计算机的GPIO扩展结构的制作方法

本实用新型涉及计算机的gpio扩展结构。

背景技术：

目前，计算机对实时性要求日益提高，如图像处理，高速接口实现，或者特定设备应用，如高速机床加工，轨道交通信号处理等。应用较为广泛的x86及arm架构的处理器在对自己的外设或总线访问速度很快，诸如对网络接口、spi接口等的访问，然而，对gpio(全称为general-purposeinput/output，意为通用型输入输出)的访问需要消耗大量的资源，或编写特定的驱动以实现gpio访问。尤其是，诸如arm处理器，其对于gpio的访问速度较cpu速率慢几倍以上。

一般，现有的x86架构的计算机gpio数量较少，且使用这些io一般需通过编写特定驱动程式，arm架构的计算机一般拥有较多gpio，一般直接访问这些gpio。

然而，现有的基于x86及arm架构的计算机存在以下缺陷：1、x86架构的计算机访问gpio需要编写专用驱动以达到操作系统实时性的要求，而arm架构下直接访问gpio会打断实时操作系统运行；2、目前的计算机基本没有不提供模拟量输入；3、总线扩展方式需要专用的总线扩展ic，同时占用了计算机的外设，牺牲计算机性能；4、一般串口和485扩展的总线没有隔离，在工业等要求苛刻的情况下，易出现逻辑错误，甚至是输入输出错误的情况。

因此，需设计一种至少能够部分消除上述缺陷的、低成本的计算机io和模拟量扩展方案。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有的基于x86及arm架构的计算机的gpio扩展需要布置专用总线并牺牲计算机性能、且未提供模拟量输入的缺陷，提出一种新的计算机的gpio扩展结构。

本实用新型是通过采用下述技术方案来解决上述技术问题的：

本实用新型提供了一种计算机的gpio扩展结构，其特点在于，所述gpio扩展结构包括全局电源、具有串口的计算机和mcu，所述串口电连接至所述mcu，所述gpio扩展结构还包括各自独立地电连接至所述mcu的数字信号通用输入接口、数字信号通用输出接口、数字信号通用接口以及模拟量输入接口，其中所述全局电源被配置为能够为所述计算机、所述mcu、所述数字信号通用输入接口、所述数字信号通用输出接口、所述数字信号通用接口以及所述模拟量输入接口供电。

根据本实用新型的一些实施方式，所述gpio扩展结构还包括隔离电源模块，所述隔离电源模块包括相互隔离的内部电源端和外部电源端，所述内部电源端电连接至所述全局电源，所述外部电源端电连接至所述mcu、所述数字信号通用输入接口、所述数字信号通用输出接口、所述数字信号通用接口以及所述模拟量输入接口从而为其供电。

根据本实用新型的一些实施方式，所述隔离电源模块设有被配置为能够电气隔离所述内部电源端和所述外部电源端的变压器。

根据本实用新型的一些实施方式，所述gpio扩展结构还包括光耦隔离模块，所述串口和所述mcu经由所述光耦隔离模块电连接。

根据本实用新型的一些实施方式，所述光耦隔离模块中设有光耦隔离电路，所述光耦隔离电路设有发光二极管和光敏三极管。

根据本实用新型的一些实施方式，所述计算机为x86计算机或arm计算机。

根据本实用新型的一些实施方式，所述数字信号通用输入接口采用74hc165型号的逻辑芯片。

根据本实用新型的一些实施方式，所述数字信号通用输出接口采用74hc595型号的逻辑芯片。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

本实用新型的积极进步效果在于：

根据本实用新型的计算机的gpio扩展结构，通过简单且低成本的结构，提供了io及模拟量的扩展方案，能够在不降低计算机原本的实时性的前提下，增加计算机的io和模拟量资源。

附图说明

图1为根据本实用新型优选实施例的计算机的gpio扩展结构的示意图。

附图标记说明

1：全局电源2：隔离电源模块

3：外部电源4：arm/x86计算机

41：串口5：光耦隔离模块

6：mcu7：74hc165输入

8：74hc595输出9：数字信号通用接口

10：模拟量输入接口

具体实施方式

下面结合说明书附图，进一步对本实用新型的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本实用新型的限制，任何的其他类似情形也都将落入本实用新型的保护范围之中。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本实用新型各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

参考图1所示，根据本实用新型优选实施方式的计算机的gpio扩展结构，包括全局电源1、具有串口41的计算机和mcu6，串口41电连接至mcu6，gpio扩展结构还包括各自独立地电连接至mcu6的数字信号通用输入接口、数字信号通用输出接口、数字信号通用接口9以及模拟量输入接口10。其中全局电源1被配置为能够为计算机、mcu6、数字信号通用输入接口、数字信号通用输出接口、数字信号通用接口9以及模拟量输入接口10供电。通过这种方式，可低成本地为现有的计算机提供io及模拟量的扩展方案。

其中，可选地，根据一些实施方式，计算机可采用arm/x86计算机4，数字信号通用输入接口可采用74hc165型号的逻辑芯片，即如图1所示的74hc165输入7，数字信号通用输出接口可采用74hc595型号的逻辑芯片，即如图1所示的74hc595输出8。

如图1所示，根据本实用新型的一些优选实施方式，gpio扩展结构还包括隔离电源模块2，隔离电源模块2包括相互隔离的内部电源端和外部电源3端，内部电源端电连接至全局电源1，外部电源3端电连接至mcu6、数字信号通用输入接口、数字信号通用输出接口、数字信号通用接口9以及模拟量输入接口10从而为其供电。

其中，举例来说，全局电源1可采用给计算机及各种外部接口供电的5v电源，隔离电源模块2可诸如5v转3.3v的构造，保证计算机内部和外部电源3隔离，以诸如3.3v的外部电源3为mcu6、数字信号通用输入接口、数字信号通用输出接口、数字信号通用接口9以及模拟量输入接口10供电。这种隔离电源的设计可以保证两端的电气隔离特性，保证某一端存在电磁干扰不会传导至另外一端。

其中，具体地，隔离电源模块2可设有被配置为能够电气隔离内部电源端和外部电源3端的变压器。

如图1所示，根据本实用新型的一些优选实施方式，gpio扩展结构还包括光耦隔离模块5，串口41和mcu6经由光耦隔离模块5电连接。

其中，光耦隔离模块5中设有光耦隔离电路，光耦隔离电路设有发光二极管和光敏三极管。

根据本实用新型的上述优选实施方式的gpio扩展结构，利用简洁的电源隔离和信号隔离设计，保证了在恶劣苛刻环境下整个系统的可靠性，尤其适用于电磁兼容复杂的环境。

根据本实用新型的上述优选实施方式，计算机的串口41将电信号发送至光耦隔离模块5，光耦隔离模块5对信号进行隔离，而后将信号传输至mcu6。mcu6可自74hc165型号的逻辑芯片接收数字信号，向74hc595型号的逻辑芯片发出数字信号，并可经由数字信号通用接口9接收或发送信号，以及经由模拟量输入接口10接收诸如外设输入的模拟量信号。通过上述信号收发，可实现一个信息传输循环，完成数字信号的输入输出和模拟量的输入。

相比于如前的现有技术，根据本实用新型的上述优选实施方式的计算机的gpio扩展结构，可提高计算机运行效率，在不降低原有的实时性的前提下，增加计算机的io和模拟量资源，且成本低廉。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。