AVR单片机教程——数字输入

咱们已经学习了如何使用按键和拨动开关，不知你有没有好奇 button_down 和 switch_status 等函数是如何实现的。本篇教程带你一探究竟，让咱们从按键的原理开始。

在原理图中，按键的符号以下图所示：

符号很简单，就是两个触点上方有一个动片，当按下时与两个触点接触。实际上按键内部的机械结构大致上就是这样，实现的功能是，没有按下时两端断路，按下时两端短路。

还有一种画法是这样的，即电键：

就按键内部的机械结构来讲，第一种更加真实，但从电路角度来看，二者没什么区别。

可是咱们的开发板上的按键有4个引脚，这是怎么回事呢？其实上面两个和下面两个分别是连通的，至关于只有两个：

拨动开关，至关于单刀双掷开关：

从开发板反面能够看到拨动开关有3个引脚。拨到上方时，上面两个导通；拨到下方时，下面两个导通。

然而，光知道这些原理还不够。任何IC，包括单片机，与外界打交道的惟一途径是引脚。单片机要知道按键状态，必须由咱们搭建合适的电路，把按键和开关的信息转换为电平，链接到单片机上。

先说按键吧。按键按下时，两引脚之间导通，若是一端接在某一极（电源或地）上，另外一端的电平就是肯定的。然而，若是不链接其余器件，当没有按下时，这一端是浮空的，电压可能高也可能低，是无效的。而咱们但愿不按下时检测到的是另外一种电平，所以咱们能够在按键一端和另外一极之间接一个电路：

按键接到地，电阻接到电源，这是一种很常见的接法，其中的电阻称为上拉电阻，取值几千欧到几十千欧都没啥问题。这个电阻能够在单片机内部，也能够是一个独立的元件。在咱们的开发板上，4个按键（以及4个开关，后面会提到）是经过排阻上拉的。

为何把按键接在地上用上拉，而不是接在正电源上用下拉？这是个很复杂的问题。尽管在布尔代数中0和1是彻底对称的，但电子毕竟是电子而空穴是电子的缺失，因为某些很复杂的缘由，致使上拉比下拉更加常见（得多）。事实上，AVR单片机的引脚能够配置独立的上拉电阻，可是没有下拉电阻可选（部分新型号中有）。

若是你没有受过上拉电阻思想的熏陶，对于拨动开关，你可能会想到这种接法：

这种接法不须要额外的元器件，听起来很妙。然而，虽然可行，这是一种很差的方法。万一两个触点之间短路了怎么办？整块开发板都短路保护了。尽管短路保护听起来安全，但即便保护起来，在解决短路问题以前，开发板仍是不能用的。还有一种状况，我真的碰到过，就是单片机上两个相邻的读取开关的引脚由于焊接时的疏忽短路了，致使一旦这两个开关状态不同就会触发短路保护。总之，这种接法不提倡。

与按键相似，在开关这边咱们也能够用上拉电阻的接法：

利用这两种电路，咱们成功地将按键不按下与按下分别转换成高电平和低电平，把开关位于下方和上方分别转换成低电平和高电平。那么，单片机怎么读取电平呢？库提供了 pin_read 函数，定义在 <ee1/pin.h> 中。咱们仍是经过一个例子来学习其使用方法：保持黄灯和蓝灯的状态分别与按键2和开关2的电平相同。

 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 }

异常简单的例子，不是吗？用 pin_read 读取引脚电平，再把LED设置为相应值。

当程序涉及端口操做时，为了能在硬件链接改变时方便地修改程序，建议用宏或常量创建设备与引脚之间的映射关系。这样在修改时就只有这个映射关系须要改动了，总比程序每一处调用都修改要方便得多。

值得一提的是，尽管今天的教程介绍了更底层的知识，但这仍不是咱们能达到的最底层的地方。在几篇教程以后，你就能够抛弃库函数了。

 

做业：利用 pin_read 函数，结合以前教程中的知识，实现按键动做的检测并测试之。