第98-3课：如何使用Arduino通过按钮开关控制LED灯的开关

第98-3课：如何使用Arduino通过按钮开关控制LED灯的开关

按钮无处不在——遥控器、家电和控制面板中都有——而一旦单个按钮需要承担多项功能，你就需要切换逻辑。本项目将向你展示如何让一个按钮在第一次按下时点亮 LED，再次按下时熄灭，从而使灯光保持在你离开时的状态。这种“按一次锁定，再按一次释放”的行为，是你将来构建的几乎每一个菜单按钮、电源开关和模式选择器的基础。

一旦你理解了切换逻辑，同样的代码模式就可以扩展到真实硬件。你可以用它来：

• 通过单个面板按钮切换控制交流灯或台灯的继电器。
• 用一个按钮而不是两个来启动和停止电机或水泵。
• 在设备上循环切换工作模式（例如，慢速 / 快速 / 关闭）。
• 构建一个锁定报警器，直到有人确认后才关闭。
• 为音频项目创建一个能记住状态的静音按钮。
• 作为电池供电小工具的软电源开关，替代机械开关。

讲师在视频中直接指出了这一点（视频 19:52 处）：这个项目其实根本不在于 LED——而在于切换技术，你可以将其用于继电器、电机驱动器或任何其他输出。

硬件与元件

元件清单刻意保持最少，所以如果你刚刚入门，这是一个很棒的项目。你需要：

• 一块 Arduino 板——Uno、Nano 或 Mega 都可以。
• 一个 LED，3 mm 或 5 mm，任意颜色。
• 一个用于 LED 的电阻，阻值在 200 Ω 到 1000 Ω 之间均可。文字记录解释了其中的推理（视频 03:49 处）：LED 大约有 2 V 的压降，并消耗约 10 mA 电流，因此在 5 V 供电下，剩余的 3 V 必须由电阻承担。欧姆定律给出 3 V ÷ 0.01 A = 300 Ω，从 300 Ω 到 1000 Ω 的任何值都可以——阻值越高，LED 越暗。
• 一个按钮开关。视频展示了小型四脚轻触开关和长脚版本（视频 12:43 处）。如果你没有按钮，普通开关也可以——只需找到能够接通和断开电路的两个端子。
• 一块面包板和一些杜邦跳线。

视频中的一个实用提示（视频 07:50 处）：四脚轻触按钮有两对内部相连的引脚。使用万用表的通断模式找出哪两个引脚会一起蜂鸣——它们就是开关的一侧。将一侧连接到输入引脚，另一侧连接到地。

接线指南

接线与简单的 LED 和按钮电路相同，只是加上了按钮。LED 的阳极（较长的一脚）连接到引脚 3，其阴极（较短的一脚，位于元件主体平坦的一侧）通过电阻连接到地。按钮连接在引脚 2 和地之间——不需要其他东西，因为代码会启用 Arduino 的内部上拉电阻。

这个内部上拉值得理解：没有它，悬空的输入引脚会读取随机噪声。启用 INPUT_PULLUP 后，当按钮断开时，引脚会保持在 5 V；按下按钮会将其拉低到 0 V。这就是为什么代码将 LOW 读数视为“已按下”——与使用外部电阻的普通接地开关相比，逻辑是反的。

代码说明

完整草图可在本文下方获取。这里我们将重点介绍你实际会想要更改的部分。

在文件顶部，两个引脚分配被定义为常量。如果你将导线移到不同的引脚，这是你唯一需要编辑的地方：

const int pushButtonPin = 2;//define a pin number for push button
const int LEDPin = 3;//define a pin that is connected to LED

接下来是三个状态变量。通常你不需要更改它们，但了解它们的作用会有所帮助：

int pushButtonStatus = 0; // push value from pin 2
int lightStatus = 0;//light status
int pushed = 0;//push status

pushButtonStatus 在每次循环中存储按钮引脚的原始读数。lightStatus 记住上一次循环时按钮引脚的读数，这样草图就能检测到新按下的瞬间，而不是持续做出反应。pushed 是实际的切换标志 —— 它在 0 和 1 之间翻转，并决定 LED 应该亮起还是熄灭。

