1.2 digital input

本章主要講述Arduino digital輸入的用法，分別有：準位觸發(level-trigger)、邊緣觸發(edge-trigger)、自鎖和模式轉換(轉mode)。

準位觸發(level-trigger)

準位觸發是指當你按著按鍵時，Arduino才執行對應的工作，會當放手時，便會停止。

效果

今次例程中，當按著按鍵時， Arduino 內建的LED會開，當放手時便會關。

電路圖

程式碼


x
1
byte LED = 13;
2
byte push_button = 2;
3

4
void setup(){
5
    pinMode(LED, OUTPUT);
6
    pinMode(push_button, INPUT);
7
}
8

9
void loop(){
10
    if(digitalRead(push_button) == HIGH){
11
        digitalWrite(LED, HIGH);
12
    }
13
    else{
14
        digitalWrite(LED, LOW);
15
    }
16
}

說明

按鍵按線有兩種接法，分別為上拉和下拉，效果剛好相反。

用pull-down resistor的話, 按鍵按下時，2腳收到的信號是HIGH, 放手時是LOW。用pull-up resistor的話就剛好相反。一般會建議用下拉比較好，不用在編程時再將邏輯反轉，但其實Arduino本身是內置上拉(pull-up)電阻的，如果想減少接線，也可以使用，編程時只要小心點，試多幾次，一般上拉下拉問題都不大。

digitalRead(push_button) : 用來讀取push_button腳位(這例子是2腳)的狀態，如果是放手，就關13腳接著的內建LED，按著時就亮LED。

邊緣觸發(edge-trigger)

邊緣觸發是指當你按下按鍵的瞬間，Arduino執行對應的工作，即使按下之後繼續按著按鍵也不會有影響。

邊緣觸發有分兩種，上升緣觸發和下降緣觸發，即按下的一瞬觸發和放手的一瞬間觸發。

效果

今次例程中，當按下按鍵的瞬間， Arduino 內建的LED會亮一秒鐘。

電路圖

程式碼


xxxxxxxxxx
26
1
byte LED = 13;
2
byte push_button = 2;
3
boolean button_state, last_button_state;
4
unsigned long timer;
5

6
void setup(){
7
    pinMode(LED, OUTPUT);
8
    pinMode(push_button, INPUT);
9
}
10

11
void loop(){
12
    //=== 1 ===================================
13
    button_state = digitalRead(push_button);
14

15
    //=== 2 ===================================
16
    if(button_state != last_button_state && button_state == HIGH){
17
        timer = millis();
18
    }
19
    
20
    //=== 3 ===================================
21
    last_button_state = button_state;
22
    
23
    //=== 效果 =================================
24
    if(millis() - timer <=1000)    digitalWrite(LED, HIGH);
25
    else     digitalWrite(LED, LOW);
26
}

說明

這程式的結構分為三個部分：

button_state = digitalRead(push_button);
if(button_state != last_button_state && button_state == HIGH){ }
last_button_state = button_state;

第一部分是用一個boolean變數button_state紀錄下push_button(即2腳)的狀態。

第二部分， !=即為不等於(詳見這裡)，button_state不等於last_button_state即按下去的一瞬間，兩個boolean才會不同，而button_state == HIGH，即上升緣觸發，如果要下降緣觸發，就設button_state == LOW。

第三部分，last_button_state = button_state要放在loop()的最下方，讓每一個loop()的循環更新一次。

如果有兩個push_button，就應該是：

button_state0 = digitalRead(push_button0); button_state1 = digitalRead(push_button1);
if(button_state0 != last_button_state0 && button_state0 == HIGH){ } if(button_state1 != last_button_state1 && button_state1 == HIGH){ }
last_button_state0 = button_state0; last_button_state1 = button_state1;

這二、三段可以在中間插入其他程式碼。

又如果，要兩個按鍵的工作互不干擾，就不能用delay()作為延時，所以，上述程式碼需要結合前一章的多工作業，改成以下：

所以最終你會見到程式碼分為4個主要小段:


xxxxxxxxxx
14
1
//=== 1 ===================================
2
button_state = digitalRead(push_button);
3

4
//=== 2 ===================================
5
if(button_state != last_button_state && button_state == HIGH){
6
    timer = millis();
7
}
8

9
//=== 3 ===================================
10
last_button_state = button_state;
11

12
//=== 效果 =================================
13
if(millis() - timer <=1000)    digitalWrite(LED, HIGH);
14
else     digitalWrite(LED, LOW);

