Arduino第34課按鍵(上拉電阻)

按鍵：可以控制通路或斷路的開關，一般使用為按下為通路，放開為斷路。（註1）

微動開關、水銀開關、滾珠開關、磁簧開關等也都是同樣的原理，可以控制電路的通路或斷路，也都可以適用本課的教學及範例。

小學生用2腳的，比較不會接錯方向。(最近發現針腳容易折斷)

注意：

如果是四腳的開關，請學生要注意方向，翻開背面，以中間的溝槽為分界，AB相連，CD相連，AB和CD不相通。

如果沒有溝槽的，直接如上面的接線圖插入麵包板試試看，如果還沒按按鍵就會亮，那就拔起來轉90度再插下去，試試看是否變成需要按按鍵才會亮。

一、直接控制LED亮或熄滅

利用Arduino的5V供電，經過按鍵接LED再接電阻再接GND，形成一個迴路

按下開關，形成通路，LED亮

鬆開開關，LED熄滅

二、運用Arduino的數位輸入來控制LED亮或滅

在Arduino上使用開關來控制電路，讀取資料時，常常因為受到環境雜訊的影響，會發生讀取訊號不穩定的現象(有時讀取到 HIGH 有時卻讀取到 LOW)，造成讀取判斷錯誤。為了確保它在穩定的狀態,，必須接個上拉電阻或下拉電阻。(註2)

上拉電阻：

如上圖，5V接電阻(一般接10Kꭥ)，再接開關、接地，中間引出接數位腳D8輸入。

使用下面積木宣告

注意：

當開關未接通時，數位腳D8讀取到高電位(1)，當開關接通時，數位腳D8讀取到低電位(0)。

—————————-

其實arduino在數位腳位都已經內建了上拉電阻，只要使用下面的宣告

就可以取代上面的外接電阻，電路圖變成下面

開關直接接數位腳D8輸入，省去外接上拉電阻的麻煩 。

注意：

當開關未接通時，數位腳D8讀取到高電位(1)，當開關接通時，數位腳D8讀取到低電位(0)。

———————————-

按鍵一邊接地(GND)，另一邊接一條訊號線到數位腳D8當作判斷輸入訊號。

數位腳D11接紅色LED正極，再串接220歐姆電阻後接地(GND)。

加上[說(讀取數位腳位(8))]，可以從螢幕上看到讀取(輸入)的結果。

如果按鍵按下時，數位腳D8得到0(低電位)，這時就給數位腳D11輸出一個高電位(1)，讓紅色LED亮。

否則(沒有按鍵按下時)，數位腳D8是1(高電位)，這時就設定腳為11為低電位，讓紅色LED熄滅。

程式下載：按鍵.sb2

延伸：

1.請同學思考[重複執行]這個積木可不可以去掉？

2.試試看去掉後的執行結果有什麼不同？

3.加上蜂鳴器，讓按下時蜂鳴器會響。

三、彈奏鼓聲

按鍵後LED亮，並使用電腦喇叭發出鼓聲

重複執行：判斷按鍵是不是有按下按鍵，讀取數位腳位(8)的值。

如果按鍵按下時(數位腳位8的值=0)，就給數位腳11輸出一個1(高電位)，讓紅色LED亮，並[彈奏鼓聲]

可以選擇發出不同的[鼓聲]及節拍。

程式下載：按鍵(鼓).sb2

四、打擊樂

將程式的[彈奏鼓聲]改為[播放聲音]，可以選擇發出不同的[聲音]

選取程式的[音效]，點選新聲音的小喇叭圖示

選擇要播放的聲音檔(可以先點檔案內的小三角形試聽)，按[確定]。

這次選敲鑼。

重複執行：判斷按鍵是不是有按下按鍵。

如果按鍵按下時(數位腳位8的值=0)，就給數位腳11輸出一個1(高電位)，讓紅色LED亮，並發出鑼聲的音效。

程式下載：按鍵(鑼).sb2

五、打擊樂(修正)

