学习笔记A1-使用4017数字集成块扩展Arduino开关输入端

zhangjianhua09

作者注：此方法并非扩展输入脚最佳方法，如果需要大量扩展输入脚的话（几十甚至上百路），可以使用74HC165或者CD4021做shiftin。而不是本文的4017。
http://playground.arduino.cc/Code/ShiftRegSN74HC165N
http://www.arduino.cc/en/Tutorial/ShiftIn



使用Arduino做制作，需要有一组开关控制Arduino状态。但是Arduino引脚不多，传统接法开关多了要占用很多引脚。减少引脚的方法有很多，可以选矩阵方式，编码器方式，还有本文要介绍的分时复用开关法等。

特点：十个开关占用三个数据引脚，之后每增加十个开关就增加一个引脚。
4017是一块十进制计数器，每输入一个CLK脉冲，Q0~Q9轮流产生高电平。每时刻有且只有一个引脚高电平。
二极管防止多个开关闭合时，有的输出端输出高电平，有的输出低电平，互相接上的话，会低电平引脚会干扰高电平脚的工作。
开关用10路拨动式小型开关，或者自己选择其他开关形式。

电路工作原理：

1. 先在RST（4017的复位脚MR）发出一个脉冲，使4017复位。
2. 此时有且只有Q0输出高电平(Q0对应开关S1，Q9对应开关S10)，读取一次输出信号DATA。如果第一个开关S1闭合了，应该DATA得到高电平；如果S1断开了，就DATA得到低电平。此时记DATA结果对应第一个开关S1的状态。
3. 给CLK输出一个脉冲，让4017移位，有且只有Q1输出高电平（Q0，Q2~Q9均为低电平）。读取DATA。得到S2状态。
4. 不断给CLK脉冲。总共给10次脉冲，让4017由Q0移动到Q9，完成一次开关遍历，每次移动获取一次DATA状态。存为S1~S10状态。
5. 电路原理图如图：
   

洞洞板图（由于引脚多，不建议面包板制作。）


关于在一块Arduino上使用多块模块：每增加一块模块，可以增加十路开关（当然你也可以使用两块4017做成行列矩阵控制100个开关。不过那个就属 于另外话题了）。增加的方式是将两块模块的RST，CLK，VCC，GND接在一起，接到单片机的相应引脚，然后两个模块的DATA脚分别接单片机两个 IO口。

Arduino程序例子：

const int rst = 2; //板子的RST脚接Arduino的D4口(自定义)
const int clk = 3; //板子的CLK脚接Arduino的D3口(自定义)
const int data1 = 4; //板子的DATA脚接Arduino的D2口(自定义)
//const int data2 = 5; //如果有第二块板子的话，两块板子共用RST和CLK引脚。DATA接Arduino的D5口，第三块板子可以类推接D6口(自定义)
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(rst, OUTPUT);
pinMode(clk, OUTPUT);
pinMode(data1, INPUT);
//pinMode(data2,INPUT); //如果有第二块板子的话要定义IO
}
void loop()
{
int KeyStatus[10] = {0}; //按照总开关数定义。可能要改为20,30等
digitalWrite(rst, HIGH);
delayMicroseconds(10); //所有delayMicroseconds(10);均是给4017一个反应时间。
digitalWrite(rst, LOW);
delayMicroseconds(10);
for(int i = 0; i < 10; i++)
{
KeyStatus = digitalRead(data1);
//KeyStatus[i+10] = digitalRead(data2); //读取第二个板子的状态，地址放在i+10
digitalWrite(clk, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(clk, LOW);
delayMicroseconds(10);
}

for(int i = 0; i < 10; i++) //循环打印KeyStatus数组，i<10可能要改为i<20,30等
{
Serial.print(KeyStatus);
Serial.print("t");
}
Serial.println();
delay(100);
}