一種配置任意數(shù)量開關(guān)的方法

描述

背景和起源

在本文中，我介紹了一種配置任意數(shù)量的開關(guān)的方法，這些開關(guān)鏈接到單個(gè)（公共）中斷服務(wù)例程 (ISR)。該方法完全是軟件驅(qū)動(dòng)的，不依賴于開關(guān)的任何物理接線來中斷引腳。

這篇文章源于之前開發(fā)一個(gè)庫的工作，該庫可以有效地處理任何類型的開關(guān)并以不同的方案連接 - ez_switch_lib.

總而言之，它ez_switch_lib 提供了一些有趣且獨(dú)特的功能：

• 可以配置任何開關(guān)類型，例如按鈕、撥動(dòng)開關(guān)等

• 支持常見的開關(guān)接線方案

• 可同時(shí)配置多個(gè)不同類型和接線方案的開關(guān)

• 開關(guān)去抖動(dòng)會(huì)自動(dòng)處理，這也可以由用戶配置

• 可以隨時(shí)測試開關(guān)的狀態(tài)，例如測試開關(guān)是否處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)、打開或關(guān)閉等

• 開關(guān)可以自動(dòng)鏈接到其他數(shù)字輸出引腳，以便在發(fā)生切換時(shí)也觸發(fā)鏈接的輸出引腳（設(shè)置或清除）

本文重點(diǎn)介紹的正是后者，將開關(guān)鏈接到其他數(shù)字輸出引腳，并以此為基礎(chǔ)。

將開關(guān)鏈接到中斷

本文展示了我們?nèi)绾文軌蜉p松地將任意數(shù)量的、任何類型的、以不同方案接線的開關(guān)鏈接（關(guān)聯(lián)）到中斷或任何額外的接線 - 沒有電線將開關(guān)連接到中斷！

為了使示例簡單，我們將使用單個(gè) ISR 來處理所有開關(guān)，但這是可變的 - 同樣，我們可以根據(jù)需要使用任意數(shù)量的 ISR 和外部中斷引腳（當(dāng)然，要達(dá)到微控制器的設(shè)計(jì)限制）。

那么，我們?nèi)绾巫龅竭@一點(diǎn)呢？

如上所述，該ez_switch_lib 庫提供了一個(gè)特定功能，允許將開關(guān)鏈接到數(shù)字輸出引腳，以便在啟動(dòng)開關(guān)時(shí)自動(dòng)設(shè)置/清除相關(guān)的輸出引腳。這個(gè)函數(shù)被調(diào)用link_switch_to_output 并且只有三個(gè)參數(shù)：

• 數(shù)字輸出引腳要鏈接到的開關(guān)的 ID

• 要鏈接的數(shù)字輸出引腳的引腳號(hào)

• 鏈接輸出引腳的初始設(shè)置（即 LOW 或 HIGH）

一旦聲明/定義了開關(guān)，就可以使用上述功能將其與數(shù)字輸出引腳相關(guān)聯(lián)。這是該方法的精髓——我們需要做的就是定義一個(gè) ISR，使用該attachInterrupt 函數(shù)來處理任何合適的外部中斷數(shù)字引腳上的開關(guān)事件。

我們將看到我們?nèi)绾文軌蚵暶髟S多不同類型的開關(guān)，并以不同的方式連接，但這樣每個(gè)開關(guān)在啟動(dòng)時(shí)都會(huì)自動(dòng)觸發(fā)一個(gè)定義的和常見的 ISR。此 ISR 處理開關(guān)的作用不在本文的范圍內(nèi)，但讀者將看到 ISR 中存在各種“鉤子”的位置，并草繪添加特定的最終用戶代碼來處理每種可能的開關(guān)中斷事件類型。

讓我們看一下示例草圖及其配置的開關(guān)。

示例草圖將使用七個(gè)數(shù)字引腳，六個(gè)用于開關(guān)，一個(gè)用于公共中斷引腳，根據(jù)下表分配和接線：

開關(guān)配置

?

