第5章按鍵實驗設(shè)計20241.掌握按鍵工作原理。2.掌握下拉電阻知識。3.掌握條件判斷指令模塊。4.圖像化編程完成按鍵控制燈泡實驗。5.掌握機械式按鍵抖動。6.掌握軟件消抖方法。7.掌握if選擇語句。8.手動編程完成按鍵控制燈泡實驗。

5.1.1學習目標按鍵控制燈泡015.101材料準備5.1.2圖形化編程名稱電子元件功能描述面包板用于接線，連接元器件紅色LEDLED發(fā)光模塊是入門玩家必備的電子元件，編程輸出控制亮度取值范圍為0～255?？梢杂脭?shù)字端口控制燈的亮滅，也可以用模擬口控制它的亮度。輸入高電平燈亮，低電平則燈滅電阻220Ω按鍵通斷電路02知識要點5.1.2圖形化編程所屬模塊指令功能

條件判斷指令，用于判斷六邊形空框內(nèi)的條件是否成立。條件成立，則執(zhí)行指令中包含的程序；條件不成立，則執(zhí)行否則后面的程序條件判斷指令，用于判斷六邊形空框內(nèi)的條件是否成立。條件成立，則執(zhí)行指令中包含的程序；條件不成立，則跳過該指令，執(zhí)行后面的程序

設(shè)置對應(yīng)引腳為高/低電平，相當于將引腳電壓設(shè)置為相應(yīng)的值，HIGH（高電平）為5V（3.3V控制板上為3.3V），LOW（低電平）為0V關(guān)系運算符：小于、小于等于、等于、大于、大于等于。在框中放入對應(yīng)形狀的指令或者直接輸入數(shù)值并進行判斷條件是否成立，若成立反饋值為1，若不成立反饋值為0

讀取數(shù)字引腳指令，讀取指定引腳收到的值。得到的值為0或1。可以賦值給變量或者作為判斷條件03硬件控線5.1.2圖形化編程（1）按鍵

按鍵一共有4個引腳，圖5-2分別顯示了正面與背面。而圖5-3則說明了按鍵的工作原理。一旦按下后，左右兩側(cè)就被導通了，而上下兩端始終導通。本次實驗使用按鍵來控制LED的亮或者滅。一般情況是直接把按鍵開關(guān)串聯(lián)在LED的電路中來開關(guān)，這種應(yīng)用情況比較單一。這次實驗通過間接的方法來控制，按鍵接通后判斷按鍵電路中的輸出電壓，如果電壓為0V，就是給LED電路輸出高電平，反之就輸出低電平。

圖5-2按鍵引腳圖圖5-3按鍵工作原理圖03硬件控線5.1.2圖形化編程（2）下拉電阻

“下拉”可以理解為把電壓往下拉，降低電壓。下拉電阻如圖5-4所示，按鍵作為開關(guān)。當輸入電路狀態(tài)為HIGH的時候，電壓要盡可能接近5V。輸入電路狀態(tài)為LOW的時候，電壓要盡可能接近0V。如果不能確保狀態(tài)接近所需電壓，這部分電路就會產(chǎn)生電壓浮動。所以，在按鍵處接了一個電阻來確保一定達到LOW，這個電阻就是下拉電阻。圖5-4下拉電阻03硬件控線5.1.2圖形化編程（3）硬件接線具體操作步驟：取220Ω電阻，一端連接實驗板數(shù)字8口，另一端接入面包板。取發(fā)光二極管，陽極接電阻另一端，陰極接地。按鈕一端接數(shù)字2口，另一端接5V電源，并通過下拉電阻接地（接線圖見圖5-5）。下拉電阻作用：未接下拉電阻：按鍵未按下時，輸入引腳懸空，易受空氣等干擾導致電壓浮動，無法確保為0V。接入下拉電阻：按鍵未按下時，輸入引腳通過電阻接地，強制為0V，避免電壓浮動，保證信號穩(wěn)定性。圖5-5按鍵控制燈泡接線圖04程序編寫5.1.2圖形化編程打開Mind+軟件，新建一個項目。打開Mind+切換到上傳模式。添加ArduinoUNO的支持。將左側(cè)指令區(qū)拖曳到腳本區(qū)，完成沒有消抖

功能的按鍵控制燈泡程序，如圖5-6所示。圖5-6無消抖按鍵控制燈泡圖形化程序05程序修改5.1.2圖形化編程（1）機械式抖動機械式按鍵在按下或釋放時，因機械彈性作用會產(chǎn)生觸點抖動，需5~10ms后才穩(wěn)定（抖動過程如圖5-7）。若不處理，系統(tǒng)會將一次按鍵誤判為多次操作。去抖動方案：硬件去抖：適用于鍵數(shù)少的場景，通過RC濾波電路等硬件消除抖動。軟件去抖：適用于鍵數(shù)多的場景，步驟如下：檢測到按鍵按下后，執(zhí)行10ms延時程序（時間需依按鍵特性調(diào)整）；延時后再次確認按鍵電平，若仍為閉合狀態(tài)，才判定按鍵真實按下，消除抖動影響圖5-7按鍵抖動05程序修改5.1.2圖形化編程（2）最終程序無消抖按鍵控制燈泡圖形化程序如圖5-8所示。圖5-8消抖按鍵控制燈泡圖形化程序06下載程序5.1.2圖形化編程，輸入完畢后，

