要刷新数据时有一次错误，继电器就会有动作 ...

如你所說,是在一片板上,那就把方向瞄準PCB的佈線,電源部分,不過都不容易,各人經驗不同,

簡單點試把電源進入數位板間加入共模電感,或買個隔離的DC-DC電源模塊試看看.

若電氣上的隔離都不能解決,那就穿上防護衣吧,很多PLC也不用穿鐵殼啊.

jlhgold · 发表于 2019-6-10 17:12:43

huangqi412 发表于 2019-6-6 22:36
给个型号啊

AG1280Q32
国产的，仿的altera epm240 570 ep1c3

bigharpoon · 发表于 2019-6-16 21:49:22

MARK 一下

njjh1718 · 发表于 2019-6-17 09:37:26

zcllom 发表于 2019-6-8 11:21
STC的使用又增加一个不可靠因素。这玩意口碑不怎么好吧。

STC的有几个应用在机床控制车间上，大概十年前的产品了，后来升级了几代一直用STC系列的没出过什么问题
过一些环境试验和EMC试验，这些也能看的出来

那些说不行的请拿出数据来说话吧不要误人子弟了

探讨：扩展STM32的端口和好处

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