Arduino基础入门四：数字IO口作为输入

一、器件介绍

   按键常用在电子控制线路中作为输入，有自锁式（按下按钮，开关状态发生改变，并保持改变后的状态，直到下次按钮按下才再次开关改变）和非自锁按钮（按下按钮时，改变开关状态，松开回到原状态）两类。
   本课程采取四脚轻触开关，属于非自锁按钮。四脚轻触开关由常开触点、常闭触点组合而成，在四脚轻触开关中，常开触点的作用，就是当压力向常开触点施压时，这个电路就呈现接通状态；当撤销这种压力的时候，就恢复到了原始的常闭触点，也就是所谓的断开。这个施压的力，就是用我们的手去开按钮、关按钮的动作。

    

二、硬件介绍

1、典型电路：  

   按键作为输入，需要将按键状态的改变转化为电信号的变化，才能被Arduino识别。典型电路如图所示。

   

   当Arduino数字IO口作为输入，其输入阻抗为高阻状态，可以认为输入对地电阻无穷大。

   所以，当S开关断开时，根据欧姆定律Vout≈Vcc=1。当S合上时，Gnd和Vout短接，此时点位相通，Vout=Gnd=0。综上可以把开关状态转变为Arduino识别的高低电平，电阻R称为上拉电阻，用于保护S闭合时，Vcc和Gnd短路。

2、按键消抖：

   由于按键为机械式弹簧开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，导致触点不会马上稳定的接通，所以在使用弹簧时，一般需要消抖，去除弹性作用照成的外部干扰。抖动时间由按键的机械特性所决定，一般为5ms~10ms。所以我们在做按键检测时都要加一个消抖的过程。

    

按键消抖方式：分为软件消抖和硬件消抖。
     软件消抖：利用抖动时间，降低采样频率，错开抖动时的不稳定状态。缺点：程序效率低下，因为程序需要等待 按键稳定，照成CPU资源浪费；优点：硬件简单。
   硬件消抖：a、在按键信号输出端并上电容，电容作为储能元件，具有电容两端的电压不能突变的特性，选取合适容值的电容，通过电容的充放电时间消除抖动照成的不稳定。

   
   b、在有三端常开常闭触点的按键中，可以采用RS触发器进行消抖。参考：RS触发器原理
  

         c、外接专用的按键消抖芯片（比如MAX16054），在对按键抖动要求高的场合使用，但是成本会大大加大。

3、例程电路：

三、软件介绍

   本例程中采取软件消抖，按键每按下一次，LED亮灭状态发生一次翻转。

#define LED_PIN 13     //宏定义LED引脚
#define KEY_PIN 12     //宏定义按键引脚
char ledMode=0;        //定义LED亮灭的模式
void setup() 
{
 pinMode(LED_PIN,OUTPUT);         //LED初始化
 pinMode(KEY_PIN,INPUT);          //按键初始化
}

void loop() 
{
  if(digitalRead(KEY_PIN)==0)                //当按键按下，进入检测
   {
      ledMode=ledMode^1;                     //按键按下，让ledMode和1进行异或运算，使ledMode进行取反。
      digitalWrite(LED_PIN,ledMode);         //将取反的ledMode变量送入LED灯引脚状态中
      delay(25);                             //按键按下延时消抖25ms
      while(!(digitalRead(KEY_PIN)));        //一直循环，直到按键释放，跳出死循环
      delay(25);                             //按键松开延时消抖25ms
    }
}

语言知识点简要：自行搜索相关资料

1、变量类型

    char(字符)、int(整型)、float(浮点型)、double(双精度)。

2、修饰符

    char和int又分为有符号signed(有正负，首位为正负位)和无符号unsigned(全≥0)，默认为有符号。

    int又分为长整型(long)和短整型(short)。

3、变量范围及在内存中的表示。

4、逻辑运算：与、或、非、异或。

5、if语句：判断语句

6、while语句：条件循环语句

    

四、思考以下情况

   1、当把初始化函数改为以下代码，可以将以上典型电路进行如何优化？

void setup() 
{
 pinMode(LED_PIN,OUTPUT);         //LED初始化
 pinMode(KEY_PIN,INPUT_PULLUP);   //按键初始化
}

         2、试着用其他方式的思维，更改代码，实现例程相同效果。