Arduino基礎：讀取開關(guān)狀態(tài)

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

本文最初發(fā)布在deviceplus.jp.網(wǎng)站上，而后被翻譯成英語。

前言

在本文中，您可以了解如何在您的Arduino項目中使用輕觸開關(guān)以及其實際工作原理。

我們已經(jīng)利用數(shù)字輸出使數(shù)字輸出引腳在HIGH (5V) 和LOW (0V) 兩種狀態(tài)之間切換，從而實現(xiàn)了對LED和電機的控制。
另外，您還可以使用數(shù)字輸出來確認電子部件的狀態(tài)。數(shù)字輸出引腳還可以切換為數(shù)字輸入引腳。通過這樣切換，可以確認引腳上的電壓，并通過“LOW”和“HIGH”兩種狀態(tài)輸入。這些輸入值可用于控制其他電子部件。比如您可能希望在數(shù)字輸入為HIGH時使電機運轉(zhuǎn)，在輸入為LOW時使電機停止。

實際上，利用開關(guān)等電子器件，可以使數(shù)字輸入引腳的狀態(tài)切換為0V或5V。
在本文中，我們將介紹如何使用開關(guān)實現(xiàn)數(shù)字輸入。

Arduino的數(shù)字輸入

使用Arduino Uno，您可以將最初用于數(shù)字輸出的引腳D0到D13作為數(shù)字輸入引腳使用?？梢酝ㄟ^程序切換為數(shù)字輸入模式，來確認引腳狀態(tài)。

0V輸入為“LOW”，5V輸入為“HIGH”。在程序中，LOW會被讀取為“0”，HIGH會被讀取為“1”。通過確認這些輸入值并執(zhí)行條件分支等處理，即可控制工作狀態(tài)。

下面我們來實際嘗試一下用Arduino進行數(shù)字輸入。在這里，我們使用跳線連接引腳5，并確認連接到5V電源和GND時的變化。創(chuàng)建以下程序并將其發(fā)送給Arduino：

在第4行中，通過pinMode()指定“INPUT”，以將本次使用的引腳7切換為輸入模式。現(xiàn)在，您可以通過程序確認引腳狀態(tài)了。

獲取第11行由digitalRead()指定的引腳的狀態(tài)，并將其存儲在value變量中。如果是0V，則存儲為“0”，如果是5V，則存儲為“1”。

當您想確認獲取的狀態(tài)時，請使用“串行監(jiān)視器”。對于Arduino而言，您可以使用用來從電腦傳輸程序的USB數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)從Arduino發(fā)送到電腦。使用串行通信可以收發(fā)數(shù)據(jù)。您可以使用串行通信將通過數(shù)字輸入獲取的狀態(tài)發(fā)送到電腦進行確認。

如果您想在程序中使用串行通信，請通過第5行的Serial.begin()進行初始化。此時需要指定通信速度。然后，通過第12行的Serial.println()指定一個值，即可將數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦。在本文中，我們使之發(fā)送存儲著數(shù)字輸入狀態(tài)的value變量的內(nèi)容。

要確認Arduino通過串行通信發(fā)送過來的數(shù)據(jù)時，請使用Arduino IDE中內(nèi)置的“串行監(jiān)視器”。要使用串口監(jiān)視器，請單擊Arduino IDE右上角的“串口監(jiān)視器圖標”（放大鏡圖標），即可顯示串行監(jiān)視器畫面。將右下角的通信速度設置為與程序的Serial.begin()中指定的通信速度（本文為9600）相同的值。然后，屏幕上將會顯示0或1。

接下來，將跳線插入引腳7。將另一端連接到 GND，串行監(jiān)視器上顯示“0”。也就是說，如果數(shù)字引腳為0V，您可以看到“0”（LOW）。同樣，當引腳7與5V電源連接時，您可以看到顯示內(nèi)容變?yōu)椤?”（HIGH）。

現(xiàn)在我們已經(jīng)確認，輸入會根據(jù)引腳的狀態(tài)發(fā)生變化。

使用輕觸開關(guān)切換輸入

下面，我們嘗試用一個開關(guān)使數(shù)字輸入引腳在HIGH和LOW狀態(tài)之間切換。在本文中，我們使用的是按鈕型“輕觸開關(guān)”。

對于輕觸開關(guān)而言，當按下上方按鈕時，內(nèi)部電路接通，進入通電狀態(tài)。當松開按鈕時，電路斷開，沒有電流流過。通常，在開關(guān)的四個角會配有引腳。如上圖所示配置時，左右引腳之間的間隙起到開關(guān)的作用。右側(cè)的上下引腳和左側(cè)的上下引腳是始終連接的。
如果將輕觸開關(guān)的一個引腳與數(shù)字引腳相連接，另一引腳連接到GND，則按下開關(guān)時內(nèi)部電路會接通，引腳將直連GND。通過這樣做，您可以判斷只要按下開關(guān)，數(shù)字輸入就會變?yōu)椤癏IGH”。

