问： 开关与单片机 MCU接口的基本原理

将单片机 (微控制器) 连接到双列直插式封装( ) 开关是一种常见的应用。俗称 “” 的开关可用于各种设计，从适合面包板原型设计的传统 DIP 到表面贴装“钢琴”型，再到易于读取十六进制值的。

在这篇文章中，我们将仔细研究，并探索如何将其集成到我们的中。本文中介绍的技术一般适用于所有。

从规则开始

让我们从一个简单的规则开始:不允许浮动输入 。当单片机引脚被配置为输入，但在其他情况下未连接时，就会出现浮动输入。这里展示了一个例子。当开关闭合时，关联引脚被绑在正轨上。当开关打开时，引脚是浮动的。

这是非常不希望的，因为浮动引脚可能被解释为逻辑高，或者在其他时候，逻辑低。从故障排除的角度来看，单片机的响应将没有任何韵律或原因。引脚容易受到噪声的影响，并且通常会松散地遵循相邻单片机引脚的值。

解决方法是增加一个下拉电阻，如下图所示。有了这个小小的变化，当开关闭合时，单片机的引脚就会向上拉到导轨上，或者当开关打开时，它就会向下拉到地上。暂时忽略开关弹跳，单片机将有一个干净的输入。

优化解决方案

现代单片机就是为这种类型的接口而设计的。几乎所有的单片机都具有 I/O 部分，其内部电阻可以向上拉或向下拉 I/O 引脚。这是可取的，因为开关可以直接连接到单片机，从而消除了外部电阻器的需要。

技术小贴士 :

一些单片机具有上拉和下拉电阻。其他将只有一种类型，与上拉配置更常见。这些外设通常被称为“弱上拉”，消耗数十到数百uA。这相当于连接一个值在15 kΩ到150 kΩ之间的外部拉电阻。

Arduino的一个例子是:

pinMode (SW_PIN_D0 INPUT_PULLUP);

该原理图给出了单片机与开关接口的一种方式。虽然本例采用旋转 DIP 开关，但该设计适用于所有开关。观察:

■ 内部上拉电阻使用单片机的特殊功能寄存器启用

■ 开关的公共元件连接到地

技术小贴士 ：

原理图中显示了一个可选的串联电阻以及可选的多路复用部分。这允许 I/O 引脚执行双重任务。例如，这个小口宽的接口可以用来读取开关，也可以用来驱动 LCD 显示器的 D3 到 D0。这可能是可取的，因为它有可能以牺牲电路和代码复杂性为代价减少单片机引脚数和PCB的总体尺寸。

在我们结束之前，让我们看一下与旋转 DIP 开关相关的物理开关代码。代表性的HEX代码取自欧姆龙的数据手册。观察 A6A-16R 和 A6A-16C 型号对应的“BCD十六进制码” 和 “BCD十六进制补码” 两个开关配置。

回头看单片机原理图及其相关的上拉电阻，我们看到了一个反转。例如，当开关处于1位置时，在位置2 + 4 + 8上会有三个正逻辑输入。同时，如果安装了互补开关，则会有一个对应于1信号的正逻辑(有源高电平)输入。
从编程的角度来看，这个物理开关代码中的这种差异是无关紧要的。一个简单的 bit 反转指令就会使它们相等。从故障排除或教育的角度来看，互补版本可能更容易理解，因为它导致单片机引脚上存在正逻辑值。