注:本文是作者以前發表在其個人博客,現在發布到“聚豐開發”專欄
之前去到一個朋友那里,提到現在客戶對成本要求非常之高,尤其是玩具行業,已經是一分一厘的去計算產品成本。朋友感慨為了省成本,方案商是絞盡腦汁地去想各種實現方法,說遇到過為了節省成本,硬是用單片機一條IO實現了兩個按鍵的功能,讓他頗為詫異,好久都沒想明白原理。
一條IO實現兩個按鍵,聽上去確實挺新奇,既然別人能夠實現,我想我也應該可以做到,看來得找找實現的方法。我有一個習慣,遇到某些問題的時候,會在睡覺前想解決方法,想著想著就會睡著了,問題的答案有沒有找到則不一定。
我知道有用一條IO實現多個按鍵的方法,這樣的方法大多是選用的IO支持ADC功能,用電阻分壓后通過讀電壓判斷鍵值。如果IO不支持ADC功能,也不是不行,可以用電容充放電的方法實現ADC,從而用普通IO間接進行測量。(參見我之前關于鍵盤掃描的文章)
這樣用一條IO實現兩個按鍵給我的第一感覺是可能需要利用到電容充放電原理,于是在半夢半醒之中找到了實現的方法。
先看上圖左邊部分,如果MCU_IO1為雙向IO口,假設單片機程序按以下流程處理,看看會得到什么樣的結果?
1.MCU_IO1設定為輸出,輸出高電平一段時間,此時電容C1會充電,最后C1上的電壓接近電源電壓。
2.MCU_IO1設定為輸入,如果J1、J2均不按下,此時MCU_IO1可以理解成一個阻值很大的電阻接地,電容C1上的電荷會通過這個電阻逐漸釋放掉,這樣C1上的電壓會逐漸降低到零。因為C1上的電壓下降需要一個過程,當MCU_IO1設為輸入后馬上讀一下MCU_IO1的狀態,此時會讀到什么結果?顯然是高電平狀態1。
3.再將MCU_IO1設定為輸出,輸出低電平一段時間,顯然不管電容C1處于什么狀態,只要MCU_IO1輸出低電平時間足夠長,最后C1上的電壓應該接近零。
4.再將MCU_IO1設定為輸入,如果J1、J2同樣不按下,MCU_IO1讀到的是低電平狀態0。
如果J1按下,再來看看這四步,此時電容C1已經被強制接到電源上,MCU_IO1對其的充放電已經不起作用,在步驟2中MCU_IO1讀到的狀態依然是1,但在步驟4中MCU_IO1讀到的狀態就不再是0,而是變為1。
如果J2按下,同樣看這四步,此時電容C1被強制接到地,MCU_IO1對其充放電也失去作用,在步驟2中MCU_IO1讀到的狀態變為0,但在步驟4中MCU_IO1讀到的狀態保持為1。
到這里我想大家應該已經明白了實現方法,根據此四步中讀到的MCU_IO1狀態,就可以判斷出J1、J2是否按下。
既然已經找到方法,是不是就萬事大吉了呢?不然,我們還得回過頭去看看此方法是不是足夠可靠。如果J1按下,電容C1直接接到電源上,當MCU_IO1輸出低時,MCU_IO1輸出的低電平直接與電源短路,弄不好就會燒壞MCU_IO1,同理當J2按下時MCU_IO1輸出高也存在同樣的問題。
還有比這更嚴重的問題,如果用戶同時按下J1和J2,哈!居然是電源和地直接短路,這樣的后果很可能就是整個產品的電源部分一股青煙了事,就別想產品還能不能工作了。
不用擔心,看一看前面電路圖中的右半部分,在開關J3和J4上分別串聯了一個220歐的電阻,這個電路不管J3和J4如何按,都不會出現短路的情況,按前面的四個步驟即可判斷出J3和J4有沒有按下,不過如果J3和J4同時按下并不能進行識別判斷。
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