【Arduino学习笔记05】Arduino数字输入、输出和脉冲宽带调制 -- 小项目：彩色小台灯

基本功能：

长按控制按钮开机，长按控制按钮关机（>3s）
通过三个调节按钮调节灯的颜色，每一个按钮分别对应R，G，B值
模式切换：短按控制按钮切换模式（长亮模式/闪烁模式）

元器件清单：

Arduino Uno R3
小号面包板
跳线
10kΩ 电阻（×4）
220Ω 电阻（×3）
USB电缆
按键（×4）
5mm 共阴极 RGB LED

知识回顾：（参考书目《Arduino魔法书》）

　　1. 脉冲宽度调制（P25 - P27）

PWM的输出可以写入数值的范围：0~255
PWM的工作原理：方波（占空比的概念）
“你并没有改变输送到LED的电压，为何又能在降低占空比时让LED变暗呢？......如果LED每1ms就开关一次，它看起来就是近乎一半的亮度，这是因为它闪烁的速度超过了人眼能察觉的速度。因此，大脑实际上时平均了这个信号，并欺骗你相信这个LED只有一半的亮度。”

　　2. 上拉电阻和下拉电阻（P28 ~ P30）

没有使用下拉电阻的情况

- 按键没有按下时，要读取的输入引脚什么也没有接——这个输入引脚被称为“悬空”。由于这个引脚没有实际地接到0V或者5V，读取它时会导致意料之外的结果，因为附近的电气噪声会导致其值在高低电平之间来回波动。
下拉电阻：将输出端拉一根导线连接到地

　　上拉电阻：将输出端拉一根导线连接到电源

　　3. 按钮的消抖动（P30 ~ P33）

 1 /*

 2  * 消抖动函数：

 3  * button: 要消抖动的按钮

 4  * last: 该按钮的上一个状态

 5  * 返回值：消抖动后读回的按钮状态

 6

 7   * - 这里所谓的消抖动，实际上就是如果检测到电压变化后先不操作，因为可能是抖动阶段的

 8   * 电压改变，等5m之后再读取当前值，避开抖动阶段。

 9   * - 如果没有使用消抖动函数，在抖动的过程中电压多次变化，会得到很多次“按钮按下”的

10   * 结论，从而造成短时间内频繁的开灯关灯。

11 */

12 boolean debounce(int button, boolean last) {

13     boolean current = digitalRead(button);

14     if (last != current) {

15         delay(5);

16         current = digitalRead(button);

17     }

18     return current;

19 }

　　4. BlinkWithoutDelay:

　　这里的bilink借鉴的是examples中的BlinkWithoutDelay.ino中的blink方法，这种写法允许在blink的同时做其它工作。比如：读取按钮的输入等。但是如果使用的是Blink.ino中的写法，在delay()的时候是不能做其它工作的。

电路图：

完整源代码：

  1 /* 彩色小台灯

  2

  3  * 基本功能：   长按控制按钮开机，长按控制按钮关机（>3s）；

  4                         通过三个调节按钮调节灯的颜色，每一个按钮分别对应R，G，B值；

  5                         模式切换：短按控制按钮切换模式（长亮模式/闪烁模式）

  6

  7  * 作者：Shadow

  8  * 时间 ： 2020/09/08

  9  */

 10

 11 const int BLED = 9;

 12 const int GLED = 10;

 13 const int RLED = 11;

 14

 15 const int R_BUTTON = 2;

 16 const int G_BUTTON = 3;

 17 const int B_BUTTON = 4;

 18

 19 // 用来记录当前灯颜色对应的RGB值

 20 int R = 0;

 21 int G = 0;

 22 int B = 0;

 23

 24 // lastButton_X是按钮的上一个状态；currentButton_X是按钮的当前状态

 25 // 这里所讲的按钮状态实际上是指按钮所连接的引脚读入的电平值是HIGH还是LOW

 26 // 用来辅助实现按钮消抖函数debounce()

 27 boolean lastButton_R = LOW;

 28 boolean currentButton_R = LOW;

 29 boolean lastButton_G = LOW;

 30 boolean currentButton_G = LOW;

 31 boolean lastButton_B = LOW;

 32 boolean currentButton_B = LOW;

 33

 34 // 辅助实现blink()函数的变量

 35 int ledState = LOW;                      // 记录LED灯的当前状态，LOW: dark; HIGH: light

 36 unsigned long previousMillis = 0;        // will store last time LED was updated

 37 const long interval = 500;               // interval at which to blink (milliseconds)

 38

 39 // 与控制按钮相关的变量

 40 const int MODE_BUTTON = 6;

