上节讲了用MCU构成的数字系统的MCU选用及资源利用。关于MCU的编程就不再赘述，就跟不同的人每天要做的事情不同一样，千差万别，靠自己去按照逻辑流程去写就是。 MCU作为控制器，主要的作用是“控制”，而控制的依据，也就是来源，就是信息的输入，没有输入也就不知道该控制啥、如何控制。就如人，没有外界的任何刺激，无缘无故地做动作是不可能的。因此“信息的输入”是因，“控制”的动作是果。 MCU的CPU（中央处理单元，类我们的大脑）跟外界打交道是通过各种“外设接口”来实现的（类我们的神经系统）。下面的这张图简单示意了CPU同外设接口的几种常见方式，无论你用哪款通用的MCU，无外乎这些（一些高端专用的MCU还支持CAN、MIPI、以太网等）。 
所谓外设接口，在器件上就表现为Pin（管脚），现在的趋势是：
- 并行总线越来越少用，占用管脚多、封装大、如果用并行总线进行器件和器件连接造成双倍的管脚数量、板卡面积的浪费以及设计复杂度，如果你的PCB设计能力不够的话，信号传输速率高了会出现性能问题，除非迫不得已使用DDR之类的器件，一般的场合用SPI、SDIO这种也能满足要求了； 同步串行的SPI和I2C大行其道，SPI速度高（一般时钟可以到50MHz），驱动个320*240的LCD甚至做数据采集足够了；I2C连接简单，两根线上可以挂一串外设，尤其是在物联网领域传感器基本都是用I2C连接的（也有SPI兼有的），因为其需要的数据率一般不会不高；SPI和I2C的区别我专门写过文章做了介绍，点击上面的链接即可；
- 管脚复用，如论你用STM32还是NXP的LPC，28个管脚的MCU支持的总线可多了 – SPI、I2C、UART等都有，甚至还不只一组，如何实现的？就是通过内部的开关矩阵来灵活配置的，设计硬件的时候你要认真阅读数据手册，明确哪些信号是固定的，哪些信号是灵活配置的，以及可以被配置的功能；
- ADC一般也被集成进来，因为很多场合都需要检测外部的模拟信号，弄一个12bit、1-2Msps的串行ADC（多个输入切换共用内部的一个ADC转换器）在器件内部，跟外设的接口基本就齐全了。如果你需要更高速的ADC来采集外面的数据，那就要通过并行总线或者通过外部的FPGA进行一下处理。
MCU的输入/输出管脚一般都被称为GPIO – General Purpose Input/Output，顾名思义，也就是这些管脚可以灵活地被用于输入或者输出管脚，作为输入管脚，它可以感知外面的信号的变化，如果是开关信号，则可以感知是高电平1（一般为70%Vcc～Vcc之间）还是低电平0（一般为GND ～0.3Vcc之间），如果是模拟信号，则可以通过内置的ADC或比较器来测量外部信号的电压；作为输出管脚，它可以输出1 – 高电平、0 – 低电平来控制外部的开关、指示LED等。 不要小瞧独立做战的一根GPIO，它能入、能出，能感知外部的波形变化，更能通过其电平的变化传输信息、控制外设，比如“PWM”。这方面的应用我专门介绍过。 所有的电子产品系统最基础的两个功能，如果你做电赛的话几乎所有的自控题目中都会要实现的：
- 输入控制 – 一般为用一个按键（push button）通过一根I/O来连接MCU，多个控制输入可以用多根I/O线，当然还可以是拨码开关（Switch）或传感器的输出。
- 显示状态或信息 – LED（亮、灭或按一定模式变化）、数码管（多个LED组成的，显示数值）、OLED（文字、图案、波形）、LCD（文字、图案、波形）。
看起来很简单，但我建议同学们一定要苦练这一部分，这是基本功，不仅会用，而且要知道如何用好，如何在不同的平台上用好，比如你在8051上会了，可以在STM32上也很容易写出来，即便不调用系统自带的库函数，自己去写也能写出来。你在MCU上能用，在FPGA上也能用Verilog写出来，通过对比二者的实现方式的不同来体会一下。 像SPI、I2C、UART这种常用的总线，MCU一般都会有现成的硬件功能，通过调用它们的库就可以轻松使用，你可以尝试这根据这些总线的时序用GPIO来模拟实现一下，理解一下这些总线的构成、不同、优缺点、局限性等。尤其是通过FPGA来实现一下，如果能全部写出来会感觉非常的酸爽。 还要学会灵活地应用这些管脚，根据具体的需要适当地变通，下面我们看一个案例 – 按键的输入： 常规的方法如下图：一个按键对应于一个管脚。 
4个输入按键需要4根I/O 
再多几个按键输入呢？比如下面的这个4*4键盘： 
用最直接的方式需要16根I/O，用矩阵扫描的方式也要用8根I/O才能搞定 再看下面的这两个产品： 
你会发现它们都只用了一根信号管脚（另外两个信号是Vcc和GND），支持16/8个按键的输入！一下子节省了好多管脚资源，惊不惊喜？ 这种方式的实现就是利用了MCU内部自带的ADC，数字信号只有0、1两种状态，而ADC则可以通过量化的位数来区分外部的2的n次方种不同的电压区间，比如8位的ADC可以区分256个不同的电压区间，用来区分16个按键组合出来的不同电压区间小菜一碟。 下面这个图就是用现成的8腿16键矩阵键盘构成的电路，只要一根ADC管脚就可以了，后面的C1实现了消抖的功能，都不需要软件进行按键的消抖处理了。 
如果你手头的按键不是这种4*4的矩阵键盘，而是8个分立的push button，就可以采用下面的电路方式，当然更多的按键按照同理也可以轻松实现：
用8位的ADC量化后每个按键对应的数值区间，有些非线性，给程序带来了点麻烦。 
可以修正一下电阻的值，让其更线性，按键增加到12个： 
把计算出来的电阻值调整为能够方便买到的标准值，线性度依然很好： 
这种灵活的变通解决了处理器上管脚较少的问题，当然也是一种比较好的训练，可以顺便体会一下ADC的工作原理，同时有一定的软件编程工作量，属于软硬配合实现一定的功能，很好，建议大家尝试一下，下面附赠两个代码示例，一个是Copy下面的连接到浏览器： http://www.nerdkits.com/forum/thread/1956/ 另一个是点击左下角的“阅读原文”，跳转到的网址就是今天文章中引用的是电路。 正如文章中所说，这种灵活变通的方式毕竟是模拟方式的，把只有0、1的泾渭分明的世界变成了多级灰度，自然抵抗噪声的能力就会降低，因此在高可靠性的应用场景最好不用。 但，这对于理解好电子系统的“神经系统”是很有帮助的。 本文转载自微信公众号“电子森林”