如果按下按鍵不放開，會發現鑼聲被中斷變成不像鑼聲。

改成[播放音效…..直到播放完畢]，可以讓鑼聲完整的播完。

程式下載：按鍵(鑼)修正.sb2

六、播放音樂

重複執行：判斷按鍵是不是有按下按鍵，讀取數位腳位(8)的值。

如果按鍵按下時(數位腳位8的值=0)，就給數位腳11輸出一個1(高電位)，讓紅色LED亮，並播放音效。

選擇長一點的音效，變成按下按鍵播放一首音樂。

程式下載：按鍵(音樂).sb2

七、播樂器聲音

如果將程式的[播放音效]，修改為使用[設定樂器為..]，加上[彈奏音符……]的指令，就可以發出更悅耳的聲音了。

使用[設定樂器為(…)]，可以選擇不同的樂器

使用[彈奏音符(音階)(…)拍，來設定(音階)和節拍。

程式下載：按鍵(樂器).sb2

八、改變主角造形

主程式跟上面一樣，再多加[下一個造型]及[播放音效]指令，當按下按鍵，播放音效並改變主角造型。

加上[移動5步]，讓小貓看起來像在走路。

程式下載：按鍵(造型).sb2

九、主角做特效

直接用按鍵控制螢幕主角做特效動作。

增加錄音效果

1.點選[音效]，再點[麥克風]圖樣，再點黑色圓點開始錄音

圓點變成紅色，開始錄音，錄好，再按一下，完成錄音。

按[編輯]可以作一些簡單的剪輯。

不斷的判斷按鍵是不是有按下。

如果按鍵沒被按下，就說 [請按按鍵！]。

如果按鍵按下時，就說[啊！我被按了]，並做魚眼效果及播放錄音音效。

程式下載：按鍵(效果).sb2

延伸：

1.改用其他特效試試看。

2.可再增加聲音效果，或變換造型，或移動…….

十、演奏自編歌曲

按下按鍵就彈奏演奏自編歌曲。

主程式：

設定樂器種類，上圖[設定樂器為1] 是鋼琴。

重複執行：判斷按鍵是不是有按下按鍵，讀取數位腳位(8)的值。

如果按鍵按下時(數位腳位8的值=0)，就給數位腳11輸出一個1(高電位)，讓紅色LED亮，並演奏自編歌曲。

否則就輸出一個0(低電位)給數位腳11，讓LED熄滅。

製作音樂積木：

因為歌曲常常有一些重複的曲段，所以用積木來編排，節省程式長度，比較簡潔。

如果想要變換樂器聲音，只要更改[樂器種類]就可以了。

以小星星為例，主要分成3段，各用了2次。

主程式變得很簡短。

註：如果使用[製作一個積木]來寫程式的好處就是程式比較有規律，修改、除錯都比較容易。

程式下載：演奏歌曲(整首).sb2

延伸：

1.學生自由創作不同的音樂

2.如何加快音樂節奏？

3.增加蜂鳴器，使用蜂鳴器來演奏樂曲。

十一、按鍵演奏歌曲

按下按鍵就彈奏一個單音，重複按下按鍵，開始演奏出一首完整的歌曲。

主程式：

設定樂器種類，上圖[設定樂器為1] 是鋼琴。

重複執行：演奏歌曲的音樂積木。

製作音樂積木：

[等待讀取數位腳位(8)=0]，判斷按鍵是不是有按下按鍵，如果按下按鍵，就進行下一步[彈奏音符…….]，發出一個音。

將歌曲音符編排好，當按下按鍵時，就彈奏一個音符。

這樣就可以依序將歌播完。

因為歌曲常常有一些重複的曲段，所以用積木來編排，節省程式長度，比較簡潔。

如果想要變換樂器聲音，只要更改[樂器種類]就可以了。

以小星星為例，主要分成3段，各用了2次。

主程式變得很簡短。

註：如果使用[製作一個積木]來寫程式的好處就是程式比較有規律，修改、除錯都比較容易。

程式下載：按鍵演奏歌曲.sb2

延伸：

1.學生自由創作不同的音樂

2.如何加快音樂節奏？

3.增加蜂鳴器，使用蜂鳴器來演奏樂曲。

十二、計數器

按一次按鍵，計數器加1，計算按鍵次數。

做一個計數器變數。

一開始先將變數計數器值設為0

重複執行：判斷按鍵是不是有按下按鍵，讀取數位腳位(8)的值。

如果按鍵按下時(數位腳位8的值=0)，就給數位腳11輸出一個1(高電位)，讓紅色LED亮，並將計數器的值加1

程式下載：按鍵(計數器).sb2

十三、計數器(修正)

