Stduino 零基础入门课程系列（五） 实验三：按键输入

Astilbe001

Hello！各位同学大家好~上节课我们利用管脚输出高低电平信号，控制LED的亮灭，那么我们这节课将学会利用Stduino UNO接收按钮是否按下的信号。

按钮的功能非常简单，按钮松开，电路断开；按钮按下，电路接通。

开发板的数字信号管脚只能输出高低电平，同时也只能接收高低电平两种信号（5V与0V）。那么，怎么利用开发板来接受电平信号呢？

简单改造一下上面的电路，将按键接入到Stduino UNO上的D11管脚，另一端接5V电压。

当我们按下按键，D11就能接收到高电平信号（5V），当松开按键，电路断开，此时D11接收到的就是低电平信号（0V）。（左图按键送开，右图按键按下）

理想条件下，我们就实现了接收按键的信号。但是，实际中，D11管脚在按键松开的时候，仍然处于监测信号的状态，而管脚这个时候浮空，容易受到外部的干扰，接收到一些随机干扰信号。因此实际上，D11管脚可能接收到时低时高的电平信号。

在按键断开的时候，为了保证D11管脚接入的是低电平信号，我们可以接入一条GND电路。这样在断开的时候，就能保证接入的是低电平信号了。

这样做看似比较正常。但当我们按下按键时，就会发现新的问题。按下按键之后，D11没办法判断节点A是低电位还是高电位，因此D11管脚无法读取出高电位（我们想的是按下案件之后，能够获得高电平信号！）。

那么，我们该怎么保证按下按键之后，A节点处一定是高电位（5V）呢。

让我们回到上节课的学习内容，有一样东西能够降低电路中的电位，就是电阻。就像这张图上表示的一样，当电路中加入了一个电阻，那么电阻就会降低电路中的电位。具体的表现，就是电阻一端的电位比另一端的电位高5V。

那么我们只需要在电路中加入一个电阻，这样，当按键按下的时候，节点A的电位就能够确定为5V。同样，我们送开，此时0V接入到管脚。

好啦，同学们现在知道怎么来设计按键输入信号的电路了，那么接下来让我们动手来连接电路吧。

现在我们可以通过D11监测到的电平信号来判断按键是否按下了，我们可以整理出一个简单的逻辑：

1. 如果  D11的电平  HIGH：
   
2.     那么   按键按下；
   
3. 如果  D11的电平  LOW：
   
4.     那么   按键送开；

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那么现在这个电路还不能够做什么，现在我们在D12管脚上接入LED，利用按键来控制LED的亮灭：

那我们可以写一个简单的逻辑，来利用按键控制LED的亮灭：

1. 如果  D11的电平  HIGH：
   
2.     LED被点亮；
   
3. 如果  D11的电平  LOW：
   
4.     LED被熄灭；

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LED被点亮还是熄灭，我们在上节课已经学习过，可以控制管脚输出高低电平来控制。实际上，在Stduino中可以利用if语句来判断条件是否成立。一个典型的if语句如下：

因此我们可以把上面的逻辑改成如下代码：

1. #include <Arduino.h>
   
2. void setup(){
   
3. pinMode(12,OUTPUT);
   
4. }
   
5. 
   
6. void loop()
   
7. {
   
8. if (D11的电平==HIGH){
   
9. digitalWrite(12,HIGH);
   
10. delay(500);
    
11. } else {
    
12.     digitalWrite(12,LOW);
    
13. delay(500);
    
14. }
    
15. 
    
16. }

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其中两个连起来的等于号用来判断等号前后两个量是否相等，这与一个等于号的作用不同。等于号一般用来赋给变量值。

那么怎么来确定D11的电平高低呢？那在这里呢，我们利用D11管脚来监测输入电平高低，那么在最开始的时候，我们需要初始化管脚的模式为“INPUT”模式（即输入），并读取输入的信号。利用digitalRead()这个方法可以获取管脚的电平信号。

因此我们需要在setup()中添加：

1. pinMode(11,INPUT);

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接下来，把管脚读取到的信号值存储在“D11的电平”中。当然，我们首先需要给它起个英文名字，例如“BUTTON”（按键），此外，我们还需要说清楚这个变量存储什么样类型的数据。对于BUTTON而言，存储0和1，因此是一个整数型变量，那么我们这样告知机器，我们要这样的一个变量：

1. int BUTTON;//一个叫“BUTTON”的变量，存储整数（int）类型的数据

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并把读取到的信号值存到这个“BUTTON”中：

1. BUTTON = digitalRead(11);

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接下来只需要判断BUTTON为高还是为低就可以知道按键是否按下了。因此，我们可以新建一个文件，并写上下面的代码：

1. #include <Arduino.h>
   
2. int BUTTON;
   
3. void setup(){
   
4. pinMode(12,OUTPUT);
   
5. pinMode(11,INPUT);
   
6. }
   
7. 
   
8. void loop()
   
9. {
   
10. BUTTON = digitalRead(11);
    
11. 
    
12. if (BUTTON==HIGH){
    
13. digitalWrite(12,HIGH);
    
14. delay(500);
    
15. } else {
    
16.     digitalWrite(12,LOW);
    
17. delay(500);
    
18. }
    
19. 
    
20. }

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写好代码后，我们就可以把代码下载到Stduino UNO中了。如果你下载好代码，有可能会发现，即使LED是熄灭状态，每次按下按键，也不一定会点亮。

理想条件下，这是D11接收到的电平信号。按键松开的时候，电平信号一直为0V，当我们按住按键时，电平信号快速变化为5V。

但是，实际上按键按下的一瞬间，电平信号并不稳定，会在0V和5V之间“抖动”之后才稳定在5V。这就意味着，我们每次按下的时候，信号并不稳定，因此按键不能很好的控制LED亮灭。

解决方法非常简单，我们在每次读取D11管脚信号的时候，等待一段时间，来跳过这一段抖动的时间即可。等待时间过长，那么按键的灵敏性就要大大下降，按下一会儿才有反应。太短则不能起到消去抖动的作用。一般而言，15毫秒就可以起到比较好的消抖的作用。

因此我们在每次读取信号之前，延迟15毫秒：

1. delay(15);

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最终，代码如下：

1. #include <Arduino.h>
   
2. int BUTTON;
   
3. void setup(){
   
4. pinMode(12,OUTPUT);
   
5. pinMode(11,INPUT);
   
6. }
   
7. 
   
8. void loop()
   
9. {
   
10.     delay(15);
    
11. BUTTON = digitalRead(11);
    
12. 
    
13. if (BUTTON==HIGH){
    
14. digitalWrite(12,HIGH);
    
15. delay(500);
    
16. } else {
    
17.     digitalWrite(12,LOW);
    
18. delay(500);
    
19. }
    
20. 
    
21. }

复制代码

现在把代码下载到Stduino UNO中，看看是不能够利用按键随心所欲的控制LED呢？

上完这节课，我们就已经掌握了高低电平输入输出的技巧了，是不是很简单？