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用一条IO口实现两个按键功能
sjdai | 2011-02-27 13:28:08    阅读:3583   发布文章

年前去到一个朋友那里,提到现在客户对成本要求非常之高,尤其是玩具行业,已经是一分一厘的去计算产品成本。朋友感慨为了省成本,方案商是绞尽脑汁地去想各种实现方法,说遇到过为了节省成本,硬是用单片机一条IO实现了两个按键的功能,让他颇为诧异,好久都没想明白原理。

一条IO实现两个按键,听上去确实挺新奇,既然别人能够实现,我想我也应该可以做到,看来得找找实现的方法。我有一个习惯,遇到某些问题的时候,会在睡觉前想解决方法,想着想着就会睡着了,问题的答案有没有找到则不一定。

我知道有用一条IO实现多个按键的方法,这样的方法大多是选用的IO支持ADC功能,用电阻分压后通过读电压判断键值。如果IO不支持ADC功能,也不是不行,可以用电容充放电的方法实现ADC,从而用普通IO间接进行测量。(参见我之前关于键盘扫描的文章)

这样用一条IO实现两个按键给我的第一感觉是可能需要利用到电容充放电原理,于是在半梦半醒之中找到了实现的方法。



先看上图左边部分,如果MCU_IO1为双向IO口,假设单片机程序按以下流程处理,看看会得到什么样的结果?

1.MCU_IO1设定为输出,输出高电平一段时间,此时电容C1会充电,最后C1上的电压接近电源电压。
2.MCU_IO1设定为输入,如果J1、J2均不按下,此时MCU_IO1可以理解成一个阻值很大的电阻接地,电容C1上的电荷会通过这个电阻逐渐释放掉,这样C1上的电压会逐渐降低到零。因为C1上的电压下降需要一个过程,当MCU_IO1设为输入后马上读一下MCU_IO1的状态,此时会读到什么结果?显然是高电平状态1。
3.再将MCU_IO1设定为输出,输出低电平一段时间,显然不管电容C1处于什么状态,只要MCU_IO1输出低电平时间足够长,最后C1上的电压应该接近零。
4.再将MCU_IO1设定为输入,如果J1、J2同样不按下,MCU_IO1读到的是低电平状态0。

如果J1按下,再来看看这四步,此时电容C1已经被强制接到电源上,MCU_IO1对其的充放电已经不起作用,在步骤2中MCU_IO1读到的状态依然是1,但在步骤4中MCU_IO1读到的状态就不再是0,而是变为1。

如果J2按下,同样看这四步,此时电容C1被强制接到地,MCU_IO1对其充放电也失去作用,在步骤2中MCU_IO1读到的状态变为0,但在步骤4中MCU_IO1读到的状态保持为1。

到这里我想大家应该已经明白了实现方法,根据此四步中读到的MCU_IO1状态,就可以判断出J1、J2是否按下。

既然已经找到方法,是不是就万事大吉了呢?不然,我们还得回过头去看看此方法是不是足够可靠。如果J1按下,电容C1直接接到电源上,当MCU_IO1输出低时,MCU_IO1输出的低电平直接与电源短路,弄不好就会烧坏MCU_IO1,同理当J2按下时MCU_IO1输出高也存在同样的问题。
还有比这更严重的问题,如果用户同时按下J1和J2,哈!居然是电源和地直接短路,这样的后果很可能就是整个产品的电源部分一股青烟了事,就别想产品还能不能工作了。

不用担心,看一看前面电路图中的右半部分,在开关J3和J4上分别串联了一个220欧的电阻,这个电路不管J3和J4如何按,都不会出现短路的情况,按前面的四个步骤即可判断出J3和J4有没有按下,不过如果J3和J4同时按下并不能进行识别判断。



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xqh518  2013-07-19 10:36:42 

好精细的电路分析。列出表格看起来省力一点。

莫大大  2013-07-19 10:02:22 

小弟愚笨。J2按下,步骤4读到的怎么会是1啊

liklon  2012-08-28 21:30:11 

学习了

ShaoKn  2011-06-02 16:00:27 

妙!

bjtiger  2011-02-28 10:00:12 

分析真是深刻啊,再次证明,善于思考才能进步.

啰嗦一些以单片机应用为主的电子技术问题,偶尔发点牢骚。如果您想我了,邮件(daishangju@163.com)和MSN(sj_dai@hotmail.com)都能找到我。本博客提供《删繁就简-单片机入门到精通》一书下载链接,点击最底部的“查看更多”可翻页。
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