但是，當沒有按下開關(guān)時，數(shù)字引腳將會處于沒有任何連接的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，施加在引腳上的電壓會變得不穩(wěn)定。在不穩(wěn)定狀態(tài)下，當用手觸碰引腳或有電池等靠近時，輸入可能會發(fā)生變化。
因此，我們在使用開關(guān)時會連接一種稱為“上拉電路”或“下拉電路”的電路。這種方法是借助電阻器將數(shù)字引腳連接到電源或GND，可以起到穩(wěn)定輸入狀態(tài)的作用。該電路連接到電源端時稱為“上拉電路”，連接到GND端時稱為“下拉電路”。在本文中將以上拉電路為例進行說明，但下拉電路的原理也是一樣的。

使用上拉電路時，在未按下開關(guān)的狀態(tài)下，開關(guān)通過一個電阻器連接到電源。這樣，就與數(shù)字引腳連接電源時的狀態(tài)相同，輸入會穩(wěn)定在5V（HIGH）。當按下開關(guān)后，數(shù)字引腳處于直接連接GND的狀態(tài)，因此輸入切換為0V（LOW）。
雖然處于電源與GND連接的狀態(tài)，但它們之間夾著一個電阻器（通常為10kΩ左右），因此只會流過少量電流，不存在短路風險。

使用輕觸開關(guān)輸入數(shù)據(jù)

現(xiàn)在，讓我們使用輕觸開關(guān)實際輸入數(shù)據(jù)看看。需要準備好以下電子元器件：

? 輕觸開關(guān)

輕觸開關(guān)有很多種顏色可供選擇。您可以選擇任何您喜歡的顏色。

? 10kΩ (1/4W)電阻器

用于上拉電路的電阻器。在10kΩ電阻器上印有“棕黑橙金”顏色代碼。

準備好所需組件后，如下圖所示連接它們。將輕觸開關(guān)跨越面包板中心的凹槽插入。

接下來，將前述的程序發(fā)送給Arduino，以通過串行監(jiān)視器確認數(shù)字引腳7的輸入。可以看到，在未按下開關(guān)的狀態(tài)下，顯示“1”（HIGH），在按下開關(guān)時變?yōu)椤?”（LOW）。

使用Arduino上拉功能

在Arduino Uno中，數(shù)字引腳內(nèi)置有“上拉”功能，可以通過程序激活該功能。如果使用內(nèi)部的上拉功能，就不再需要外接電阻器了。您只需連接開關(guān)即可，省時省力。

激活上拉功能的程序如下：

您只需在第4行的數(shù)字引腳模式設置中指定“INPUT_PULLUP”即可。這樣就能激活內(nèi)置的上拉功能，從而能夠在未按下按鈕的狀態(tài)下穩(wěn)定HIGH輸入。請注意，Arduino Uno中未內(nèi)置下拉功能。

按下開關(guān)時點亮LED

開關(guān)的輸入還可用來控制其他電子元器件。在這里，讓我們利用Arduino中安裝的LED（引腳13），嘗試實現(xiàn)在按下開關(guān)時點亮LED，并在松開開關(guān)時熄滅LED。所用的電路與前述的僅將開關(guān)連接到數(shù)字引腳時的電路相同。編寫程序如下：

確認第14行的數(shù)字輸入值是否為“1”。在Arduino程序中，您也可以將“1”寫為“HIGH”，將“0”寫為“LOW”。為了便于理解，我們在這里使用“HIGH”和“LOW”。

如果輸入為HIGH（未按下按鈕），則執(zhí)行第15行，使引腳13切換到LOW，LED熄滅。如果輸入不是HIGH（按下按鈕），則執(zhí)行第17行，使引腳13切換到HIGH，LED點亮。將程序發(fā)送到Arduino并按下輕觸開關(guān)，即可確認LED點亮。

我們成功了！現(xiàn)在，您可以在您的Arduino項目中使用開關(guān)來執(zhí)行輸入了。

審核編輯：湯梓紅