（使用面包板按照上表和下圖連接組件。）

需要注意的是：

• 我們使用數(shù)字引腳 2 作為分配給 ISR 的公共引腳，觀察該引腳沒有任何物理連接

• ' circuit_C1' 和 ' circuit_C2' 是ez_switch_lib庫中的保留字，分別代表一個(gè)帶有外部 10k ohm 下拉電阻的電路和一個(gè)基本電路（除了開關(guān)本身沒有額外的組件）

我們將數(shù)字引腳 3-8 分配給開關(guān)，如下所示：

• 3 個(gè)與下拉 10k 歐姆電阻器相連的撥動(dòng)開關(guān) - ' circuit_C1'（參見下面的示意圖）

• 3 x 按鈕開關(guān)直接接線，' circuit_C2'（參見下面的示意圖）

• 所有開關(guān)都是軟件鏈接到一個(gè)公共數(shù)字引腳 2（ISR 引腳），link_switch_to_output在每個(gè)開關(guān)創(chuàng)建后使用該函數(shù)（add_switch 函數(shù)）

上述開關(guān)配置是任意的，用于展示ez_switch_lib庫的靈活性，開關(guān)可以鏈接到單個(gè) ISR，但可以使用任何組合開關(guān)類型、開關(guān)電路布線和多個(gè) ISR。

素描設(shè)計(jì)

草圖有六個(gè)主要部分：

• ez_switch_lib聲明-ez_switch_lib庫的聲明（即#include "ez_switch_lib.h"）。要運(yùn)行草圖，您需要將ez_switch_lib庫文件（.cpp、.h 和 .txt）復(fù)制到 Arduino 庫目錄到名為“ ez_switch_lib”的目錄中，即../Arduino/libraries/ez_switch_lib（請參閱ez_switch_lib文章以訪問和下載這些文件）。

• create instance - 創(chuàng)建和建立大小等于我們希望配置的交換機(jī)數(shù)量（這里是六個(gè)）的庫實(shí)例。草圖為我們用來為所有功能和資源添加前綴的實(shí)例分配名稱''，例如' '等。 ez_switch_libez_switch_libmy_switchesez_switch_lib my_switches.add_switch(..)

• 定義交換機(jī)配置數(shù)據(jù)- 定義我們的交換機(jī)配置的數(shù)據(jù)。草圖的核心是開關(guān)配置數(shù)據(jù)，它保存在一個(gè)名為 ' ' 的二維數(shù)組中，每一行定義與每個(gè)開關(guān)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，如下所示： my_switch_data

column[0] - 表示開關(guān)類型（' button_switch' 或 ' toggle_switch'）。（同樣，' button_switch' 或 ' toggle_switch' 是ez_switch_lib庫保留字并定義所考慮的開關(guān)類型。）

column[1] - 這是分配給開關(guān)的數(shù)字引腳

column[2] - 表示開關(guān)接線方案（保留字' circuit_C1'或' circuit_C2'）

• setup 函數(shù)——你會(huì)注意到，這是我們使用該add_switch函數(shù)將每個(gè)開關(guān)聲明到庫的地方，并將公共中斷引腳分配給每個(gè)開關(guān)（link_switch_to_output函數(shù)）。

• 主循環(huán)處理。在檢查時(shí)，主循環(huán)似乎根本沒有做太多事情——它只是使用該read_switch 函數(shù)不斷地輪詢每個(gè)開關(guān)，尋找狀態(tài)變化。這是因?yàn)樵摲椒ㄍ耆擒浖?qū)動(dòng)的，因此需要不斷地尋找狀態(tài)變化。當(dāng)狀態(tài)改變發(fā)生時(shí)，會(huì)發(fā)生兩件事：

1. 開關(guān)相關(guān)聯(lián)的輸出引腳（公共中斷引腳）自動(dòng)升為高電平（RISING），從而觸發(fā) ISR，該 ISR 將處理致動(dòng)開關(guān)的開關(guān)事件，并且

2. 完成 ISR 處理后，該read_switch函數(shù)將返回一個(gè)值 ' switched'（也是一個(gè)保留的ez_switch_lib 庫字），如果需要，該值可以在主循環(huán)中進(jìn)一步處理 - 兩口相同的櫻桃！

