PIC-микроконтроллеры. Все, что вам необходимо знать

Во многих приложениях приходится считывать состояние групп переключателей (кнопок). Вместо того чтобы использовать для формирования двух логических уровней однополюсные переключатели на два направления (Single-Pole Double-Throw — SPDT), такие как приведены на Рис. 11.8, а, в большинстве случаев (см., к примеру, Рис. 11.10) используют более дешевые однополюсные (Single-Pole Single-Throw — SPST). В этом случае для формирования напряжения ВЫСОКОГО уровня при разомкнутых контактах переключателя требуется внешний подтягивающий резистор, как показано на Рис. 11.8, б. Аналогичная ситуация возникает при считывании состояния устройства, имеющего выход с открытым стоком/коллектором, например фототранзистора. Сопротивление подтягивающего резистора не должно быть слишком маленьким, так как в этом случае через закрытый ключ будет течь большой ток. Вместе с тем сопротивление не должно быть и слишком большим, иначе устройство станет чувствительным к электромагнитным помехам, наводимым от внешних источников. Хорошим компромиссом будет сопротивление из диапазона 10…100 кОм.

Рис. 11.8.Подключение переключателей к выводу порта

Чтобы упростить подключение таких устройств, входы порта В уже имеют внутренние подтягивающие резисторы. Эти резисторы называются слабой подтяжкой (weak pull-up), поскольку их эквивалентное сопротивление (около 20 кОм) достаточно велико, чтобы они не оказывали влияния на операции чтения устройств, имеющих «нормальные» логические выходы.

Из Рис. 11.9 видно, что внутренние подтягивающие резисторы (являющиеся в действительности полевым транзистором с p-каналом) включаются только в том случае, если бит  регистра OPTION_REG сброшен в 0. Несмотря на то что этот бит управляет всеми восемью подтягивающими резисторами, на тех линиях, которые сконфигурированы как выходы (TRIS[n] = 0), этот резистор будет отключен. После сброса бит  устанавливается в 1, так что по умолчанию внутренние подтягивающие резисторы отключены.

Рис. 11.9.«Слабая» подтяжка линий порта В управляется битом RBPU регистра OPTION_REG

Порт ввода/вывода устройств в 8-выводных корпусах (он в них один-единственный) имеет похожую схему. При этом в моделях PIC16F629/75 внутренние подтягивающие резисторы (вывод GP3 не имеет такового) можно включать или отключать в индивидуальном порядке с помощью регистра специального назначения WPU (Weak Pull-Up), который, в свою очередь, управляется 7-м битом регистра OPTION_REG, названным .

В качестве типичного примера использования внутренней подтяжки рассмотрим задачу определения состояния клавиатуры, например, такой как показана на Рис. 11.10, а. В данном случае клавиатура состоит из 12 кнопок. В принципе ничто не мешает нам использовать столько же линий ввода/вывода. Однако более эффективным решением будет организация этих кнопок в виде матрицы 4x3, как показано на Рис. 11.10, б. При таком подключении количество требуемых выводов уменьшается до 7. В случае клавиатур большего размера эта экономия будет еще больше. Так, для клавиатуры на 64 кнопки (8 х 8) потребуется всего 16 линий ввода/вывода.

Хотя организация матриц может быть различной, на рисунке представлена наиболее типичная. Сигналы трех столбцов считываются с выводов RB[7:5] с включенными внутренними подтягивающими резисторами. Поочередный выбор каждой из строк (сканирование матрицы), подключенных к выводам RB[3:0], осуществляется выдачей на соответствующий вывод НИЗКОГО уровня, как показано на Рис. 11.10, в. Кнопки имеют нормально-разомкнутые контакты, поэтому если кнопка не нажата, то из-за подключенных подтягивающих резисторов считывается лог. 1. Однако стоит замкнуть кнопку, подключенную к строке, на которую подан НИЗКИЙ уровень, как на соответствующей линии столбца тоже появится НИЗКИЙ уровень. Таким образом, нажатую кнопку можно определить по пересечению строки и столбца. Резисторы сопротивлением 330 Ом ограничивают ток через контакты кнопок, если из-за ошибки в программе на каком-либо выводе RB[7:5] случайно появится ВЫСОКИЙ уровень.

Возьмем на вооружение оба принципа и напишем подпрограмму опроса клавиатуры, которая будет возвращать либо номер нажатой кнопки (первой из нажатых, если одновременно нажали несколько кнопок), либо если ни одна из кнопок не нажата, то -1 (т. е. h’FF’). Прежде чем перейти к собственно программированию, условимся, что порт В уже соответствующим образом сконфигурирован, а бит  регистра OPTION_REG сброшен. Скажем, так: