通常大家一開始設計程式的第一步就是Print “Hello World”或”這是我的第一個程式設計”，讓IDE列印(出現)這些字，當看到顯示這些時，感覺自己與電腦連線上了，心中浮起它懂得我要它做什麼事的小小喜悅！
在這一章LED糸列程式設計中，將分幾個章節一步一步讓這感覺再昇華，就一起來用程式設計讓Arduino Uno知道開關按鈕已被按下去，並創造LED燈光秀。GO~
- LED交互閃爍
- LED紅綠燈時間控制
- 按鈕開關控制LED
LED交互閃爍
實驗準備材料
- LED x 2顆 (分別不同顏色)
- 220Ω電阻 x 2顆
- 杜邦線 x 3條
- 麵包板 x 1片
設計邏輯想法
- 延伸上一篇中13腳的LED閃爍的作法(請參考”Arduino設計入門”)，這次分別讓兩顆LED交互閃爍。
- 這裏使用了藍色LED與紅色LED，先讓藍LED亮著，並停留幾秒，而另一顆紅色LED暗著，也跟著停留幾秒。
- 停留時間結束後，換成紅色LED亮，藍色LED暗，停留幾秒。
- 依這樣子邏輯讓它們持續運行。
程式流程圖
程式流程圖是一種圖形化工具，它以直觀的方式展示了程式的運作過程。流程圖通過不同的圖形符號表示程式中的指令和流程方向，如方框顯示操作步驟，菱形表示決策判斷。這讓程式設計師能夠在開始編寫程式碼之前，清楚地規劃出程式的結構和邏輯。流程圖有助於發現邏輯錯誤，提高程式設計的效率和準確性，是理解和溝通複雜程式概念的有力工具。
將上頭的邏輯想法畫成流程圖，這樣子可以大大的幫助接下來要寫程式時的正確性和效率。
程式設計(1)
這些程式都已驗證過沒有問題，點擊右上方”copy”，然後貼上你的IDE中上傳就可以執行。
const int ledBlue = 6; //以整數(int)將6號腳位取名字(宣告)為"ledBlue",並設為常數(const)
const int ledRed = 9; //以整數(int)將9號腳位取名字(宣告)為"ledRed",並設為常數(const)
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode (ledBlue, OUTPUT); //設ledBlue腳位為輸出
pinMode (ledRed, OUTPUT); //設ledRed腳位為輸出
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
digitalWrite (ledBlue, HIGH); //ledBlue輸出為高電位
digitalWrite (ledRed, LOW); //ledRed輸出為低電位
delay (1000); //停留1000毫秒=1秒
digitalWrite (ledBlue, LOW); //ledBlue輸出為低電位
digitalWrite (ledRed, HIGH); //ledRed輸出為高電位
delay (1000); //停留1000毫秒=1秒
}
程式設計(2)
在程式設計(1)中，我們將想法一步一步的設計成程式碼，但如果我們想改讓紅色LED先亮，藍色LED暗著時，這時候程式需要一段一段檢查並將原”HIGH”改成”LOW”，反之”LOW”也改成”HIGH”，這程式碼需要改四行，但如果程式碼行數有上百上千時，那修改起來就很頭痛，而且容易出現錯誤！
那有沒有什麼方法能讓這程式設計更便利呢？答案是有的，因為程式語言依個人的熟練度越高時，你就可以使用更多指令將程式碼變的更簡潔，並且容易維護。
接下來使用Boolean（布林）這指令來建立這篇程式碼，讓後續想要那一LED先亮，就它先亮，方便修改。
程式碼解釋
在程式中取了（宣告變數）一個”state”為布林值，給它的狀態為true，在布林值只有兩種狀態，一個是true=HIGH=1，另一個false=LOW=0，就只有是與否／真和錯的狀態；但是這裏我們不需要再設定一個名稱宣告變數為false，只需要使用這”!”（驚嘆號），沒錯你沒看錯，它在程式語言中代表著相反的意思，所以我們在loop裏的程式只需要在”state”前加上”!”，就可以將原設定的意思相反，成為false了，那要修改那一顆LED先亮時，我們只需要把一開始的”state=true”改成”false”就可以，那底下loop中的LED也就跟著相反了，是不是很方便呢！
const int ledBlue = 6; //以整數(int)將6號腳位取名字(宣告)為"ledBlue",並設為常數(const)
const int ledRed = 9; //以整數(int)將9號腳位取名字(宣告)為"ledRed",並設為常數(const)
bool state = true; //將"state"設定成布林值為true
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode (ledBlue, OUTPUT); //設ledBlue腳位為輸出
pinMode (ledRed, OUTPUT); //設ledRed腳位為輸出
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
digitalWrite (ledBlue, state); //ledBlue輸出為true=高電位
digitalWrite (ledRed, !state); //ledRed輸出為false=低電位 ("!"在程式中有相反的意思)
delay (1000); //停留1000毫秒=1秒
digitalWrite (ledBlue, !state); //ledBlue輸出為false=低電位
digitalWrite (ledRed, state); //ledRed輸出為true高電位
delay (1000); //停留1000毫秒=1秒
}
實物接線
- 將各LED的長腳正極(+)串聯一個220歐姆，也可以接其他歐姆值在330Ω以下都可以，歐姆值越高代表電阻值越高，LED燈的亮度會越暗而己，但是不可以不接，因為Arduino輸出的5V電壓會將LED燒毀；另外LED短腳負極(-)統一都插在麵包板一側旁的負極孔中。
