MCU連接DIP 開(kāi)關(guān) 掌握這幾個(gè)知識點(diǎn)是關(guān)鍵！

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

將單片機 (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)的應用。俗稱(chēng) “DIP” 的開(kāi)關(guān)可用于各種設計，從適合面包板原型設計的傳統 DIP 到表面貼裝“鋼琴”型，再到易于讀取十六進(jìn)制值的旋轉開(kāi)關(guān)。

在這篇文章中，我們將仔細研究旋轉開(kāi)關(guān)，并探索如何將其集成到我們的單片機設計中。本文中介紹的技術(shù)一般適用于所有單片機設計。

從規則開(kāi)始

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

這是非常不希望的，因為浮動(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，單片機的響應將沒(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，當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，單片機的引腳就會(huì )向上拉到導軌上，或者當開(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，單片機將有一個(gè)干凈的輸入。

優(yōu)化解決方案

現代單片機就是為這種類(lèi)型的接口而設計的。幾乎所有的單片機都具有 I/O 部分，其內部電阻可以向上拉或向下拉 I/O 引腳。這是可取的，因為開(kāi)關(guān)可以直接連接到單片機，從而消除了外部電阻器的需要。

技術(shù)小貼士 :

一些單片機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)。這些外設通常被稱(chēng)為“弱上拉”，消耗數十到數百u(mài)A。這相當于連接一個(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_D0 INPUT_PULLUP);

該原理圖給出了單片機與開(kāi)關(guān)接口的一種方式。雖然本例采用旋轉 DIP 開(kāi)關(guān)，但該設計適用于所有開(kāi)關(guān)。觀(guān)察:

■ 內部上拉電阻使用單片機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用部分。這允許 I/O 引腳執行雙重任務(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)驅動(dòng) LCD 顯示器的 D3 到 D0。這可能是可取的，因為它有可能以犧牲電路和代碼復雜性為代價(jià)減少單片機引腳數和PCB的總體尺寸。

在我們結束之前，讓我們看一下與旋轉 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據手冊。觀(guān)察 A6A-16R 和 A6A-16C 型號對應的“BCD十六進(jìn)制碼” 和 “BCD十六進(jìn)制補碼” 兩個(gè)開(kāi)關(guān)配置。

回頭看單片機原理圖及其相關(guān)的上拉電阻，我們看到了一個(gè)反轉。例如，當開(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)，如果安裝了互補開(kāi)關(guān)，則會(huì )有一個(gè)對應于1信號的正邏輯(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，互補版本可能更容易理解，因為它導致單片機引腳上存在正邏輯值。