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問(wèn)：DIP 開(kāi)關(guān)與單片機(jī) MCU接口的基本原理

將單片機(jī) (微控制器) 連接到雙列直插式封裝( DIP ) 開(kāi)關(guān)是一種常見(jiàn)的應(yīng)用。俗稱(chēng)“DIP” 的開(kāi)關(guān)可用于各種設(shè)計(jì)，從適合面包板原型設(shè)計(jì)的傳統(tǒng) DIP 到表面貼裝“鋼琴”型，再到易于讀取十六進(jìn)制值的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)。

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在這篇文章中，我們將仔細(xì)研究旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，并探索如何將其集成到我們的單片機(jī)設(shè)計(jì)中。本文中介紹的技術(shù)一般適用于所有單片機(jī)設(shè)計(jì)。

從規(guī)則開(kāi)始

讓我們從一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則開(kāi)始:不允許浮動(dòng)輸入?。當(dāng)單片機(jī)引腳被配置為輸入，但在其他情況下未連接時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)浮動(dòng)輸入。這里展示了一個(gè)例子。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，關(guān)聯(lián)引腳被綁在正軌上。當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，引腳是浮動(dòng)的。

這是非常不希望的，因?yàn)楦?dòng)引腳可能被解釋為邏輯高，或者在其他時(shí)候，邏輯低。從故障排除的角度來(lái)看，單片機(jī)的響應(yīng)將沒(méi)有任何韻律或原因。引腳容易受到噪聲的影響，并且通常會(huì)松散地遵循相鄰單片機(jī)引腳的值。 解決方法是增加一個(gè)下拉電阻，如下圖所示。有了這個(gè)小小的變化，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，單片機(jī)的引腳就會(huì)向上拉到導(dǎo)軌上，或者當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，它就會(huì)向下拉到地上。暫時(shí)忽略開(kāi)關(guān)彈跳，單片機(jī)將有一個(gè)干凈的輸入。

優(yōu)化解決方案

現(xiàn)代單片機(jī)就是為這種類(lèi)型的接口而設(shè)計(jì)的。幾乎所有的單片機(jī)都具有 I/O 部分，其內(nèi)部電阻可以向上拉或向下拉 I/O 引腳。這是可取的，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)可以直接連接到單片機(jī)，從而消除了外部電阻器的需要。

技術(shù)小貼士?:

一些單片機(jī)具有上拉和下拉電阻。其他將只有一種類(lèi)型，與上拉配置更常見(jiàn)。這些外設(shè)通常被稱(chēng)為“弱上拉”，消耗數(shù)十到數(shù)百u(mài)A。這相當(dāng)于連接一個(gè)值在15 kΩ到150 kΩ之間的外部拉電阻。

Arduino的一個(gè)例子是:

pinMode (SW_PIN_D0INPUT_PULLUP);

該原理圖給出了單片機(jī)與開(kāi)關(guān)接口的一種方式。雖然本例采用旋轉(zhuǎn) DIP 開(kāi)關(guān)，但該設(shè)計(jì)適用于所有開(kāi)關(guān)。觀察:

內(nèi)部上拉電阻使用單片機(jī)的特殊功能寄存器啟用

開(kāi)關(guān)的公共元件連接到地

技術(shù)小貼士 ：

原理圖中顯示了一個(gè)可選的串聯(lián)電阻以及可選的多路復(fù)用部分。這允許 I/O 引腳執(zhí)行雙重任務(wù)。例如，這個(gè)小口寬的接口可以用來(lái)讀取開(kāi)關(guān)，也可以用來(lái)驅(qū)動(dòng) LCD 顯示器的 D3 到 D0。這可能是可取的，因?yàn)樗锌赡芤誀奚娐泛痛a復(fù)雜性為代價(jià)減少單片機(jī)引腳數(shù)和PCB的總體尺寸。

在我們結(jié)束之前，讓我們看一下與旋轉(zhuǎn) DIP 開(kāi)關(guān)相關(guān)的物理開(kāi)關(guān)代碼。代表性的HEX代碼取自歐姆龍的數(shù)據(jù)手冊(cè)。觀察?A6A-16R?和?A6A-16C?型號(hào)對(duì)應(yīng)的“BCD十六進(jìn)制碼” 和 “BCD十六進(jìn)制補(bǔ)碼” 兩個(gè)開(kāi)關(guān)配置。

回頭看單片機(jī)原理圖及其相關(guān)的上拉電阻，我們看到了一個(gè)反轉(zhuǎn)。例如，當(dāng)開(kāi)關(guān)處于1位置時(shí)，在位置2 + 4 + 8上會(huì)有三個(gè)正邏輯輸入。同時(shí)，如果安裝了互補(bǔ)開(kāi)關(guān)，則會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)于1信號(hào)的正邏輯(有源高電平)輸入。
從編程的角度來(lái)看，這個(gè)物理開(kāi)關(guān)代碼中的這種差異是無(wú)關(guān)緊要的。一個(gè)簡(jiǎn)單的 bit 反轉(zhuǎn)指令就會(huì)使它們相等。從故障排除或教育的角度來(lái)看，互補(bǔ)版本可能更容易理解，因?yàn)樗鼘?dǎo)致單片機(jī)引腳上存在正邏輯值。

審核編輯：黃飛

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