一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的GPIO電路的制作方法

本發明涉及集成電路設計與微電子技術的領域，尤其涉及一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路。

背景技術：

1、在現代數字系統中，通用輸入/輸出(gpio)接口是不可或缺的一部分，它們通常用于設備間的數據傳輸和控制信號交互。然而，現有的gpio接口往往固定其電平有效性和輸入/輸出模式，不能根據實際應用場景進行靈活配置，這在一定程度上限制了系統的兼容性及靈活性。

技術實現思路

1、本發明旨在解決現有技術的不足，而提供一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路。

2、本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：

3、一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路，包括模式切換邏輯模塊以及狀態寄存器、電平敏感單元；模式切換邏輯模塊依據狀態寄存器中的配置信息決定gpio的工作模式；狀態寄存器存儲存儲對gpio工作方式的設定；電平敏感單元負責檢測并轉換引腳上的高低電平信號。

4、gpio工作方式的設定包括電平有效性、輸入/輸出模式。

5、模式切換邏輯模塊以及狀態寄存器的u1的a20為輸入端引腳，u1的e14為輸出端引腳；電平敏感單元包括輸入部分電路和輸出部分電路：輸入部分電路包括外部輸信號檢測部分和com1電平配置部分；輸出部分電路包括輸出端口控制部分和com2電平配置部分。

6、輸入部分電路的外部輸信號檢測部分具體電路如下：

7、u1的a20引腳接光耦u2的4腳，u2的1腳與com1連接，u2的2腳串接限流電阻r3與對外端口gpio1相連接，u2的1腳、2腳之間連接有限流電阻r2，u2的3腳與gnd相連接，u2的4腳通過限流電阻r1上拉至3.3v電平。

8、輸入部分電路的com1電平配置部分具體電路如下：

9、u1的b18引腳接光耦u5的2腳，u5的1腳通過限流電阻r12接dc3.3v，u5的1腳與2腳之間連接有電阻r13，u5的4腳接dc24v電平，u5的3腳通過限流電阻r11接q3的柵極，q3的柵極與源極之間連接保護二極管d9和分流保護電阻r10，q3的源極與gnd相連接，q3的漏極、q1的柵極之間串接限流電阻r9和限流電阻r7，q1的柵極串接限流電阻r7后與源極之間連接保護二極管d1和限流電阻r8，q1的源極與dc24v電平相連接，q1的漏極為com1；

10、u1的a18引腳接光耦u6的2腳，u6的1腳通過限流電阻r14接dc3.3v，u6的1腳與2腳之間連接有電阻r15，u6的4腳接dc24v電平，u6的3腳通過限流電阻r16接q2的柵極，q2的柵極與源極之間連接保護二極管d2和分流保護電阻r17，q2的源極與gnd相連接，q2的漏極為com1。

11、輸出部分電路的輸出端口控制部分具體電路如下：

12、u1的e14引腳串接限流電阻r4與光耦u3的2腳連接，u3的1腳與dc3.3v連接，u3的3腳與gnd相連接，u3的4腳與光耦u4的2腳連接，u4的1腳通過限流電阻r5連接至dc24v，u4的3腳、4腳之間連接有變阻r6，u4的3腳為gpio1，u4的4腳為com2。

13、輸出部分電路的com2電平配置部分具體電路如下：

14、u1的d14引腳接光耦u7的2腳，u7的1腳通過限流電阻r22接dc3.3v，u7的1腳、2腳之間連接有電阻r23，u7的4腳接dc24v電平，u7的3腳通過限流電阻r21接q5的柵極，q5的柵極與源極之間連接保護二極管d4和分流保護電阻r20，q5的源極與gnd相連接，q5的漏極、q4的柵極之間串接限流電阻r18、限流電阻r19，q4的柵極串接限流電阻r18后與源極之間連接保護二極管d3和另外一個限流電阻r18，q4的源極與dc24v電平相連接，q4的漏極為com2；

15、u1的c14引腳接光耦u8的2腳，u8的1腳通過限流電阻r24接dc3.3v，u8的1腳、2腳之間連接有電阻r25，u8的4腳接dc24v電平，u8的3腳通過限流電阻r26接q6的柵極，q6的柵極與源極之間連接保護二極管d5和分流保護電阻r27，q6的源極與gnd相連接，q6的漏極為com2。

16、本發明的有益效果是：本發明能夠通過內部寄存器設置，可以將gpio引腳配置為高電平有效或低電平有效，以滿足不同協議或硬件設備的需求；通過軟件指令或硬件觸發機制，能夠在輸入模式和輸出模式之間實時切換；支持在系統運行過程中隨時修改電平有效性和輸入輸出模式，無需重啟系統，顯著提高了系統響應速度和資源利用率。

技術特征：

1.一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路，其特征在于，包括模式切換邏輯模塊以及狀態寄存器、電平敏感單元；模式切換邏輯模塊依據狀態寄存器中的配置信息決定gpio的工作模式；狀態寄存器存儲存儲對gpio工作方式的設定；電平敏感單元負責檢測并轉換引腳上的高低電平信號。

2.根據權利要求1所述的一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路，其特征在于，gpio工作方式的設定包括電平有效性、輸入/輸出模式。

3.根據權利要求2所述的一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路，其特征在于，模式切換邏輯模塊以及狀態寄存器的u1的a20為輸入端引腳，u1的e14為輸出端引腳；電平敏感單元包括輸入部分電路和輸出部分電路：輸入部分電路包括外部輸信號檢測部分和com1電平配置部分；輸出部分電路包括輸出端口控制部分和com2電平配置部分。

4.根據權利要求3所述的一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路，其特征在于，輸入部分電路的外部輸信號檢測部分具體電路如下：

5.根據權利要求4所述的一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路，其特征在于，輸入部分電路的com1電平配置部分具體電路如下：

6.根據權利要求5所述的一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路，其特征在于，輸出部分電路的輸出端口控制部分具體電路如下：

7.根據權利要求6所述的一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的gpio電路，其特征在于，輸出部分電路的com2電平配置部分具體電路如下：

技術總結
本發明是一種可配置電平高低有效且可切換輸入輸出的GPIO電路，包括模式切換邏輯模塊以及狀態寄存器、電平敏感單元；模式切換邏輯模塊依據狀態寄存器中的配置信息決定GPIO的工作模式；狀態寄存器存儲存儲對GPIO工作方式的設定；電平敏感單元負責檢測并轉換引腳上的高低電平信號。本發明能夠通過內部寄存器設置，可以將GPIO引腳配置為高電平有效或低電平有效，以滿足不同協議或硬件設備的需求；通過軟件指令或硬件觸發機制，能夠在輸入模式和輸出模式之間實時切換；支持在系統運行過程中隨時修改電平有效性和輸入輸出模式，無需重啟系統，顯著提高了系統響應速度和資源利用率。

技術研發人員：關騰騰,劉兵,孫廣澤
受保護的技術使用者：天津新松智能科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/14