单片机与DSP中的能扩展微机输出端口的RC低通滤波器

几乎是摩尔定律的必然结果：明年，微机将具有更多功能，软件开发团队也会有更宏大的构想。可惜，输出针脚的数量并未增加。找到一个多余输出端口用于诊断、测试或标准I/O都是很困难的。图1中的单一针脚“总线”以简单的附加硬件可提供无数的并行输出。带有RC低通滤波器的微机输出，控制串/并转换器HC164。要向串/并转换器中输入数据，每个位中要含有1-0-1的转换，这种转换可改变低态的长度。如果低态长于低通滤波器的时间常数，会有一个0转到寄存器中。如果低态较短，则有一个1转入寄存器中。这样时钟和数据信号结合成单一信号。低通滤波器可将时钟信号与数据信号分离开。           尽管图1中的电路可控 在微控制器（MCU）和数字信号处理器（DSP）的应用中，经常遇到的问题是有限的输出端口资源。随着技术的发展，微处理器的功能越来越强大，但物理接口的限制常常成为扩展应用的瓶颈。针对这一问题，可以利用RC低通滤波器来扩展微机的输出端口，实现对多个设备的控制。 RC低通滤波器是一种基本的模拟电路，由电容（C）和电阻（R）组成，它可以滤除高频信号，只允许低频信号通过。在这个特定的应用中，RC滤波器被用来分离时钟信号和数据信号，从而在一个单一的输出端口上实现多路并行输出。 图1展示的电路设计中，微机的输出通过一个RC滤波器连接到串/并转换器HC164。在串/并转换过程中，数据被编码为1-0-1的序列，不同的低电平持续时间代表不同的数据位。如果低电平状态持续时间超过了RC滤波器的时间常数，滤波器会识别这个长脉冲为0；相反，如果低电平状态较短，滤波器则会将其解释为1。通过这种方式，时钟信号和数据信号可以复用同一根线，滤波器确保了它们的有效分离。 尽管这样的设计能够有效扩展输出端口，但它可能并不适用于所有类型的负载。例如，对于反应速度较慢的设备，如继电器或液晶显示器（LCD），这种方案可能是合适的。然而，如果连接的是快速响应的设备，如发光二极管（LED），在数据写入期间可能会出现闪烁现象，因为每个位的转换都会导致LED的亮度变化。为了解决这个问题，图3提供了一个改进的电路，它使用了串入/并出寄存器4094，该寄存器有一个频闪输入，可以同时更新所有输出，避免了中间级别的闪烁。 这个4094寄存器与两个单稳态多谐振荡器配合工作，一个产生数据信号，另一个产生频闪信号。这样，所有的并行输出可以同步更新，适用于那些要求无闪烁显示的场合，比如基于HD44780的液晶显示模块。 通过巧妙地利用RC低通滤波器和适当的串/并转换技术，可以有效地扩展微控制器的输出端口，以适应更多的I/O需求。这种方法不仅节约了宝贵的硬件资源，还能够根据负载的不同需求进行调整，为系统设计提供了灵活性。不过，需要注意的是，在实际应用中，必须仔细选择RC滤波器的参数，以确保正确地分离时钟和数据信号，并满足负载的响应速度要求。同时，还要考虑系统的整体性能和稳定性，以确保设计的可靠性和实用性。