使用引脚复用减少8位单片机的引脚使用

 

本文将介绍两个利用通用输入/输出（GPIO）引脚复用来减少项目引脚使用的示 例。第一个示例使用了“查理复用算法”技术，第二个示例使用了定时外设和中 断来快速切换引脚输入状态和输出状态，以在驱动 LED 的同时读取按键。

PIC®和 AVR®单片机上的引脚复用 

通用输入/输出（GPIO）引脚是单片机设计时的重要考量之一。您需要足够的引 脚将单片机连接到设计中的所有其他组件；但是，超过所需的引脚可能会导致设计 成本增加，并且占用电路板上更多空间。此外，减少设计中的所需引脚数量可能就 可以选择另一种不同的封装。如果有一种方法可以从较小的封装中挤出更多的 I/O 引脚就好了！幸运的是，我们确实有方法可以在这种情况下释放引脚。 

下面是 Microchip 应用团队使用 AVR DD 系列单片机创建的两个示例。首先， 我们将探讨通过一种称为“查理复用算法”的技术复用 GPIO 引脚来控制 LED。接 下来，我们将看一下如何使用单个引脚同时运行独立的按键和 LED。 

查理复用算法的核心思想是利用单片机引脚可以处于的三种状态：数字高电平、 数字低电平和高阻抗数字输入状态（也称为高阻态或三态）。通过使用这三种状态 而不仅仅是典型的高电平和低电平，用户可以使用 n 个引脚驱动最多(n2 -n)个独立的 LED。在此示例中，三个指定的引脚可以驱动六个独立的 LED。 

那么查理复用算法的工作原理到底是什么呢？为了理解这一点，我们需要看一 个示例。 

这里我们用三个 I/O 引脚驱动六个 LED。 

如果我们只想导通 LED1，则需要将 PA2 设为高电平，PA3 设为低电平，PA4 设为高阻态。电流将流过 LED1 并使其导通，同时使所有其他 LED 保持关断状态。 

这里的三态十分重要，因为如果 PA4 为“低电平”，它也会意外导通 LED5。 如下面所示：

高阻抗逻辑状态确保电流只流过 LED1。利用 I/O 引脚状态的相应组合（要获得 预期行为，用户必须将一个引脚设为高电平、一个引脚设为低电平，其余引脚设为 高阻抗），可以为电路中的任何 LED 重复此过程。 

虽然在任意给定时刻这种方法只会点亮一个 LED，但是快速改变 I/O 状态可创 造出点亮多个 LED 的错觉。（LED 调光的工作原理是通过在单个 LED 上使用脉冲 宽度调制，原理与此非常相似）。可以在下面看到：(点击图片查看动态效果） 

第二个示例涉及到在单个引脚上改动一个 LED 和一个按键。 

从有利的角度看，可利用中断和定时器来实现此目的。单片机引脚大部分时间 都在驱动 LED。然而，一个定时外设会定期在单片机内部触发中断，将引脚从输出 快速切换为输入，然后检查按键的状态。虽然这会暂时停止驱动 LED，但如果这个 过程可以做得足够快，那么在检查按钮状态的时候，对 LED 造成的影响几乎不可见。 我们在下面的示例中使用了这种方法。单片机不停地驱动一个闪烁的 LED，同 时定期检查按键，如果按键被按下，就会点亮一个单独的 LED。

尽管本文章只涵盖了这两种技术的基础知识，但我们的 Microchip 应用团队发布 的相应 GitHub 页面包含了图表、示例代码和更详细的说明。请访问该页面或我们 的 AVR DD 产品系列页面来了解更多信息。

来源： Microchip微芯

审核编辑：汤梓红