切换本身通过一个巧妙的算术技巧完成（视频 18:30 处）。用 1 减去该标志即可将其反转：1 - 0 得到 1，1 - 1 得到 0。因此，每当检测到一次新的按下时，一行代码就能翻转状态：

pushed = 1-pushed;//toggle the pushed value
delay(100);//give some time for finger to press

100 ms 的延迟是为了让你的手指从按钮上移开。没有它，一次物理按下可能会被计数多次。如果你的按钮感觉不可靠或手指抖动，请增大这个值（视频 40:39 处）。

触发切换的条件是整个草图的关键。它只在按钮未按下（HIGH，因为上拉电阻）且上一次读数为 LOW 时触发 —— 这意味着按钮刚刚在按下后被释放：

if(pushButtonStatus == HIGH && lightStatus == LOW){
  pushed = 1-pushed;//toggle the pushed value
  delay(100);//give some time for finger to press
}

最后，LED 由切换标志驱动，并且当前按钮读数会被保存以供下一次比较：

lightStatus = pushButtonStatus;
if(pushed == HIGH){
  Serial.println("Light ON");
  digitalWrite(LEDPin, HIGH); //turn the LED ON
}else{
  Serial.println("Light OFF");
  digitalWrite(LEDPin, LOW);//turn the LED OFF
}

你还可以以 9600 波特率打开串口监视器，在按下按钮时查看“Light ON”和“Light OFF”消息。

实时演示

在视频中（视频 19:41 处），你可以看到实际行为：第一次按下会点亮 LED，并且在手指松开后它仍保持亮起。下一次按下会将其熄灭，并且它保持熄灭。无需一直按住按钮，这正是本项目与 Lesson 98-2: How to Turn On and Off an LED Using a Push Button with Arduino 中介绍的更简单的“按住点亮”版本之间的区别。

视频还指出，你可以将 LED 替换为继电器模块，以切换市电供电设备，或替换为电机驱动器来启动和停止电机。切换逻辑不会改变 —— 只有输出设备会改变。

同一视频中展示的其他变体 —— LED 渐隐、跷跷板模式、走马灯、电压条仪表和交通灯 —— 都在各自的教程中介绍，链接如下。

本视频中的相关项目

• Lesson 98-1: How to Turn On and Off an LED with Arduino
• Lesson 98-2: How to Turn On and Off an LED Using a Push Button with Arduino
• Lesson 98-4: Fading an LED Light Using Arduino: Brightness Control
• Lesson 98-5: Fade Light When a Button Is Pressed Using Arduino
• Lesson 98-6: Seesaw LED Game with Arduino
• Lesson 98-7: Walking Light Using Arduino and 5 LEDs
• Lesson 98-8: Walking Light with Push Button and LEDs with Arduino
• Lesson 98-9: LED Voltage Level Meter Using Arduino or walking light with potentiometer
• Lesson 98-10: Arduino Traffic Light

章节

• [00:00] 10 个 LED 项目概述
• [01:00] Arduino 分步课程介绍
• [02:29] LED 基础：符号、阳极、阴极和电阻计算
• [05:53] 项目 1：点亮和熄灭 LED
• [12:43] 项目 2：按钮控制 LED
• [17:13] 项目 3：按钮切换 LED 开和关
• [20:12] 项目 4：LED 渐隐
• [23:20] 项目 5：用按钮使 LED 渐隐
• [27:32] 项目 6：两个 LED 的跷跷板
• [30:47] 项目 7：五个 LED 的走马灯
• [36:41] 项目 8：用按钮推进的走马灯
• [42:25] 项目 9：用电位器的 LED 电压电平表
• [49:25] 项目 10：Arduino 交通灯

图像

push-button-and-finger

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

面包板上带电阻的LED通过按钮连接到Arduino

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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

面包板上带电阻的LED通过按钮连接到Arduino

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