Урок 6. Кнопка — digitalRead и подтяжка INPUT_PULLUP

Светодиод — это выход: плата сама решает, подать на него напряжение или нет. Кнопка — вход: плата читает, есть ли напряжение на выводе. В этом уроке кнопка будет включать светодиод, а потом — переключать его каждым нажатием.

Как плата читает вход

digitalRead(вывод) возвращает HIGH или LOW. На Uno и Nano напряжение выше примерно 3 В читается как HIGH, ниже примерно 1,5 В — как LOW. Прежде чем читать, вывод назначают входом в setup.

Подвох в том, что вход, который никуда не подключён, висит в воздухе: на нём наводки от проводов и даже от руки, и digitalRead возвращает то HIGH, то LOW случайным образом. Кнопка, пока не нажата, ни к чему вывод не подключает, — значит, нужен резистор, который в это время держит вход в определённом состоянии. Его называют подтягивающим (pull-up, к плюсу) или стягивающим (pull-down, к GND).

INPUT_PULLUP — подтяжка внутри платы

В микроконтроллере уже есть подтягивающие резисторы (около 20–50 кОм) — их включает режим INPUT_PULLUP. Тогда хватает одной кнопки без резисторов:

• одна ножка кнопки — к выводу 2;
• другая ножка — к GND.

Пока кнопка отпущена, внутренний резистор держит вход на 5 В — digitalRead возвращает HIGH. Нажали — вывод соединился с GND, читается LOW. Логика получается обратной: нажата — LOW.

У обычной тактовой кнопки четыре ножки, соединённые попарно. Чтобы не гадать, какие ножки замыкаются нажатием, поставьте кнопку поперёк канавки макетной платы и используйте две ножки по диагонали.

Светодиод горит, пока кнопка нажата

const int BUTTON = 2;

void setup() {
  pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP);     // вход с внутренней подтяжкой к 5 В
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  if (digitalRead(BUTTON) == LOW) {  // нажата: вывод соединён с GND
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  }
}

if (…) { … } else { … } — условие: если кнопка нажата, выполняется первый блок, иначе второй. == — сравнение, не путайте с = (присваивание). Подробнее об условиях — в курсе C++.

Переключение по нажатию

Часто нужно другое: нажал — включилось, нажал ещё раз — выключилось. Для этого надо ловить не состояние кнопки, а момент нажатия — переход из HIGH в LOW. Скетч помнит прошлое состояние кнопки и сравнивает с новым.

Есть и вторая трудность — дребезг контактов. Металлические контакты кнопки в момент нажатия несколько раз быстро смыкаются и размыкаются, за несколько миллисекунд. Плата успевает увидеть это как несколько нажатий, и светодиод переключается случайное число раз. Простое лекарство — заметив изменение, подождать 50 мс и прочитать кнопку ещё раз.

const int BUTTON = 2;

bool ledOn = false;           // горит ли светодиод сейчас
int lastState = HIGH;         // прошлое состояние кнопки: HIGH — отпущена

void setup() {
  pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int state = digitalRead(BUTTON);
  if (state != lastState) {            // состояние изменилось
    delay(50);                         // переждать дребезг
    state = digitalRead(BUTTON);       // и прочитать снова
    if (state != lastState) {
      lastState = state;
      if (state == LOW) {              // это нажатие, а не отпускание
        ledOn = !ledOn;                // поменять на противоположное
        digitalWrite(LED_BUILTIN, ledOn ? HIGH : LOW);
        Serial.println(ledOn ? "Включено" : "Выключено");
      }
    }
  }
}

Что нового:

• bool — переменная, у которой два значения: true (истина) и false (ложь). !ledOn — «не ledOn», противоположное значение.
• ledOn ? HIGH : LOW — короткое условие: если ledOn истинно, то HIGH, иначе LOW.
• Переменные ledOn и lastState объявлены вне функций. Такие переменные сохраняют значение между повторами loop. Переменная, объявленная внутри loop, создаётся заново при каждом повторе.

Откройте монитор порта — каждое нажатие печатает одну строку. Если строк при одном нажатии две, увеличьте паузу до 80–100 мс.

Подтяжка внешним резистором

Можно обойтись без INPUT_PULLUP и поставить резистор самостоятельно. Вариант со стягивающим резистором даёт привычную логику «нажата — HIGH»:

• 5V — к одной ножке кнопки;
• другая ножка — к выводу 2;
• от вывода 2 резистор 10 кОм — к GND.

В скетче тогда pinMode(BUTTON, INPUT);, а нажатие — это digitalRead(BUTTON) == HIGH. Ток через резистор при нажатии: 5 / 10 000 = 0,0005 А = 0,5 мА — совсем немного.

Частые ошибки

• Кнопка «нажимается сама» — вход висит в воздухе: забыт INPUT_PULLUP или резистор.
• Нажатие не видно совсем — кнопка стоит так, что используются ножки, соединённые всегда, или обе ножки в одной пятёрке макетной платы. Поверните кнопку на 90° или возьмите ножки по диагонали.
• Логика наоборот — с INPUT_PULLUP нажатая кнопка даёт LOW, а не HIGH.
• Вывод 13 как вход — к нему на плате подключён светодиод L, который может мешать чтению. Для кнопок берите другие выводы, например 2–12.

Коротко

• Кнопка — вход: pinMode(вывод, INPUT_PULLUP) и digitalRead(вывод).
• Вход без подтяжки «висит» и читается случайно; INPUT_PULLUP включает резистор внутри платы.
• С INPUT_PULLUP кнопку подключают между выводом и GND, нажатие читается как LOW.
• Переключение ловят по переходу состояния, дребезг гасят паузой около 50 мс.
• Переменные, которые должны помнить значение между повторами loop, объявляют вне функций.

Проверьте себя