第98-2课：如何使用Arduino通过按钮控制LED的开关

第98-2课：如何使用Arduino通过按钮控制LED的开关

本项目向你展示如何使用 Arduino 通过按钮控制 LED。与其让 LED 自行闪烁，不如由你来决定它何时亮起：按住按钮，LED 点亮；松开按钮，LED 熄灭。这是继简单的闪烁示例之后自然而然的一步，因为它引入了几乎每个 Arduino 项目都会用到的两个概念 —— 读取数字输入，并在代码中利用该输入做出判断。

这里真正的价值在于了解微控制器如何感知物理世界。按钮是最简单的人机输入设备，但同样的模式 —— 读取输入、判断条件、驱动输出 —— 正是你读取 3D 打印机限位开关、检测安防系统门被打开，或从控制面板启动电机的方式。一旦你理解了这一个电路，你几乎可以把 LED 换成任何东西。

以下是使用相同技术可以构建的一些实用项目：

• 一个瞬时门铃或呼叫按钮，按下时点亮一盏灯。
• 一个“死人开关”，仅在按钮被按住时保持继电器（及其供电的设备）通电。
• 机器的手动测试按钮，其中指示灯 LED 确认输入已被记录。
• 电机驱动器或水泵的启动按钮，LED 充当状态灯。
• 一个简单的游戏抢答器，第一个按下按钮的玩家获胜，LED 宣布赢家。
• 传感器项目上的校准或“学习”按钮，在模式激活时点亮。

硬件与元件

元件清单刻意保持精简，这也是它成为优秀入门输入项目的原因：

• 一块 Arduino 板 —— Uno、Nano、Mega 或任何兼容板。
• 一个 LED，5 mm 或 3 mm 均可，颜色不限。
• 一个用于 LED 的电阻，阻值在 200 Ω 到 1000 Ω 之间。
• 一个瞬时按钮开关。
• 一块面包板和若干杜邦跳线。

如果你想知道为什么需要电阻，文字记录中讲解了计算过程（视频 03:49 处）。典型 LED 自身压降约为 2 V，需要约 10 mA 电流。在 5 V 电源下，剩余 3 V 必须由电阻承担，因此欧姆定律给出 R = 3 V / 0.01 A = 300 Ω。从 300 Ω 到约 1000 Ω 之间的任何值都可以 —— 阻值越高，LED 越暗，但更安全、更高效。电流并不关键；你只是用亮度换取更低的电流消耗。

接线指南

该电路与闪烁示例中使用的 LED 电路相同，只是增加了一个按钮。LED 的阳极（较长的一脚）通过电阻连接到 Arduino 引脚 3，阴极（较短的一脚，塑料边缘的平面一侧为标记）连接到地。按钮连接在引脚 2 和地之间。

有一个值得了解的细节：按钮有四个引脚，但它们在内部是成对的。其中两个引脚彼此永久连接，另外两个引脚也彼此永久连接 —— 按下按钮会桥接这两对引脚。如果你有万用表，请使用其通断（蜂鸣）模式找出按钮未按下时已经连接的两个引脚；这两个引脚是你不应使用的一对。从两个独立对中各选一个引脚（视频 07:50 处）。

代码如何工作

该示例很短，而且几乎全部都是你可以调整的配置。顶部三行才是你实际会修改的内容：

const int pushButtonPin = 2;//define a pin number for push button
const int LEDPin = 3;//define a pin that is connected to LED
const int delayLED = 0;//how long the LED should stay ON

pushButtonPin 是按钮所连接的数字引脚。如果你把按钮移到其他引脚，请修改此项 —— 只要记得同时移动实际导线以匹配即可。

LEDPin 是驱动 LED 的引脚。任何数字引脚都可以，但请记住引脚 0 和 1 用于串行连接，因此最好避免使用它们。

delayLED 是最有趣的设置。它控制松开按钮后 LED 保持点亮的时长，以毫秒为单位。将其设置为 0 意味着你抬起手指的瞬间 LED 就会熄灭。将其设置为 1000 会让 LED 在松开后持续点亮整整一秒，而 5000 会让它保持点亮五秒（视频 16:31 处）。这一个数字完全改变了这个项目的手感，也是观察代码中的变量如何直接转化为你能看到的行为的好方法。