 41 int mode = 0;                            // 0: 关机; 1: 长亮; 2: blink

 42 boolean lastButton_mode = LOW;

 43 boolean currentButton_mode = LOW;

 44

 45 void setup()

 46 {

 47     pinMode(BLED, OUTPUT);

 48     pinMode(GLED, OUTPUT);

 49     pinMode(RLED, OUTPUT);

 50     pinMode(R_BUTTON, INPUT);

 51     pinMode(G_BUTTON, INPUT);

 52     pinMode(B_BUTTON, INPUT);

 53     pinMode(MODE_BUTTON, INPUT);

 54 }

 55

 56 /*

 57  * 消抖动函数：

 58  * button: 要消抖动的按钮

 59  * last: 该按钮的上一个状态

 60  * 返回值：消抖动后读回的按钮状态

 61 */

 62 boolean debounce(int button, boolean last) {

 63     boolean current = digitalRead(button);

 64     if (last != current) {

 65         delay(5);

 66         current = digitalRead(button);

 67     }

 68     return current;

 69 }

 70

 71 // light the led

 72 void light() {

 73     analogWrite(RLED, R);

 74     analogWrite(BLED, B);

 75     analogWrite(GLED, G);

 76 }

 77

 78 // turn off the led

 79 void dark() {

 80     digitalWrite(RLED, LOW);

 81     digitalWrite(BLED, LOW);

 82     digitalWrite(GLED, LOW);

 83 }

 84

 85 // blink

 86 void blink() {

 87     // 这里的bilink借鉴的是examples中的BlinkWithoutDelay.ino中的blink方法，这种写法允许在blink的同时做其它工作

 88     // 比如：读取按钮的输入等。但是如果使用的是Blink.ino中的写法，在delay()的时候是不能做其它工作的。

 89     unsigned long currentMillis = millis();

 90

 91     if (currentMillis - previousMillis >= interval) {

 92         // save the last time you blinked the LED

 93         previousMillis = currentMillis;

 94

 95         // if the LED is off turn it on and vice-versa:

 96         if (ledState == LOW) {

 97             ledState = HIGH;

 98             light();

 99         }

100         else {

101             ledState = LOW;

102             dark();

103         }

104

105     }

106 }

107

108 void loop()

109 {

110     // Step1: check the current mode

111     if (mode == 0)

112     {

113         dark();

114     }

115     else if (mode == 1) {

116         light();

117     }

118     else {

119         blink();

120     }

121

122

123     // Step2: change the color if some buttons were pressed

124     // read the current state of buttons

125     currentButton_R = debounce(R_BUTTON, lastButton_R);

126     currentButton_G = debounce(G_BUTTON, lastButton_G);

127     currentButton_B = debounce(B_BUTTON, lastButton_B);

128

129     // if button is pressed, change the related rgb value

130     if (lastButton_R == LOW && currentButton_R == HIGH) {

131         // button_R is pressed

132         R += 5;

133         if (R == 260)

134             R = 0;

135     }

136     if (lastButton_G == LOW && currentButton_G == HIGH) {

137         // button_G is pressed

138         G += 5;

139         if (G == 260)

140             G = 0;

141     }

142     if (lastButton_B == LOW && currentButton_B == HIGH) {

143         // button_B is pressed

144         B += 5;

145         if (B == 260)

146             B = 0;

147     }

148

149     // update last state of each button

150     lastButton_R = currentButton_R;

151     lastButton_G = currentButton_G;

152     lastButton_B = currentButton_B;

153

154     //Step3: change the mode if mode_button is pressed, turn on or off if mode_button is pressed more than 3 seconds

155     currentButton_mode = debounce(MODE_BUTTON, lastButton_mode);

156     if (lastButton_mode == LOW && currentButton_mode == HIGH) {

157         // button_mode is pressed, start timing

158         unsigned long pressMillis = millis();

159         unsigned long releaseMillis = millis();

160         while (digitalRead(MODE_BUTTON) == HIGH) {

161             releaseMillis = millis();

162         }

163         // button_mode is released, record the period from press to release

164         unsigned long periodMillis = releaseMillis - pressMillis;

165

166         if (periodMillis > 3000 && mode != 0) {

167             mode = 0;

168         }

169         else if (periodMillis > 3000 && mode == 0) {

170             // if the previous state is dark, then light

171             mode = 1;

172         }

173         else if (mode == 1) {

174             mode = 2;

175         }

176         else {

177             mode = 1;

178         }

179     }

180

181 }

实验截图：

　　自己设计完成的第一个小项目，留两张照片记录一下吧~

巴特西