單片機系統電路設計解析

4條輸入線(xiàn)接到單片機的IO口上，當按鍵K1按下時(shí)，+5V通過(guò)電阻R1然后再通過(guò)按鍵K1最終進(jìn)入GND形成一條通路，那么這條線(xiàn)路的全部電壓都加到了R1這個(gè)電阻上，KeyIn1這個(gè)引腳就是個(gè)低電平。當松開(kāi)按鍵后，線(xiàn)路斷開(kāi)，就不會(huì )有電流通過(guò)，那么KeyIn1和+5V就應該是等電位，是一個(gè)高電平。我們就可以通過(guò)KeyIn1這個(gè)IO口的高低電平來(lái)判斷是否有按鍵按下。

這個(gè)電路中按鍵的原理我們清楚了，但是實(shí)際上在我們的單片機IO口內部，也有一個(gè)上拉電阻的存在。我們的按鍵是接到了P2口上，P2口上電默認是準雙向IO口，我們來(lái)簡(jiǎn)單了解一下這個(gè)準雙向IO口的電路，如圖5所示。

圖5 準雙向IO口結構圖

當內部輸出是高電平，經(jīng)過(guò)一個(gè)反向器變成低電平，NPN三極管不會(huì )導通，那么單片機IO口從內部來(lái)看，由于上拉電阻R的存在，所以是一個(gè)高電平。當外部沒(méi)有按鍵按下將電平拉低的話(huà)，VCC也是+5V，他們之間雖然有2個(gè)電阻，但是沒(méi)有壓差，就不會(huì )有電流，線(xiàn)上所有的位置都是高電平，這個(gè)時(shí)候我們就可以正常讀取到按鍵的狀態(tài)了。

當內部輸出是個(gè)低電平，經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器變成高電平，NPN三極管導通，那么單片機的內部IO口就是個(gè)低電平，這個(gè)時(shí)候，外部雖然也有上拉電阻的存在，但是兩個(gè)電阻是并聯(lián)關(guān)系，不管按鍵是否按下，單片機的IO口上輸入到單片機內部的狀態(tài)都是低電平，我們就無(wú)法正常讀取到按鍵的狀態(tài)了。

5、矩陣按鍵

矩陣按鍵和獨立按鍵的關(guān)系

我們在使用按鍵的時(shí)候有這樣一種使用經(jīng)驗，當需要多個(gè)按鍵的時(shí)候，如果做成獨立按鍵會(huì )大量占用IO口，因此我們引入了矩陣按鍵，如圖6所示，使用了8個(gè)IO口來(lái)實(shí)現16個(gè)按鍵。

圖6 矩陣按鍵

其實(shí)獨立按鍵理解了，矩陣按鍵也簡(jiǎn)單，我們來(lái)分析一下。圖6中，一共有4組按鍵，我們只看其中一組，如圖7所示。大家認真看一下，當KeyOut1輸出一個(gè)低電平，KeyOut2、KeyOut3、KeyOut4這三個(gè)輸出高電平時(shí)，是否相當于4個(gè)獨立按鍵呢。

圖7 矩陣按鍵變獨立按鍵

編輯點(diǎn)評：本文介紹了單片機最小系統的電路設計，單片機系統里都有晶振，晶振通常分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類(lèi)型。對單片機最小系統的電源模塊、復位電路和振蕩電路進(jìn)行了詳細的分析，理解單片機最小系統的設計對工程師是有利的。