用一条IO口实现两个按键功能

注：本文是作者以前发表在其个人博客，现在发布到“聚丰开发”专栏

之前去到一个朋友那里，提到现在客户对成本要求非常之高，尤其是玩具行业，已经是一分一厘的去计算产品成本。朋友感慨为了省成本，方案商是绞尽脑汁地去想各种实现方法，说遇到过为了节省成本，硬是用单片机一条IO实现了两个按键的功能，让他颇为诧异，好久都没想明白原理。

一条IO实现两个按键，听上去确实挺新奇，既然别人能够实现，我想我也应该可以做到，看来得找找实现的方法。我有一个习惯，遇到某些问题的时候，会在睡觉前想解决方法，想着想着就会睡着了，问题的答案有没有找到则不一定。

我知道有用一条IO实现多个按键的方法，这样的方法大多是选用的IO支持ADC功能，用电阻分压后通过读电压判断键值。如果IO不支持ADC功能，也不是不行，可以用电容充放电的方法实现ADC，从而用普通IO间接进行测量。（参见我之前关于键盘扫描的文章）

这样用一条IO实现两个按键给我的第一感觉是可能需要利用到电容充放电原理，于是在半梦半醒之中找到了实现的方法。

先看上图左边部分，如果MCU_IO1为双向IO口，假设单片机程序按以下流程处理，看看会得到什么样的结果？

1.MCU_IO1设定为输出，输出高电平一段时间，此时电容C1会充电，最后C1上的电压接近电源电压。

2.MCU_IO1设定为输入，如果J1、J2均不按下，此时MCU_IO1可以理解成一个阻值很大的电阻接地，电容C1上的电荷会通过这个电阻逐渐释放掉，这样C1上的电压会逐渐降低到零。因为C1上的电压下降需要一个过程，当MCU_IO1设为输入后马上读一下MCU_IO1的状态，此时会读到什么结果？显然是高电平状态1。

3.再将MCU_IO1设定为输出，输出低电平一段时间，显然不管电容C1处于什么状态，只要MCU_IO1输出低电平时间足够长，最后C1上的电压应该接近零。

4.再将MCU_IO1设定为输入，如果J1、J2同样不按下，MCU_IO1读到的是低电平状态0。

如果J1按下，再来看看这四步，此时电容C1已经被强制接到电源上，MCU_IO1对其的充放电已经不起作用，在步骤2中MCU_IO1读到的状态依然是1，但在步骤4中MCU_IO1读到的状态就不再是0，而是变为1。

如果J2按下，同样看这四步，此时电容C1被强制接到地，MCU_IO1对其充放电也失去作用，在步骤2中MCU_IO1读到的状态变为0，但在步骤4中MCU_IO1读到的状态保持为1。

到这里我想大家应该已经明白了实现方法，根据此四步中读到的MCU_IO1状态，就可以判断出J1、J2是否按下。

既然已经找到方法，是不是就万事大吉了呢？不然，我们还得回过头去看看此方法是不是足够可靠。如果J1按下，电容C1直接接到电源上，当MCU_IO1输出低时，MCU_IO1输出的低电平直接与电源短路，弄不好就会烧坏MCU_IO1，同理当J2按下时MCU_IO1输出高也存在同样的问题。

还有比这更严重的问题，如果用户同时按下J1和J2，哈！居然是电源和地直接短路，这样的后果很可能就是整个产品的电源部分一股青烟了事，就别想产品还能不能工作了。

不用担心，看一看前面电路图中的右半部分，在开关J3和J4上分别串联了一个220欧的电阻，这个电路不管J3和J4如何按，都不会出现短路的情况，按前面的四个步骤即可判断出J3和J4有没有按下，不过如果J3和J4同时按下并不能进行识别判断。