上面的程式跟我們的需求是不符的，按一下會跳很多次。

因為按下去以後，數位腳8會一直收到低電位直到放開，所以計數器的值就一直加上去了。

要如何修正呢？ 

[等待讀取數位腳8=0] ，等待按下按鍵，按下後就亮綠燈，並讓計數器的值加1。

[等待讀取數位腳8=1]，等待放開按鍵，放開後就關燈，再繼續下一個計數。

程式下載：按鍵(計數器)修正.sb2

延伸：

1.增加倒數計時功能，限制時間內的按鍵次數才有效

2.比賽看哪一組在時間內的按鍵按最多

3.將按鍵換成水銀開關，夾在頭上變成搖頭晃腦比賽

十四、檯燈開關(兩段式開關)

同一顆按鍵，按第一次燈亮，再按燈滅，再按燈亮，再按燈滅….。

程式下載：檯燈開關.sb2

延伸：

增加蜂鳴器線路，讓按下按鍵時蜂鳴器也會同時響。

十五、兩段式開關(雙色燈)

兩顆LED，按下按鍵，其中一個LED亮，第二次再按下時LED燈滅，換另一個LED亮。兩顆LED輪流亮。

程式下載：兩段式開關.sb2

十六、搶答

按鍵判斷用的訊號線分別接D6、D7、D8

提供LED正極的杜邦線分別接D9、D10、D11

先設定數位腳位6、7、8為[INPUT_PULLUP]。

重複執行，檢查哪一個按鍵先按下。

按下的按鍵輸入腳位為0，就執行哪一隊先答題，讓LED亮燈，說出隊伍名稱，然後停止[這個程式]，以免另一隊也按了，也亮燈。

程式下載：搶答.sb2

延伸：

1.加上自動倒數，時間到後發出[喵]聲，聽到[喵]聲三隊開始搶答。

2.改為搶答結束後，10秒再繼續搶答。

十七、按鍵電子琴

按鍵判斷用的訊號線分別接D4、D5、D6、D7、D8

蜂鳴器正極接D12

先設定數位腳位4、5、6、7、8為[INPUT_PULLUP]。

重複執行，檢查哪一個按鍵按下。

按下的按鍵輸入腳位為0，就讓蜂鳴器播出一個二分之一拍相對應頻率的聲音。

不斷的判斷哪一個按鍵被按下，就發出相對應頻率的聲音。

程式下載：電子琴.sb2

延伸：

1.增加按鍵，增加音階，可以彈奏出更多樂曲。

2.加上RGB LED，彈奏每一個音階時RGB LED會顯示一種顏色。

3.增加按鍵，可以變成計算機，可以結合LED顯示器顯示計算結果。

十八、創作應用

音樂樓梯

使用適合的按鍵開關，將蜂鳴器改成大喇叭，加一些裝飾，就成了第一課看到的[音樂樓梯]了。

註：要真的實用還有一些細節要改進，例如：接線要堅固，加裝擴音線路才能讓喇叭發出夠大的聲音……….

