【導讀】本文將介紹兩個利用通用輸入/輸出（GPIO）引腳復用來減少項目引腳使用的示例。第一個示例使用了“查理復用算法”技術，第二個示例使用了定時外設和中斷來快速切換引腳輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)，以在驅動 LED 的同時讀取按鍵。
本文將介紹兩個利用通用輸入/輸出（GPIO）引腳復用來減少項目引腳使用的示例。第一個示例使用了“查理復用算法”技術，第二個示例使用了定時外設和中斷來快速切換引腳輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)，以在驅動 LED 的同時讀取按鍵。
PIC?和 AVR?單片機上的引腳復用
通用輸入/輸出（GPIO）引腳是單片機設計時的重要考量之一。您需要足夠的引腳將單片機連接到設計中的所有其他組件；但是，超過所需的引腳可能會導致設計成本增加，并且占用電路板上更多空間。此外，減少設計中的所需引腳數(shù)量可能就可以選擇另一種不同的封裝。如果有一種方法可以從較小的封裝中擠出更多的 I/O引腳就好了！幸運的是，我們確實有方法可以在這種情況下釋放引腳。
下面是 Microchip 應用團隊使用 AVR DD 系列單片機創(chuàng)建的兩個示例。首先，我們將探討通過一種稱為“查理復用算法”的技術復用 GPIO 引腳來控制 LED。接下來，我們將看一下如何使用單個引腳同時運行獨立的按鍵和 LED。
查理復用算法的核心思想是利用單片機引腳可以處于的三種狀態(tài)：數(shù)字高電平、數(shù)字低電平和高阻抗數(shù)字輸入狀態(tài)（也稱為高阻態(tài)或三態(tài)）。通過使用這三種狀態(tài)而不僅僅是典型的高電平和低電平，用戶可以使用 n 個引腳驅動最多(n2-n)個獨立的LED。在此示例中，三個指定的引腳可以驅動六個獨立的 LED。
那么查理復用算法的工作原理到底是什么呢？為了理解這一點，我們需要看一個示例。
這里我們用三個 I/O 引腳驅動六個 LED。
如果我們只想導通 LED1，則需要將 PA2 設為高電平，PA3 設為低電平，PA4設為高阻態(tài)。電流將流過 LED1 并使其導通，同時使所有其他 LED 保持關斷狀態(tài)。
這里的三態(tài)十分重要，因為如果 PA4 為“低電平”，它也會意外導通 LED5。如下面所示：
高阻抗邏輯狀態(tài)確保電流只流過 LED1。利用 I/O 引腳狀態(tài)的相應組合（要獲得預期行為，用戶必須將一個引腳設為高電平、一個引腳設為低電平，其余引腳設為高阻抗），可以為電路中的任何 LED 重復此過程。
雖然在任意給定時刻這種方法只會點亮一個 LED，但是快速改變 I/O 狀態(tài)可創(chuàng)造出點亮多個 LED 的錯覺。（LED 調光的工作原理是通過在單個 LED 上使用脈沖寬度調制，原理與此非常相似）。可以在下面看到：(點擊圖片查看動態(tài)效果）
第二個示例涉及到在單個引腳上改動一個 LED 和一個按鍵。
從有利的角度看，可利用中斷和定時器來實現(xiàn)此目的。單片機引腳大部分時間都在驅動 LED。然而，一個定時外設會定期在單片機內部觸發(fā)中斷，將引腳從輸出快速切換為輸入，然后檢查按鍵的狀態(tài)。雖然這會暫時停止驅動 LED，但如果這個過程可以做得足夠快，那么在檢查按鈕狀態(tài)的時候，對 LED 造成的影響幾乎不可見。
我們在下面的示例中使用了這種方法。單片機不停地驅動一個閃爍的 LED，同時定期檢查按鍵，如果按鍵被按下，就會點亮一個單獨的 LED。（點擊圖片查看動態(tài)效果）
盡管本文章只涵蓋了這兩種技術的基礎知識，但我們的 Microchip 應用團隊發(fā)布的相應 GitHub 頁面包含了圖表、示例代碼和更詳細的說明。請訪問該頁面或我們的 AVR DD 產品系列頁面來了解更多信息。
（作者：Nate Thompson 和 Alexandru Sabiuta）
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