AVR單片機教程——數字輸入

咱們已經學習瞭如何使用按鍵和撥動開關，不知你有沒有好奇 button_down 和 switch_status 等函數是如何實現的。本篇教程帶你一探究竟，讓咱們從按鍵的原理開始。

在原理圖中，按鍵的符號以下圖所示：

符號很簡單，就是兩個觸點上方有一個動片，當按下時與兩個觸點接觸。實際上按鍵內部的機械結構大致上就是這樣，實現的功能是，沒有按下時兩端斷路，按下時兩端短路。

還有一種畫法是這樣的，即電鍵：

就按鍵內部的機械結構來講，第一種更加真實，但從電路角度來看，二者沒什麼區別。

可是咱們的開發板上的按鍵有4個引腳，這是怎麼回事呢？其實上面兩個和下面兩個分別是連通的，至關於只有兩個：

撥動開關，至關於單刀雙擲開關：

從開發板反面能夠看到撥動開關有3個引腳。撥到上方時，上面兩個導通；撥到下方時，下面兩個導通。

然而，光知道這些原理還不夠。任何IC，包括單片機，與外界打交道的惟一途徑是引腳。單片機要知道按鍵狀態，必須由咱們搭建合適的電路，把按鍵和開關的信息轉換爲電平，鏈接到單片機上。

先說按鍵吧。按鍵按下時，兩引腳之間導通，若是一端接在某一極（電源或地）上，另外一端的電平就是肯定的。然而，若是不鏈接其餘器件，當沒有按下時，這一端是浮空的，電壓可能高也可能低，是無效的。而咱們但願不按下時檢測到的是另外一種電平，所以咱們能夠在按鍵一端和另外一極之間接一個電路：

按鍵接到地，電阻接到電源，這是一種很常見的接法，其中的電阻稱爲上拉電阻，取值幾千歐到幾十千歐都沒啥問題。這個電阻能夠在單片機內部，也能夠是一個獨立的元件。在咱們的開發板上，4個按鍵（以及4個開關，後面會提到）是經過排阻上拉的。

爲何把按鍵接在地上用上拉，而不是接在正電源上用下拉？這是個很複雜的問題。儘管在布爾代數中0和1是徹底對稱的，但電子畢竟是電子而空穴是電子的缺失，因爲某些很複雜的緣由，致使上拉比下拉更加常見（得多）。事實上，AVR單片機的引腳能夠配置獨立的上拉電阻，可是沒有下拉電阻可選（部分新型號中有）。

若是你沒有受過上拉電阻思想的薰陶，對於撥動開關，你可能會想到這種接法：

這種接法不須要額外的元器件，聽起來很妙。然而，雖然可行，這是一種很差的方法。萬一兩個觸點之間短路了怎麼辦？整塊開發板都短路保護了。儘管短路保護聽起來安全，但即便保護起來，在解決短路問題以前，開發板仍是不能用的。還有一種狀況，我真的碰到過，就是單片機上兩個相鄰的讀取開關的引腳由於焊接時的疏忽短路了，致使一旦這兩個開關狀態不同就會觸發短路保護。總之，這種接法不提倡。

與按鍵相似，在開關這邊咱們也能夠用上拉電阻的接法：

利用這兩種電路，咱們成功地將按鍵不按下與按下分別轉換成高電平和低電平，把開關位於下方和上方分別轉換成低電平和高電平。那麼，單片機怎麼讀取電平呢？庫提供了 pin_read 函數，定義在 <ee1/pin.h> 中。咱們仍是經過一個例子來學習其使用方法：保持黃燈和藍燈的狀態分別與按鍵2和開關2的電平相同。

 1 #include <ee1/pin.h>
 2 #include <ee1/led.h>
 3 
 4 #define BUTTON2 PIN_0
 5 #define SWITCH2 PIN_1
 6 
 7 int main()
 8 {
 9     led_init();
10     pin_mode(BUTTON2, INPUT);
11     pin_mode(SWITCH2, INPUT);
12     while (1)
13     {
14         led_set(LED_YELLOW, pin_read(BUTTON2));
15         led_set(LED_BLUE  , pin_read(SWITCH2));
16     }
17 }

異常簡單的例子，不是嗎？用 pin_read 讀取引腳電平，再把LED設置爲相應值。

當程序涉及端口操做時，爲了能在硬件鏈接改變時方便地修改程序，建議用宏或常量創建設備與引腳之間的映射關係。這樣在修改時就只有這個映射關係須要改動了，總比程序每一處調用都修改要方便得多。

值得一提的是，儘管今天的教程介紹了更底層的知識，但這仍不是咱們能達到的最底層的地方。在幾篇教程以後，你就能夠拋棄庫函數了。

 

做業：利用 pin_read 函數，結合以前教程中的知識，實現按鍵動做的檢測並測試之。