英語單字學習機

十九、打地鼠

組合不同顏色LED和按鍵，看到那一個顏色的燈亮，就按那個燈旁的按鍵，按對加分，按錯扣分。再加上計分和時間限制(倒數計時)

二十、反應測試

測試你的神經反應：

準備好時，按下按鍵，隨機時間後LED亮，看到亮燈，要立刻按下按鍵。螢幕上顯示你看到亮燈到按下按鍵的反應時間。

按鍵一邊接地(GND)，另一邊接一條訊號線到數位腳D8當作判斷輸入訊號。

數位腳D11接紅色LED正極，再串接220歐姆電阻後接地(GND)。

按綠旗後的說明

開始先出現主題及說明頁，等待按鍵開始。

如果按下按鍵，數位腳D8收到低電位，小貓出現。

等待放開按鍵，才開始隨機選擇亮燈時間。

計時器歸零，重新計時，並顯示時間，一直到再一次按下按鍵，停止程式。

程式下載：反應測試.sb2

延伸：

加裝一組蜂鳴器。

準備好時，按下按鍵，隨機時間後LED亮，並且蜂鳴器發出聲音，看到亮燈或聽到聲音，要立刻按下按鍵。螢幕上顯示你看到亮燈或聽到聲音到按下按鍵的反應時間。

二十一、電子骰子

按下按鍵，LED開始變化不同顏色，鬆開按鍵，停在某一顏色。按鍵按下時間不同，最後停止時的顏色不同。

接RGB三色LED和一組按鍵。

按鍵電路中拉一條訊號線到數位腳D8當作判斷輸入訊號，RGB三色LED分別接D9、D10、D11控制顏色變化。

製作一個[顏色]變數存放隨機變數，控制輸出的顏色。

[腳位8模式設為INPUT_PULLUP]，設定數位腳8為上拉電阻輸入。

接著不斷的偵測有沒有按下按鍵。

如果有按下按鍵就先關閉上次亮的顏色，然後隨機讓D9、D10、D11其中一個輸出1(高電位)，那個顏色就亮起來。

鬆開按鍵時，D8沒有訊號輸入，燈就停止隨機亂閃顏色。

程式下載：電子骰子.sb2

延伸：

1.比大小：紅色代表1，綠色代表2，藍色代表3，看看誰骰的比較大。

2.改接7顆LED，排成骰子的點數形狀，模擬擲骰子的情形亮不同的燈。

3.加上[說…..積木]，說出燈亮的顏色

4.增加蜂鳴器，按下按鍵時發出聲音，增加聲音效果。

二十二、顏色猜猜機

設計一個遊戲機器，讓玩家猜顏色。

在螢幕上先出現三個顏色讓玩家選擇(猜)，選好後玩家按下麵包板上的按鍵，三個顏色的LED燈開始亂數閃爍，鬆開按鍵時，某一個顏色的燈恆亮，如果猜中顏色，就說[猜對了]，如果猜錯，就說[猜錯了]。

