單片機系統電路設計解析

4條輸入線接到單片機的IO口上，當按鍵K1按下時，+5V通過電阻R1然后再通過按鍵K1最終進入GND形成一條通路，那么這條線路的全部電壓都加到了R1這個電阻上，KeyIn1這個引腳就是個低電平。當松開按鍵后，線路斷開，就不會有電流通過，那么KeyIn1和+5V就應該是等電位，是一個高電平。我們就可以通過KeyIn1這個IO口的高低電平來判斷是否有按鍵按下。

這個電路中按鍵的原理我們清楚了，但是實際上在我們的單片機IO口內部，也有一個上拉電阻的存在。我們的按鍵是接到了P2口上，P2口上電默認是準雙向IO口，我們來簡單了解一下這個準雙向IO口的電路，如圖5所示。

圖5 準雙向IO口結構圖

當內部輸出是高電平，經過一個反向器變成低電平，NPN三極管不會導通，那么單片機IO口從內部來看，由于上拉電阻R的存在，所以是一個高電平。當外部沒有按鍵按下將電平拉低的話，VCC也是+5V，他們之間雖然有2個電阻，但是沒有壓差，就不會有電流，線上所有的位置都是高電平，這個時候我們就可以正常讀取到按鍵的狀態了。

當內部輸出是個低電平，經過一個反相器變成高電平，NPN三極管導通，那么單片機的內部IO口就是個低電平，這個時候，外部雖然也有上拉電阻的存在，但是兩個電阻是并聯關系，不管按鍵是否按下，單片機的IO口上輸入到單片機內部的狀態都是低電平，我們就無法正常讀取到按鍵的狀態了。

5、矩陣按鍵

矩陣按鍵和獨立按鍵的關系

我們在使用按鍵的時候有這樣一種使用經驗，當需要多個按鍵的時候，如果做成獨立按鍵會大量占用IO口，因此我們引入了矩陣按鍵，如圖6所示，使用了8個IO口來實現16個按鍵。

圖6 矩陣按鍵

其實獨立按鍵理解了，矩陣按鍵也簡單，我們來分析一下。圖6中，一共有4組按鍵，我們只看其中一組，如圖7所示。大家認真看一下，當KeyOut1輸出一個低電平，KeyOut2、KeyOut3、KeyOut4這三個輸出高電平時，是否相當于4個獨立按鍵呢。

圖7 矩陣按鍵變獨立按鍵

編輯點評：本文介紹了單片機最小系統的電路設計，單片機系統里都有晶振，晶振通常分為無源晶振和有源晶振兩種類型。對單片機最小系統的電源模塊、復位電路和振蕩電路進行了詳細的分析，理解單片機最小系統的設計對工程師是有利的。