單擊給Arduino下載程序。運行結(jié)果：若以上每一步都已完成，可以看到面包板上的紅色LED燈熄滅，而當按下按鈕時，燈泡點亮，松開手后燈泡熄滅。015.1.3代碼學習，if選擇語句單分支if語句單分支if語句是一種條件判斷的語句，判斷是否滿足括號內(nèi)的條件，若滿足則執(zhí)行花括號內(nèi)的語句，若不滿足則跳出if語句。表達式是指判斷條件，通常為一些關(guān)系式或邏輯式，也可為某一數(shù)值。若if表達式條件為真，則執(zhí)行if中的語句；若表達式條件為假，則跳出if語句。雙分支if語句雙分支if語句是一種條件判斷的語句，判斷是否滿足括號內(nèi)的條件，若滿足則執(zhí)行第一個花括號內(nèi)的語句，若不滿足則執(zhí)行else后的花括號內(nèi)語句。單擊右側(cè)輸入以下代碼：//主程序開始voidsetup(){}voidloop(){ if((digitalRead(2)==1)){ delay(10); if((digitalRead(2)==1)){

digitalWrite(8,HIGH); while(!(digitalRead(2)==0)){ } } }

digitalWrite(8,LOW);}輸入完畢后，單擊給Arduino下載程序，上傳進度100%后，編譯界面顯示“上傳成功”，至此完成下載。運行結(jié)果：若以上每一步都已完成，可以看到面包板上的紅色LED燈熄滅，而當按下按鈕時，燈泡點亮，松開手后燈泡熄滅。編寫程序下載程序程序編寫與下載5.1.3代碼學習if選擇語句021.掌握繼電器工作原理。2.掌握繼電器引腳。3.圖像化編程完成繼電器控制燈泡實驗。4.手動編程完成簡易呼吸燈實驗。

5.2.1學習目標

繼電器實驗015.201材料準備5.2.2圖形化編程名稱電子元件功能描述面包板用于接線連接元器件

紅色LED

LED發(fā)光模塊是入門玩家必備的電子元件，編程輸出控制亮度取值范圍為0～255?？梢杂脭?shù)字端口控制燈的亮滅，也可以用模擬口控制它的亮度。輸入高電平燈亮，低電平則燈滅電阻220Ω繼電器模塊控制電路02知識要點5.1.2圖形化編程所屬模塊指令功能

設(shè)置對應(yīng)引腳為高/低電平，相當于將引腳電壓設(shè)

置為相應(yīng)的值，HIGH（高電平）為5V（3.3V控制板上為3.3V），LOW（低電平）為0V

延時等待（輸入0.5，即延時0.5s，最小單位為

1ms，即0.001s）03知識要點5.1.2圖形化編程（1）繼電器繼電器（relay）是一種電控制器件，當輸入量（激勵量）的變化達到設(shè)定閾值時，能在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定階躍變化，形成控制系統(tǒng)（輸入回路）與被控制系統(tǒng)（輸出回路）的聯(lián)動關(guān)系。在自動化控制電路中，其本質(zhì)是通過小電流控制大電流的“自動開關(guān)”，具備自動調(diào)節(jié)、安全保護及電路轉(zhuǎn)換等功能。繼電器種類繁多，包括電磁繼電器、固體繼電器、溫度繼電器、時間繼電器等。本實驗使用的電池繼電器如圖5-9所示。圖5-9繼電器03知識要點5.1.2圖形化編程（2）電磁繼電器的工作原理電磁繼電器主要由鐵心、線圈、銜鐵、觸點簧片構(gòu)成（如圖5-10所示）。通電時，線圈產(chǎn)生電流引發(fā)電磁效應(yīng)，銜鐵在電磁力作用下克服彈簧拉力，帶動動觸點與常開靜觸點吸合，實現(xiàn)電路導通；斷電后，電磁力消失，銜鐵在彈簧作用下復位，動觸點與常閉靜觸點分離，電路切斷。繼電器線圈未通電時，斷開的靜觸點為“常開觸點”，接通的則為“常閉觸點”。其電路分為低壓控制電路與高壓工作電路，實現(xiàn)以小電流控制大電流的功能。圖5-11繼電器引腳圖圖5-10繼電器工作原理A—常閉觸點B—公共端C—常開觸點D—線圈端子1E—線圈端子203知識要點5.1.2圖形化編程（3）硬件連線具體操作1、取一個220Ω電阻，一端連接實驗板5V電源口，另一端接入面包板。2、拿出發(fā)光二極管，正極與電阻另一端相連，負極連接繼電器公共端B。3、將繼電器常開觸點C接地GND。4、把繼電器線圈兩端D、E，分別接至實驗板數(shù)字口3和地線口GND。完成上述步驟后，實驗連線即告完成，具體連接方式如圖5-12所示。圖5-12繼電器實驗接線圖編寫程序1、輸入完畢后，單擊給Arduino下載程序。2、運行結(jié)果：若以上每一步都已完成，可以看到面包板上的紅色LED上電后開始閃爍，并且每次亮滅時繼電器都會發(fā)出滴答聲。下載程序打開Mind+軟件，新建一個項目。打開Mind+切換到上傳模式。添加ArduinoUNO的支持。將左側(cè)指令區(qū)拖曳到腳本區(qū)，

完成繼電器實驗程序，如圖5-13所示。03程序編寫5.1.2圖形化編程圖5-13繼電器實驗圖形編程圖單擊右側(cè)輸入以下代碼：//主程序開始voidsetup(){}voidloop(){

digitalWrite(3,LOW); de