接RGB三色LED和一組按鍵。

按鍵電路中拉一條訊號線到數位腳D8當作判斷輸入訊號，RGB三色LED分別接D9、D10、D11控制顏色變化。

螢幕畫面

主程式：

開始先將說明圖片移到定點。

製作一個[選色]變數存放點選的顏色代號。

製作一個[顏色]變數存放隨機變數，控制輸出的顏色。

[腳位8模式設為INPUT_PULLUP]，設定數位腳8為上拉電阻輸入。

說出遊戲使用方法。

等待按下按鍵。

如果按鍵按下時，數位腳位D8得到0，就開始隨機讓D9、D10、D11其中一個輸出1(高電位)，讓LED亮，再暗，再亮另一個顏色………。

直到放開按鍵，數位腳位D8得到1

然後判斷答對了嗎？

使用[說(……)]的擴充積木可以將文字轉換為聲音，讓程式真的說出來。

藍色角色：

程式開始先將顏色圖片移到定點。

當被選中，就將選色變數設為9，做為主程式判斷對錯的依據，並說出選色結果。

如果選的是其他顏色，會收到其他顏色的廣播，就將自己隱藏。

綠色角色：

程式開始先將顏色圖片移到定點。

當被選中，就將選色變數設為10，做為主程式判斷對錯的依據，並說出選色結果。

如果選的是其他顏色，會收到其他顏色的廣播，就將自己隱藏。

紅色角色：

程式開始先將顏色圖片移到定點。

當被選中，就將選色變數設為11，做為主程式判斷對錯的依據，並說出選色結果。

如果選的是其他顏色，會收到其他顏色的廣播，就將自己隱藏。

程式下載：顏色猜猜機.sb2

延伸：

1.增加蜂鳴器，在按鍵時發出特殊聲音，答對或答錯時也可以發出不同的音樂。

2.答對或答錯時更換不同的造型。

3.修改程式，猜完後，等待10秒再繼續猜

注意：

win10或Mac系統，才可以使用[說(……)]的擴充積木可以將文字轉換為聲音，讓程式真的說出來中文，否則只能說英文。

二十三、平交道緊急按鈕

上、下紅燈模擬平交道燈號，中間的綠、紅燈是火車燈號，緊急時按下「緊急按鈕」，火車燈號轉為紅燈，火車司機看到就趕快將火車停止。 

六年級藍培誠同學作品。

———————————-

註1：

微動開關、水銀開關、滾珠開關、磁簧開關等也都是同樣的原理，可以控制電路的通路或斷路，也都可以參考本課的教學及範例。

微動開關

水銀開關

資料來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E9%8A%80%E9%96%8B%E9%97%9C

水銀開關，又稱傾側開關，是電路開關的一種，以一接著電極的小巧容器儲存著一小滴水銀，容器中多數注入惰性氣體或直接真空。

注意：

水銀對人體及環境均有毒害，故此使用水銀開關時，請務必小心謹慎，以免破損導致水銀漏出；在不再使用時，也應該妥善處理。

滾珠開關：可以控制通路或斷路的開關，也可用來偵測是否傾斜。

金屬小管子有兩隻腳，在管子內有一顆或2顆金屬球，當管子成直立狀態，也就是腳朝下時，金屬球會落下接觸管子內的兩個接觸點接通兩隻腳，形成通路，若管子傾斜到一定程度後，就會斷路。（註2）

圖片來源：https://bizweb.dktcdn.net/100/017/780/files/sw520.png?v=1457663311199

(圖片來源：https://www.google.com.tw/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.blswitch.com%2FimageRepository%2Fbfbe8424-8c62-4274-b377-2e20941ac321.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.blswitch.com%2Fpro%2FpmcId%3D22.html&docid=_TsMRczrkXut7M&tbnid=KN_apMOscuRCMM%3A&vet=10ahUKEwjT8pbstNDVAhXHVZQKHRfrBkEQMwgrKAgwCA..i&w=500&h=380&bih=633&biw=1280&q=%E6%BB%BE%E7%8F%A0%E9%96%8B%E9%97%9C&ved=0ahUKEwjT8pbstNDVAhXHVZQKHRfrBkEQMwgrKAgwCA&iact=mrc&uact=8 )

彈簧開關：

金屬小管子裡面，有一個導電彈簧及導電接腳，在晃動的時候，彈簧及導電接腳互相接觸，形成通路。

圖片來源：http://www.ksdkg.com/uploadfile/CKEditor/20093211504386.jpg

磁簧開關

(圖片來源：http://ming-shian.blogspot.tw/2013/01/blog-post.html )

註2：

參考資料 ：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%8A%E6%8B%89%E7%94%B5%E9%98%BB

在數位電路中，上拉電阻（英語：Pull-up resistors）是當某輸入埠未連接設備或處於高阻抗的情況下，一種用於保證輸入訊號為預期邏輯電平的電阻元件。他們通常在不同的邏輯器件之間工作，提供一定的電壓訊號。

https://www.arduino.cc/en/Tutorial/DigitalPins?fbclid=IwAR3qqeVu_HWTB9Tx0YtPc196drXjb0xvJxGWZ3dA5b8B_RW9VmiXHqaqKvc

註3：

按鍵模組：將按鍵連接好電阻，固定在板上模組化，方便使用。

———————————————

相關連結：

新DiFi課程目錄 
http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/868/post/104089/678192

WFduino(Arduino)課程目錄
http://blog.ilc.edu.tw/blog/blog/868/post/97509/641433