實(shí)驗(yàn)中我們將用到按鍵或者按鍵模塊，常見的有2腳按鍵和4腳按鍵，其內(nèi)部如圖2-25所示。當(dāng)按下按鍵時(shí)，就會(huì)接通按鍵兩端，放開時(shí)，兩端會(huì)再次斷開。
所需材料
Arduino、面包板、LED一個(gè)、按鍵一個(gè)、220Ω電阻一個(gè)、10KΩ電阻一個(gè)
連接示意圖
原理圖
如上圖所示，我們使用了兩個(gè)電阻。LED的一端，我們使用了220Ω的電阻，按鍵一端，我們使用了10K的電阻，兩個(gè)電阻的作用分別如下：
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限流電阻
一般LED的最大能承受的電流為25mA，如若直接將LED連接到電路中，當(dāng)其點(diǎn)亮?xí)r，如果電流過大，很容易燒毀。如圖2-24所示，我們?cè)贚ED一端串聯(lián)了一個(gè)電阻R2，這樣做可以控制流過LED的電流，防止損壞LED。這個(gè)電阻我們稱之為限流電阻。
下拉電阻
在Arduino的2號(hào)引腳到GND之前，連接了一個(gè)阻值10K的電阻。如果沒有該電阻，當(dāng)未按下按鍵時(shí)，2號(hào)引腳會(huì)一直處于懸空 狀態(tài)，此時(shí)使用digitalRead() 讀取2號(hào)引腳狀態(tài)，會(huì)得到一個(gè)不穩(wěn)定的值（可能是高，也可能是低）。添加這個(gè)R1電阻到地就是為了穩(wěn)定引腳的電平，當(dāng)引腳懸空時(shí)，就會(huì)識(shí)別為低電平。而這種將某節(jié)點(diǎn)通過電阻接地的做法，叫做下拉，這個(gè)電阻叫做下拉電阻。
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實(shí)現(xiàn)方法分析
當(dāng)未按下按鍵時(shí)，2號(hào)引腳檢測到的輸入電壓為低電平；當(dāng)按下按鍵時(shí)，會(huì)導(dǎo)通2號(hào)引腳和VCC，此時(shí)2號(hào)引腳檢測到的輸入電壓為高電平。通過判斷按鍵是否被按下，來控制LED的亮滅。
示例程序
你可以在 Arduino IDE菜單>文件>示例>02.Digital>Button 中找到以下程序：
- /*
- Button
- 通過2號(hào)引腳連接的按鍵，控制13號(hào)引腳連接的LED
- 備注：大多數(shù)Arduino的13號(hào)引腳上都連接了名為L的LED.
- created 2005
- by DojoDave <<a href="http://www.0j0.org" target="_blank">http://www.0j0.org</a>>
- modified 30 Aug 2011
- by Tom Igoe
- This example code is in the public domain.
- <a href="http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Button" target="_blank">http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Button</a>
- */
- // 設(shè)置各引腳別名
- const int buttonPin = 2; // 連接按鍵的引腳
- const int ledPin = 13; // 連接LED的引腳
- // 變量定義
- int buttonState = 0; // 存儲(chǔ)按鍵狀態(tài)的變量
- void setup() {
- // 初始化LED引腳為輸出狀態(tài)
- pinMode(ledPin, OUTPUT);
- // 初始化按鍵引腳為輸入狀態(tài)
- pinMode(buttonPin, INPUT);
- }
- void loop(){
- // 讀取按鍵狀態(tài)并存儲(chǔ)在變量中
- buttonState = digitalRead(buttonPin);
- // 檢查按鍵是否被按下
- // 如果按鍵按下，那buttonState應(yīng)該為高電平
- if (buttonState == HIGH) {
- // 點(diǎn)亮LED
- digitalWrite(ledPin, HIGH);
- }
- else {
- // 熄滅LED
- digitalWrite(ledPin, LOW);
- }
- }
編譯并上傳該程序后，按下按鍵，你會(huì)觀察到LED會(huì)被點(diǎn)亮，松開按鍵，LED又會(huì)熄滅。
項(xiàng)目進(jìn)階
對(duì)于在以上項(xiàng)目，我們還可以做如下修改。
連接示意圖
如上，我們?nèi)サ袅嗽瓉黼娐分?號(hào)引腳連接的下拉電阻，并將按鍵的一端連接到GND；
原理圖
同時(shí)，我們需要將原程序setup() 部分中的
- pinMode(buttonPin,INPUT);
修改為
- pinMode(buttonPin,INPUT_PULLUP);
