學單片機的小伙伴們都知道，單片機的IO口數量都是固定的，在做項目的時候，需要根據自己實際用到的IO數量，再綜合考慮一下單片機自帶的硬件資源，我們會選擇不同封裝的單片機。然而，當所需要用到的IO口數量大于該品牌單片機最大IO口數量的又怎么辦呢？也許有人會說，換別的品牌的單片機不就好了，比如，總所周知，STC單片機最大的封裝是64腳的，出去兩個電源引腳，最大IO口數量可以達到62個，然而，假如我在一個項目中要用到80個IO口怎么辦？直接上STM32啊！沒錯，確實可以用STM32來做，但是，并不是所有會用51單片機的人都能輕輕松松上手STM32來做項目，比如像筆者這樣的，用慣了STC的單片機，如果突然讓我用STM32來替代STC單片機的位置，還是需要花不少時間來研究。

基于上述原因，很多人自然會想到了IO口擴展！當然，IO擴展有很多種方式，比如，用74系列的74HC138（三八譯碼器），只需要3個IO口就可以擴展成8個輸入口：

另外，74HC595、74HC164同樣也可以用少量IO口擴展成更多的IO口，而且支持級聯，也是一種不錯的選擇：

當然，也有并聯擴展方案，比如，用74HC244和74HC273，共用8位數據口，通過在不同時刻控制每個芯片的使能端，便可以獲得當前輸入口狀態或控制當前輸出：

筆者曾經初學的時候，就用了74HC138+74HC244+74HC273的方案做了一款板子，雖然說使用上沒多大問題，但是，在布線的時候，還是感覺到了這種方案的不足之處：

由于筆者比較懶，而且項目中對于這種IO擴展確實用到的比較少，所以也沒有進一步去研究，直到前段時間，筆者的一位朋友跟我提出了一個需求，就是想用51單片機做個板子，盡可能多的擴展IO，因為他想用這個板子在做多機通信，既能做從機又能做主機，而主機上用到的按鈕和指示燈比較多，所以可能需要總共一百多個輸入輸出。筆者剛開始的時候，有兩種方案，一是用曾經做過的板子，稍加改動一下來做，例程也有現成的，程序寫起來也簡單；二是直接用STM32來做。第一種方案的話，要說可行的確實也能用，但是總感覺不是很理想。對于第二種方案，筆者也是可以上手STM32的，選個100腳，甚至144腳、176腳的單片機，做一些IO控制、串口通信問題不大。但是，前提是，我那朋友用51單片機都有點吃力，更別說讓他用STM32單片機了，而且，我雖然對STM32的使用沒多大問題，但是，真正遇到問題的時候，未免能給他指點太多。思前想后，還是決定再找找看有沒有其他的方案！

終于，在某寶上突然看到了兩款分別以MCP23017（IIC接口）和MCP23S17（SPI接口）芯片為控制芯片的擴展板。然后仔細查看了一下這兩款芯片的資料，大致如下：

從上面的資料我們可以知道，IIC接口的MCP23017只需要兩個IO口，便可以實現最多16*8=128個IO口的擴展，其中，16為每個芯片的最大IO口，8為最大地址數量，因為只有3個地址控制位，所以最大只能設置8個地址。另外，由于MCP23017芯片IO口的模式可以任意設置為輸入或輸出模式，所以，我們可以在這擴展的最大的128個IO口中，任意搭配出不同的輸入口和輸出口，再加上51單片機本身的五六十個輸入口，那么通過這種擴展方案，可以讓控制板最多擁有180多個輸入輸出口。SPI接口的MCP23S17芯片也是類似的效果，只是多占用單片機本身1個IO口而已。

在看完芯片資料后，筆者果斷買了塊小板子回來做測試，賣家也提供了完整的例程，試著根據例程改寫了一下，還真是一個不錯的IO擴展方案。

于是，果斷的就決定了用MCP23017這款芯片來做IO擴展了。說干就干，沒過多久，板子就出來了，給大家分享一下設計的效果圖吧，至于原理圖其實就很簡單了，布線方面也是比之前的方案簡單了許多。

主控板效果圖

主控板帶有以下硬件資源：

l? 24路光耦隔離輸入

l? 20路MOS管隔離輸出

l? 2路0-10V模擬量輸入接口

l? 1路RS485接口

l? 2路RS232接口

l? 1路脫機下載接口，同時可外接UART接口的模塊

l? 1路專門為市面上常用無線模塊設計的UART無線模塊接口

l? 1路IIC接口用于IO擴展

l? 4位撥碼開關用于多機通信設置地址

16路輸入擴展模塊

16路輸入擴展模塊帶有如下資源：

l? 16路光耦隔離輸入

l? 2個IIC接口，用于連接多個模塊

l? 3位撥碼開關，用于設置模塊地址

16路輸出擴展模塊

16路輸出擴展模塊主要有如下資源：

l? 16路MOS管隔離輸出接口

l? 2個IIC接口，用于連接多個模塊

l? 3位撥碼開關，用于設置模塊地址

MCP23017的使用，使得這套控制板，不僅板子布線、元件布局變得接單，擴展的時候外部接線也變得簡單很多，而且可以自由搭配輸入、輸出模塊的個數，只需在軟件中，根據模塊的地址，將模塊分別設置成輸入或輸出模式即可。

好了，關于單片機IO擴展的方案就簡單介紹到這了，如果您覺得這篇文章對您有幫助，記得點贊和打賞喲……如在使用過程中有任何疑問，也可以向筆者提問或者站內私信，感謝大家的支持。