好玩的項(xiàng)目|使用微控制器 PIC16F1459 構(gòu)建 DIP 開(kāi)關(guān) USB U盤

作者：時(shí)間：2024-07-19 來(lái)源：李工談元器件

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今天給大家分享我在github上看到的一個(gè)有意思的項(xiàng)目：使用微控制器 PIC16F1459 構(gòu)建 DIP 開(kāi)關(guān) USB U盤。（附帶電路原理圖，PCB布局設(shè)計(jì)，原始應(yīng)用程序。）

本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/202407/461187.htm

主要是用撥片開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行配置設(shè)備，只需要撥動(dòng)紅色開(kāi)關(guān)就可以輕松配置文件。不需要編輯 XML 和 JSON 文件來(lái)存儲(chǔ)硬件或軟件的配置設(shè)置。

這個(gè)項(xiàng)目分享給大家，步驟講解得很詳細(xì)，如果感興趣的可以動(dòng)手試試。

先放上成品圖。

DIP 開(kāi)關(guān)插電腦上圖

DIP 開(kāi)關(guān) U 盤的后視圖和前視圖（顏值還挺高的）

一、元件選擇

作者總共設(shè)計(jì)制作了兩種不同版本的DIP 開(kāi)關(guān)U盤。第一個(gè)使用非常緊湊的表面貼片DIP開(kāi)關(guān)，第二種使用安裝表面貼裝 DIP 插座中的獨(dú)特彩虹 DIP 開(kāi)關(guān)。

USB A插頭（如下圖所示）

Molex USB A 插頭

這是一個(gè)安裝在電路板末端的USB A 型插頭，可以直接插入電腦的正面或側(cè)面的USB A插孔。

本來(lái)是可以使用 USB Type C 插頭，但作者的電腦沒(méi)有USB Type C 端口。

1、微控制器 PIC16F1459

作者喜歡用8位的USB微控制器，于是采用了TSSOP-20 封裝的 Microchip PIC16F1459，這個(gè)微控制器支持所需的電路和USB軟件。唯一不確定的問(wèn)題是它是否有足夠的輸入引腳用于DIP開(kāi)關(guān)的8個(gè)輸入。在查閱了datasheet，確認(rèn)連接USB 操作所需的基本組件后，確定了引腳是夠用的。

PIC16F1459 采用 TSSOP-20 封裝，后面有一個(gè) 8 位 SMD 開(kāi)關(guān)，用于縮放

2、表面貼裝 DIP 開(kāi)關(guān)

為了使設(shè)計(jì)更緊湊，就需要把微控制器放在電路板的底部，把開(kāi)關(guān)放在電路板的頂部，就需要一個(gè)表面貼裝開(kāi)關(guān)，最后選擇了 CTS 219-8MSTR 8 位表面貼裝滑動(dòng)開(kāi)關(guān)。

開(kāi)關(guān)頂部帶有可拆卸的膠帶密封，可以承受高焊接溫度和電路板的清洗。

帶有保護(hù)涂層的 CTS SMD DIP 開(kāi)關(guān)，保護(hù)涂層允許使用拾取和放置設(shè)備并在清洗過(guò)程中保護(hù)開(kāi)關(guān)。

3、彩虹通孔撥碼開(kāi)關(guān)

第一個(gè)版本用ITW ERG 制造了彩虹通孔 DIP 開(kāi)關(guān)，第二個(gè)版本帶有用于彩虹 DIP 開(kāi)關(guān)的表面貼裝 DIP 插座。

彩虹撥碼開(kāi)關(guān)與類似的滑動(dòng)和搖桿撥碼開(kāi)關(guān)相比，具有相當(dāng)醒目的外觀。

三個(gè)候選通孔 DIP 開(kāi)關(guān)，作者選擇了 ERG 的彩虹模型

4、表面貼裝 DIP 插座

選擇了一個(gè) Mill-Max 110-47-316-41-105000 表面貼裝 DIP 插座來(lái)固定 ERG SDS-8-014 彩虹 DIP 開(kāi)關(guān)。

表面貼裝 DIP 插座

二、原理圖設(shè)計(jì)