• 中斷服務(wù)程序 (ISR) - 一個(gè)相當(dāng)簡單的 ISR，旨在使用可用變量識(shí)別不同的開關(guān)類型及其相關(guān)特性。ez_switch_lib 您會(huì)注意到 ISR 只是向串行監(jiān)視器報(bào)告觸發(fā)了哪個(gè)開關(guān)事件。在一般情況下，不推薦使用串行打印 I/O，這里使用它只是為了提供視覺確認(rèn)，即草圖正在做它應(yīng)該做的事情。根據(jù)您的項(xiàng)目需要，在每個(gè)“掛鉤”處添加您自己的最終用戶代碼。

好的，它是如何工作的？

這ez_switch_lib 消除了我們對開關(guān)彈跳或開關(guān)接線方式的任何擔(dān)憂。它還可以為我們提供有關(guān)開關(guān)的非常有用的狀態(tài)信息，例如開關(guān)類型、開關(guān)是否正在轉(zhuǎn)換或已轉(zhuǎn)換或其他情況、撥動(dòng)開關(guān)當(dāng)前是打開還是關(guān)閉等。但最重要的是，它為我們提供了能夠自動(dòng)將開關(guān)鏈接到另一個(gè)數(shù)字輸出引腳，當(dāng)相關(guān)開關(guān)被啟動(dòng)時(shí)，我們可以使用它來觸發(fā) ISR。

現(xiàn)在，在我們的示例草圖中，每個(gè)聲明的開關(guān)觸發(fā)相同的 ISR，所以問題是 ISR 如何確定哪個(gè)開關(guān)已啟動(dòng)，即哪個(gè)開關(guān)觸發(fā)了 ISR？再次，ez_switch_lib 迎合這個(gè)。它提供最后一個(gè)啟動(dòng)的開關(guān)的開關(guān) ID。正是這一特性為 ISR 提供??了處理正確切換的方法。特定的庫變量稱為“ last_switched_id”。

有了這些知識(shí)，ISR 就可以處理驅(qū)動(dòng)開關(guān)的特定要求。

都好？是的，只要您認(rèn)識(shí)到按鈕和撥動(dòng)式開關(guān)各有其自己的特征，ISR 也必須滿足這些特征。具體來說：

按鈕式開關(guān)- 在可以說已完全切換之前，驅(qū)動(dòng)周期會(huì)從關(guān)閉再返回關(guān)閉。

撥動(dòng)式開關(guān)- 撥動(dòng)開關(guān)有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)周期 - 它們可以從關(guān)閉或開關(guān)轉(zhuǎn)換。

同樣，ez_switch_lib 允許這些特定的開關(guān)特性，為最終用戶（和 ISR）提供適當(dāng)處理每種事件類型的方法。

當(dāng)您檢查 ISR 代碼時(shí)，您將看到它如何具體而簡單地處理上述場景。

此外，我們不要忘記，雖然 ISR 將處理開關(guān)驅(qū)動(dòng)，但還有一個(gè)額外的點(diǎn)可以應(yīng)用進(jìn)一步的處理。如果您檢查主循環(huán)，您將看到每個(gè)開關(guān)都被直接和不斷地輪詢和讀取。正是這種對開關(guān)的輪詢允許觸發(fā)開關(guān)的 ISR。但是，每次觸發(fā)開關(guān) ISR 時(shí)，開關(guān)本身也將被視為已啟動(dòng) (' switched')。如果開關(guān)已啟動(dòng)，則輪詢循環(huán)中函數(shù)的答案read_switch將顯示為 ' '。switched因此，如果需要，或者如果開關(guān)沒有鏈接的 ISR 輸出引腳，它提供了在主輪詢循環(huán)中添加進(jìn)一步開關(guān)處理的額外機(jī)會(huì)。

誰說我們不能吃蛋糕？！！

最后

我希望你對這篇文章感興趣，并且值得為你自己的項(xiàng)目考慮。我確實(shí)建議您更全面地瀏覽ez_switch_lib 這篇文章并下載其用戶指南和嬰兒床單，以全面了解功能。