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問：DIP 開關與單片機 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 ) 開關是一種常見的應用。俗稱“DIP” 的開關可用于各種設計，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制值的旋轉開關。

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在這篇文章中，我們將仔細研究旋轉開關，并探索如何將其集成到我們的單片機設計中。本文中介紹的技術一般適用于所有單片機設計。

從規則開始

讓我們從一個簡單的規則開始:不允許浮動輸入?。當單片機引腳被配置為輸入，但在其他情況下未連接時，就會出現浮動輸入。這里展示了一個例子。當開關閉合時，關聯引腳被綁在正軌上。當開關打開時，引腳是浮動的。

這是非常不希望的，因為浮動引腳可能被解釋為邏輯高，或者在其他時候，邏輯低。從故障排除的角度來看，單片機的響應將沒有任何韻律或原因。引腳容易受到噪聲的影響，并且通常會松散地遵循相鄰單片機引腳的值。 解決方法是增加一個下拉電阻，如下圖所示。有了這個小小的變化，當開關閉合時，單片機的引腳就會向上拉到導軌上，或者當開關打開時，它就會向下拉到地上。暫時忽略開關彈跳，單片機將有一個干凈的輸入。

優化解決方案

現代單片機就是為這種類型的接口而設計的。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，因為開關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。其他將只有一種類型，與上拉配置更常見。這些外設通常被稱為“弱上拉”，消耗數十到數百uA。這相當于連接一個值在15 kΩ到150 kΩ之間的外部拉電阻。

Arduino的一個例子是:

pinMode (SW_PIN_D0INPUT_PULLUP);

該原理圖給出了單片機與開關接口的一種方式。雖然本例采用旋轉 DIP 開關，但該設計適用于所有開關。觀察:

內部上拉電阻使用單片機的特殊功能寄存器啟用

開關的公共元件連接到地

技術小貼士 ：

原理圖中顯示了一個可選的串聯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。例如，這個小口寬的接口可以用來讀取開關，也可以用來驅動 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 開關相關的物理開關代碼。代表性的HEX代碼取自歐姆龍的數據手冊。觀察?A6A-16R?和?A6A-16C?型號對應的“BCD十六進制碼” 和 “BCD十六進制補碼” 兩個開關配置。

回頭看單片機原理圖及其相關的上拉電阻，我們看到了一個反轉。例如，當開關處于1位置時，在位置2 + 4 + 8上會有三個正邏輯輸入。同時，如果安裝了互補開關，則會有一個對應于1信號的正邏輯(有源高電平)輸入。
從編程的角度來看，這個物理開關代碼中的這種差異是無關緊要的。一個簡單的 bit 反轉指令就會使它們相等。從故障排除或教育的角度來看，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。

審核編輯：黃飛

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