這個(gè)項(xiàng)目需要用到一個(gè)8 GPIO 引腳來(lái)連接 DIP 開(kāi)關(guān)，然后在最靠近 DIP 開(kāi)關(guān)的微控制器一側(cè)選擇了 8 個(gè)引腳。

但這些 GPIO 引腳不是都有內(nèi)部弱上拉可用，所以需要添加一些上拉電阻，以便在各自的開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)將引腳拉高。

使用這個(gè)配置，GPIO 引腳將在開(kāi)關(guān)打開(kāi)（關(guān)閉）時(shí)讀取高電平，在開(kāi)關(guān)關(guān)閉（打開(kāi)）時(shí)讀取低電平。

然后有一個(gè)強(qiáng)制性的按鈕開(kāi)關(guān)和閃爍的LED。按鈕開(kāi)關(guān)與引導(dǎo)加載程序一起使用，可以允許在沒(méi)有PLC編程器和標(biāo)簽連接電纜的情況下升級(jí)DIP開(kāi)關(guān)USB U盤。

閃爍的 LED 被編程以指示 USB 枚舉狀態(tài)。緩慢閃爍表示板已通電但未枚舉，快速閃爍表示板已通電并已枚舉。

設(shè)計(jì)原理圖

三、電路板設(shè)計(jì)

1、表面貼裝開(kāi)關(guān)版本

設(shè)計(jì)萬(wàn)完原理圖后，開(kāi)始設(shè)計(jì)與CTS SMD 滑動(dòng)開(kāi)關(guān)一起使用的電路板。最終布局如下圖所示。

板的非插座版本

當(dāng)對(duì)布局比較滿意的時(shí)候，查看了電路板預(yù)覽圖像，沒(méi)有問(wèn)題之后，就去訂購(gòu)PCB板了。

2、表面貼裝 DIP 插座版本

設(shè)計(jì)了與 CTS SMD 滑動(dòng)開(kāi)關(guān)一起使用的電路板后，接著設(shè)計(jì)與表面貼裝 DIP 插座和 ERG 彩虹 DIP 開(kāi)關(guān)一起使用的電路板，最終布局如上圖所示。

唯一真正的區(qū)別是開(kāi)關(guān)或插座的16個(gè)焊盤的寬度和高度。

板的插座版本

當(dāng)布局完成之后，依舊查看電路板板預(yù)覽圖，然后定制PCB板。

四、軟件開(kāi)發(fā)

在等待PCB板的過(guò)程，使用Microchip 低引腳數(shù) USB 微控制器開(kāi)發(fā)板來(lái)編寫該項(xiàng)目的軟件。

在這個(gè)過(guò)程也遇到了許多問(wèn)題，例如：想實(shí)現(xiàn)一個(gè)USB大容量存儲(chǔ)設(shè)備類，其中包含一個(gè)帶有開(kāi)關(guān)狀態(tài)的文件。但是開(kāi)關(guān)的值可以從文件中讀取一次，但當(dāng)開(kāi)關(guān)更改時(shí)就不再更新了。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行了多次嘗試，例如在每次更改開(kāi)關(guān)時(shí)執(zhí)行軟分離和重新連接，但這會(huì)導(dǎo)致許多煩人的不安全彈出和發(fā)現(xiàn)消息/警報(bào)聲音。

最后將DIP開(kāi)關(guān)USB U盤實(shí)現(xiàn)為供應(yīng)商定義的 USB HID 設(shè)備。

USB 主機(jī)可以向 DIP 開(kāi)關(guān) USB 堆棧發(fā)送 USB OUT 報(bào)告，詢問(wèn)開(kāi)關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)。

DIP 開(kāi)關(guān) U 盤將響應(yīng)包含開(kāi)關(guān)當(dāng)前狀態(tài)的 USB IN 報(bào)告。

每當(dāng)切換開(kāi)關(guān)時(shí)，DIP 開(kāi)關(guān) USB U 盤也會(huì)以包含開(kāi)關(guān)當(dāng)前狀態(tài)的 USB IN 報(bào)告進(jìn)行響應(yīng)。