今天給大家分享我在github上看到的一個有意思的項(xiàng)目：使用微控制器 PIC16F1459 構(gòu)建 DIP 開關(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。）

主要是用撥片開關(guān)來進(jìn)行配置設(shè)備，只需要撥動紅色開關(guān)就可以輕松配置文件。不需要編輯 XML 和 JSON 文件來存儲硬件或軟件的配置設(shè)置。

這個項(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手試試。

先放上成品圖。

DIP 開關(guān)插電腦上圖

DIP 開關(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 開關(guān)U盤。第一個使用非常緊湊的表面貼片DIP開關(guān)，第二種使用安裝表面貼裝 DIP 插座中的獨(dú)特彩虹 DIP 開關(guān)。

USB A插頭（如下圖所示）

Molex USB A 插頭

這是一個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。

本來是可以使用 USB Type C 插頭，但作者的電腦沒有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，這個微控制器支持所需的電路和USB軟件。唯一不確定的問題是它是否有足夠的輸入引腳用于DIP開關(guān)的8個輸入。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 8 位 SMD 開關(guān)，用于縮放

2、表面貼裝 DIP 開關(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，把開關(guān)放在電路板的頂部，就需要一個表面貼裝開關(guān)，最后選擇了 CTS 219-8MSTR 8 位表面貼裝滑動開關(guān)。

開關(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 開關(guān)，保護(hù)涂層允許使用拾取和放置設(shè)備并在清洗過程中保護(hù)開關(guān)。

3、彩虹通孔撥碼開關(guān)

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

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

三個候選通孔 DIP 開關(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 Mill-Max 110-47-316-41-105000 表面貼裝 DIP 插座來固定 ERG SDS-8-014 彩虹 DIP 開關(guān)。

表面貼裝 DIP 插座

二、原理圖設(shè)計(jì)

這個項(xiàng)目需要用到一個8 GPIO 引腳來連接 DIP 開關(guān)，然后在最靠近 DIP 開關(guān)的微控制器一側(cè)選擇了 8 個引腳。

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，以便在各自的開關(guān)打開時(shí)將引腳拉高。

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

然后有一個強(qiáng)制性的按鈕開關(guān)和閃爍的LED。按鈕開關(guān)與引導(dǎo)加載程序一起使用，可以允許在沒有PLC編程器和標(biāo)簽連接電纜的情況下升級DIP開關(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、表面貼裝開關(guān)版本

設(shè)計(jì)萬完原理圖后，開始設(shè)計(jì)與CTS SMD 滑動開關(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)對布局比較滿意的時(shí)候，查看了電路板預(yù)覽圖像，沒有問題之后，就去訂購PCB板了。

2、表面貼裝 DIP 插座版本

設(shè)計(jì)了與 CTS SMD 滑動開關(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)別是開關(guān)或插座的16個焊盤的寬度和高度。

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、軟件開發(fā)

在等待PCB板的過程，使用Microchip 低引腳數(shù) USB 微控制器開發(fā)板來編寫該項(xiàng)目的軟件。

在這個過程也遇到了許多問題，例如：想實(shí)現(xiàn)一個USB大容量存儲設(shè)備類，其中包含一個帶有開關(guān)狀態(tài)的文件。但是開關(guān)的值可以從文件中讀取一次，但當(dāng)開關(guān)更改時(shí)就不再更新了。

為了解決這個問題，進(jìn)行了多次嘗試，例如在每次更改開關(guān)時(shí)執(zhí)行軟分離和重新連接，但這會導(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 開關(guān) USB 堆棧發(fā)送 USB OUT 報(bào)告，詢問開關(guān)的當(dāng)前狀態(tài)。

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

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

在真正的板子從工廠回來之前，作者使用了一個 PIC 低引腳數(shù) USB 開發(fā)板來編寫軟件。

為了演示DIP開關(guān)USB U盤，編寫了一個快讀的 C# .NET Windows 窗體應(yīng)用程序。

該應(yīng)用程序與開發(fā)板或真正的DIP開關(guān)U盤進(jìn)行通信。

使用開發(fā)板，按鈕開關(guān)切換紅色開關(guān)圖像。使用真板，應(yīng)用程序中的開關(guān)圖像反映了 DIP 開關(guān) U 盤上開關(guān)的狀態(tài)。

C# .NET Windows 窗體演示應(yīng)用程序

五、成品板

與表面貼裝開關(guān)一起使用的成品板如下所示。

SMD版成品板

與表面貼裝插座和通孔 DIP 開關(guān)一起使用的成品板如下所示。

插座版成品板

下圖圖左側(cè)為電路板的表面貼裝開關(guān)版本，右側(cè)為電路板的表面貼裝插座版本。

這里再強(qiáng)調(diào)一次，唯一這兩個版本的區(qū)別是開關(guān)或插座的 16 個焊盤的寬度和高度。

板版本比較

六、組裝和測試

將電路板放回原處，首先組裝并測試了電路板的表面貼裝開關(guān)版本。

使用Microchip REAL ICE 編程器和 Tag-Connect 電纜將軟件編程到 PIC16F1459 中。

編程后，Windows 找到了一個新設(shè)備，啟動了演示應(yīng)用程序，成功了！

SMD 版本的 DIP 開關(guān) U 盤

后來作者又組裝并測試了板的表面貼裝插座版本，也成功了。（感嘆一句，厲害）

ERG DIP 開關(guān)有點(diǎn)挑剔，如果將開關(guān)向上推超過其打開位置，它將再次短暫打開，直到它被釋放并回到其打開/關(guān)閉位置。

DIP 開關(guān) U 盤的通孔版本

插入 Surface Pro 并運(yùn)行演示應(yīng)用程序的 DIP 開關(guān) USB U盤

插入 Surface Pro 的 DIP 開關(guān) U 盤

DIP 開關(guān) U 盤的后視圖和前視圖

七、設(shè)計(jì)文件

電路板的設(shè)計(jì)文件、PIC16F1459 固件和 C# .NET 演示應(yīng)用程序可以在作者的 Github 上的DIP 開關(guān) USB U盤 存儲庫中找到。

項(xiàng)目鏈接：
https://github.com/bikerglen/usb-dip-switch-stick