- 使用杜邦線插在電阻的另外一頭，將它們連接上Arduino Uno板子上的6號和9號孔中；負極的孔用一條杜邦線連接到板子上的”GND”接地，這樣就完成實物配線了，如下圖片。
實物執行影片
LED紅綠燈時間控制
實驗準備材料
- 紅/黃/綠LED x 各1顆
- 220Ω電阻 x 3顆
- 麵包板 x 1片
- 杜邦線 x 4條
設計邏輯想法
- 設計出十字路口上的紅綠燈執行狀況。
- 紅/黃/線LED只會亮一盞，並使得各LED亮著時間不同。
- 想像當車流量大時，必須立即改變綠／紅燈的亮著時間，只改變兩個程式就可以執行！
程式流程圖
程式設計
const int ledRed = 3; //設定紅色LED腳位為3號
const int ledYellow = 6; //設定黃色LED腳位為6號
const int ledGreen = 9; //設定綠色LED腳位為9號
bool state = true; //宣告state為bool值為true
int redTime = 2000; //宣告redTime為2000
int greenTime = 2500; //宣告greenTime為2500
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(ledRed, OUTPUT); //設定紅色LED腳位為輸出
pinMode(ledYellow, OUTPUT); //設定黃色LED腳位為輸出
pinMode(ledGreen, OUTPUT); //設定綠色LED腳位為輸出
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
digitalWrite(ledRed, state); //紅色LED亮
digitalWrite(ledYellow, !state); //黃色LED暗
digitalWrite(ledGreen, !state); //綠色LED暗
delay(redTime); //停留2000毫秒
digitalWrite(ledRed, !state); //紅色LED暗
digitalWrite(ledYellow, !state); //黃色LED暗
digitalWrite(ledGreen, state); //綠色LED亮
delay(greenTime); //停留2500毫秒
digitalWrite(ledRed, !state); //紅色LED暗
digitalWrite(ledYellow, state); //黃色LED亮
digitalWrite(ledGreen, !state); //綠色LED暗
delay(1000); //停留1000毫秒
}
實物接線
實物執行影片
按鈕開關控制LED
實驗準備材料
- LED x 1顆
- 按鈕開關 x 1顆
- 麵包板 x 1片
- 杜邦線 x 4條
設計邏輯想法
- 當按下按鈕開關時，LED會亮起，再按一下按鈕開關，LED就關閉，但要防止按鈕一直按著的，導致LED一直自動變換！
程式流程圖
程式設計
運用”if()”指令來判斷按鈕開關是否有按下，當按下時就交換LED亮與暗；並且能判斷按鈕開關是否有放開，如沒有則不會改變LED狀態。
程式碼解釋
- 從第15行程式開始，當按鈕開關(buttonPin)沒被按下時的腳位狀態是在”setup()”裏設定的true，與if判斷程式中”!HIGH”不成立，也與18行中的else if判斷式中的switchUp狀態不符合，此時這段程式不會有接下來的動作。
- 但當按鈕開關按下時，狀態由原true改為false，15行的判斷式就會成立，並且switchUp狀態為true也成立，程式就會往下執行16行，將”state”改變，而讓17行裏的LED腳位輸出對應的改變。
- 沒有放開按鈕開關時第15行和第19行的判斷式不成，因為switchUp一直處在false的狀態。
- 放開按鈕開關後，第19行判斷式就成立，而執行第20行，將switchUp狀態改為true，再回到上頭的狀態。
const int buttonPin = 2; // 宣告按鈕開關buttonPin為2號腳
const int ledPin = 6; // 宣告ledPin為6號腳
bool state = false; // 宣告一狀態為0(關閉)
bool switchUp = true; // 宣告按鈕開關的狀態為1，便於記錄按鈕狀況是否有變化
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); //設定LED腳位為輸出
digitalWrite(ledPin, LOW); //設定LED腳位一開始為低電位
pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); //設定按鈕開關腳位為輸入，並使用上拉電阻
digitalWrite(buttonPin, HIGH);
}
void loop() {
if (digitalRead(buttonPin) != HIGH && switchUp == true) { //如果按鈕開關被按下，並且switchUp曾經被放開過成立後
state = !state; //狀態交換成相反的狀態
digitalWrite(ledPin, state); //LED依上頭state狀態來做改變
switchUp = false; //再將按鈕開關狀態由高電位改成低電位
} else if (digitalRead(buttonPin) == HIGH && switchUp != true) { //如果當按鈕開關被放開了，這時switchUp狀態處於低電位成立後
switchUp = true; //將switch狀態就改成1
}
}
實物接線
實物執行影片
結論
此篇介紹了使用Bool(布林)指令，在控制眾多的元件時，可以便於管理，也使用if(如果)判斷式，來判斷Arduino在收到的訊號時，是否執行底下的程式，這些指令在未來還會有更多的運用，使得設計更接近智能化，就讓我們一起探索！
有主意，就動手！下一篇見～