设置中还有另外两点值得注意。首先，按钮引脚配置为 INPUT_PULLUP 而不是普通的 INPUT：

pinMode(pushButtonPin, INPUT_PULLUP);//define a pin for push button switch

这会启用 Arduino 的内部上拉电阻，在按钮未按下时将引脚保持在稳定的高电平。如果没有它，悬空的输入引脚会拾取杂散的电噪声并给出随机读数，你就需要外接一个电阻来解决。启用内部上拉后，接线保持简单：按钮的一端接引脚，另一端接地。当你按下按钮时，引脚被拉低到地并读取为低电平（视频 14:08 处）。

其次，串口监视器以 9600 波特率启动，这样你就可以实时观察状态变化：

Serial.begin(9600);//initialize the serial monitor
Serial.println("Robojax LED with push button");//print this text on Serial Monitor

在主循环中，逻辑就是一个简单的 if/else。代码读取按钮引脚并将其与 LOW 进行比较。如果按钮被按下，LED 引脚变为高电平，打印消息“LED ON”，然后程序等待 delayLED 毫秒。如果按钮未被按下，LED 引脚变为低电平，LED 熄灭。由于 loop() 会反复运行，这个检查每秒发生数千次，所以响应感觉是即时的。

现场演示

当 delayLED 设置为 1000 时，按下按钮会点亮 LED，并且在你松开后它还会保持点亮一秒。将该值降到 5000，LED 会持续五秒——长到你可以从按钮旁走开还能看到它亮着。将其设置为 0，LED 就会完全跟随你的手指：按下，亮；松开，灭（视频 17:02 处）。

代码上传后，你可以将 Arduino 从 USB 断开，用电池或 5 V 适配器供电。这块板子不需要电脑就能运行——程序存储在其内存中，每次通电时都会自动启动（视频 12:27 处）。

如果你更希望 LED 在按一次后保持点亮，并在下一次按下时熄灭，那是另一种称为切换的行为，已在 第 98-3 课：如何使用 Arduino 和按钮开关切换 LED 的开/关 中介绍。按钮接线完全相同，所以你可以复用这个完全相同的电路。

本视频中的相关项目

• 第 98-1 课：如何使用 Arduino 打开和关闭 LED
• 第 98-3 课：如何使用 Arduino 和按钮开关切换 LED 的开/关
• 第 98-4 课：使用 Arduino 让 LED 灯渐隐：亮度控制
• 第 98-5 课：使用 Arduino 在按下按钮时让灯光渐隐
• 第 98-6 课：使用 Arduino 的跷跷板 LED 游戏
• 第 98-7 课：使用 Arduino 和 5 个 LED 的流水灯
• 第 98-8 课：使用 Arduino 的按钮和 LED 流水灯
• 第 98-9 课：使用 Arduino 的 LED 电压电平表或使用电位器的流水灯
• 第 98-10 课：Arduino 交通灯

章节

• [00:00] 本视频中 10 个项目的概述
• [01:00] Arduino 分步课程介绍
• [02:29] 什么是 LED：符号、阳极、阴极和物理形状
• [03:49] 用欧姆定律计算 LED 电阻
• [07:32] 在面包板上连接 LED 和按钮
• [08:50] 解释代码：引脚、设置和主循环
• [12:43] 按钮开关的工作原理
• [13:22] 将按钮连接到引脚 2 和地
• [13:43] 代码讲解：INPUT_PULLUP 和读取按钮
• [16:14] 演示：将 delayLED 从 1 秒改为 5 秒再改为 0
• [19:52] 按钮切换的实际应用

图像

2 pin tactile push button switch

Arduino wiring for LED with resistor

Arduino schematic for LED

Arduino wiring for LED with a push button switch

Arduino schematic for LED with a push button switch

LED-5mm-green

330_ohm_resistor

第98课所有项目，面包板和元件

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LED-5mm-amber

2 pin tactile push button switch

Arduino wiring for LED with resistor

Arduino schematic for LED

Arduino wiring for LED with a push button switch

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LED-5mm-green

330_ohm_resistor

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