自鎖

電子電路的物理按鍵，有一種是自鎖開關，即按下時會觸發某事，再按多一下時才解除，在Arduino中，一樣可以用一顆普通的按鍵，用程式做到這效果。

效果

今次例程中，當按下按鍵時，Ardunio內建的LED會亮起，當再按下時便會關。

電路圖

程式碼


xxxxxxxxxx
24
1
byte LED = 13;
2
byte push_button = 2;
3
boolean button_state, last_button_state;
4
unsigned long button_counter;
5

6
void setup(){
7
    pinMode(LED, OUTPUT);
8
    pinMode(push_button, INPUT);
9
}
10

11
void loop(){
12
    button_state = digitalRead(push_button);
13

14
    if(button_state != last_button_state && button_state == HIGH){
15
        button_counter++; 
16
    }
17
    
18
    //==== 新增==================================================
19
    if(button_counter % 2 == 0) digitalWrite(LED, LOW);
20
    else digitalWrite(LED, HIGH);
21
    //==========================================================
22
    
23
    last_button_state = button_state;
24
}

說明

這程式碼包括上一節edge-trigger的三個部分。再在中間加插了一段：


xxxxxxxxxx
2
1
if (button_counter % 2 == 0)    digitalWrite(LED, LOW);
2
else digitalWrite(LED, HIGH);

button_counter % 2的意思就是將button_counter除2，取其餘數，餘數等於0，即是雙數，餘數等於1，即是單數，用單雙數去轉換LED的開關。

模式轉換

模式轉換是融會了上兩個例程之後的效果。用Arduino時如果要做顯示，我們一般會用現成的LCD模組顯示，但LCD一般只有兩行，每行16個字母，所以要顯示很多資訊時，會加一個按鍵，每按一下就翻下一版。

效果

今次例程中，當按下按鍵時，LED1和LED2會跟隨二進制的模式分別亮起，即00, 01, 10, 11四個模式。

電路圖

$R_1 = 10k \Omega , R_2 = 560\Omega$

程式碼


xxxxxxxxxx
38
1
byte LED[] = {8, 9};
2
byte push_button = 2;
3
boolean button_state, last_button_state;
4
unsigned long button_counter;
5

6
void setup(){
7
    pinMode(LED[0], OUTPUT);
8
    pinMode(LED[1], OUTPUT);
9
    pinMode(push_button, INPUT);
10
}
11

12
void loop(){
13
    button_state = digitalRead(push_button);
14

15
    if(button_state != last_button_state && button_state == HIGH){
16
        button_counter++; 
17
    }
18
    
19

20
    if(button_counter % 4 == 0) {
21
        digitalWrite(LED[0], LOW);
22
        digitalWrite(LED[1], LOW);
23
    }
24
    else if(button_counter % 4 == 1){
25
        digitalWrite(LED[0], LOW);
26
        digitalWrite(LED[1], HIGH);
27
    }
28
    else if(button_counter % 4 == 2){
29
        digitalWrite(LED[0], HIGH);
30
        digitalWrite(LED[1], LOW);
31
    }
32
    else if(button_counter % 4 == 3){
33
        digitalWrite(LED[0], HIGH);
34
        digitalWrite(LED[1], HIGH);
35
    }
36

37
    last_button_state = button_state;
38
}

說明

承上一節自鎖，


xxxxxxxxxx
16
1
if(button_counter % 4 == 0) {
2
        digitalWrite(LED[0], LOW);
3
        digitalWrite(LED[1], LOW);
4
    }
5
    else if(button_counter % 4 == 1){
6
        digitalWrite(LED[0], LOW);
7
        digitalWrite(LED[1], HIGH);
8
    }
9
    else if(button_counter % 4 == 2){
10
        digitalWrite(LED[0], HIGH);
11
        digitalWrite(LED[1], LOW);
12
    }
13
    else if(button_counter % 4 == 3){
14
        digitalWrite(LED[0], HIGH);
15
        digitalWrite(LED[1], HIGH);
16
    }

在把餘數的概念發展開去，就可以變成模式轉換，上例是有4個模式，如果只需要3個模式或者要5個模式，就將%4分別轉成%3和%5。

動動腦

試根據第二個例題的edge-trigger，用兩個按鍵，分別控制兩粒LED，按鍵1按下時，LED1亮1秒，按鍵2按下時，LED2亮1秒，互相不會干擾，即，LED1計時中，按鍵2仍能正常運作。
承上題的線路，再加多兩顆LED，結合例程3自鎖和例程4模式轉換，當每按下按鍵1一下時，LED跑馬燈向右走一步，每按下按鍵2一下時，LED跑馬燈向左走一步。