這樣能使能該引腳上的內(nèi)部上拉電阻，等效于在該引腳到VCC之間連接一個(gè)外部上拉電阻。
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上拉電阻
同下拉電阻一樣，可以穩(wěn)定I/O口電平，不同的是電阻連接到VCC，將引腳穩(wěn)定在高電位。這種電阻叫做上拉電阻。
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這里使用的是內(nèi)部上拉電阻，也可以使用外部上拉電阻替代。穩(wěn)定懸空引腳的電平所用電阻應(yīng)該選擇合適的阻值，例如10K。
示例程序
修改后的程序代碼如下：
- /*
- 按鍵控制LED - 1
- <a href="http://www.arduino.cn/" target="_blank">http://www.arduino.cn/</a>
- */
- int buttonPin = 2;
- int ledPin = 13;
- int buttonState = 0;
- void setup()
- {
- // 初始化I/O口
- pinMode(buttonPin,INPUT_PULLUP);
- pinMode(ledPin,OUTPUT);
- }
- void loop()
- {
- buttonState = digitalRead(buttonPin);
- // 按住按鍵時(shí)，點(diǎn)亮LED；放開按鍵后，熄滅LED。
- if(buttonState==HIGH)
- {
- digitalWrite(ledPin,LOW);
- }
- else
- {
- digitalWrite(ledPin,HIGH);
- }
- }
接下來我們要對(duì)控制程序做一個(gè)升級(jí)，完成一個(gè)新的控制效果。按一下按鍵，點(diǎn)亮LED；再按一下按鍵，熄滅LED。
程序代碼如下：
- /*
- 按鍵控制LED - 2
- <a href="http://www.arduino.cn/" target="_blank">http://www.arduino.cn/</a>
- */
- int buttonPin = 2;
- int ledPin = 13;
- boolean ledState=false; // 記錄LED狀態(tài)
- boolean buttonState=true; // 記錄按鍵狀態(tài)
- void setup()
- {
- // 初始化I/O口
- pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
- pinMode(ledPin,OUTPUT);
- }
- void loop()
- {
- // 等待按鍵按下
- while(digitalRead(buttonPin)==HIGH){}
- // 當(dāng)按鍵按下時(shí)，點(diǎn)亮或熄滅LED
- if(ledState==true)
- {
- digitalWrite(ledPin,LOW);
- ledState=!ledState;
- }
- else
- {
- digitalWrite(ledPin,HIGH);
- ledState=!ledState;
- }
- delay(500);
- }
編譯并上傳該程序后，每按一下按鍵，LED狀態(tài)都會(huì)改變。以上程序中，使用了
- while( digitalRead(buttonPin)==HIGH ) { }
因?yàn)樵诔跏蓟瘯r(shí)，我們已經(jīng)將buttonPin引腳設(shè)為了輸入上拉狀態(tài)。如果沒有按下按鍵，使用digitalRead(buttonPin) 讀出的值始終為高電平，這個(gè)循環(huán)也將一直運(yùn)行；當(dāng)你按下按鍵后，digitalRead(buttonPin) 讀出了低電平，while循環(huán)的判斷條件為假，程序會(huì)退出這個(gè)循環(huán)，并開始運(yùn)行此后的語句。這樣我們就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)等待用戶按下按鍵的效果。
程序末尾有一個(gè)delay(500) 的延時(shí)，它在這里是極其重要的？梢試L試刪去這個(gè)延時(shí)操作，再上傳程序到Arduino。你會(huì)發(fā)現(xiàn)按鍵經(jīng)常出現(xiàn)控制失靈的情況。這是因?yàn)槌绦蜻\(yùn)行的非常快，沒有了延時(shí)操作，你按下按鍵到放開按鍵的間隔時(shí)間雖然極短，但loop中的語句可能已經(jīng)運(yùn)行了很多次，很難確定你放開按鍵時(shí)正在運(yùn)行的loop() 循環(huán)是點(diǎn)亮還是熄滅LED。正是這樣的原因，程序變得不那么好用了。
上面程序中，我們使用延時(shí)操作來使兩次按鍵間產(chǎn)生一定的間隔時(shí)間，在間隔時(shí)間內(nèi)Arduino會(huì)忽略按鍵按下情況，從而達(dá)到區(qū)分兩次按鍵的目的。
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