1. 簡介
我們將學習如何使用 Arduino 和按鈕、開關來控制 LED 燈發亮與熄滅的狀態，幫助你理解數位輸入與輸出的概念：
開關（Toggle Switch）：開關則是一種永久開關，當你切換到開的位置時，電路會保持閉合狀態，直到切換回關閉的位置，生活中常見的例子為：天花板開燈與關燈的應用、各類電器的電源。
按鈕（Push Button）：按鈕是一種臨時開關，當你按下時電路閉合，放開時電路斷開。這在電子項目中非常常見，用於觸發某些裝置行為，例如：馬達的轉動開關瞬間
Arduino 當中數位輸入與輸出：數位腳位可以設置為輸入或輸出模式。當設置為輸入時，可以讀取按鈕或開關的狀態，設置為輸出時，可以控制 LED 燈的開啟或關閉。
2. 材料介紹與準備
- Arduino uno*1：電路程式控制的主要控制元件，點我購買
- 麵包板*1：置放電子元件的底座，點我購買
- 5mm LED燈*1：發光元件，點我購買
- 220Ω電阻*1：限制電流值，避免電子元件過載燒壞，點我購買
- 杜邦線 公公_10cm*2：快速連接電子元件的電路，點我購買
- 輕觸按鈕*1：控制電路通路與斷路、提供輸入訊號，點我購買
- 船型開關*1：接通與關閉電路，點我購買
3. 範例1
先以不寫程式的狀況下，製作一個簡單的開關電路，當按下按鍵時，形成通路，電流從Arduino Uno的5V端流過LED，然後通過按鍵回到GND，形成一個完整的迴路，LED因此亮起，電路連接如下：
4. 範例2
接著我們試著利用程式去偵測按鍵是否按下的方式控制LED燈亮滅，使用PIN 4來監控按鍵的狀態，而PIN 3則用來控制LED的開關。
在這個電路中，當Pin腳並未連接到任何電路時，會導致Pin腳進入一種稱為"Floating"（懸空）狀態，在讀取時可能會因為周圍的電磁噪聲而不穩定，造成時而讀取到HIGH（高電位）或LOW（低電位）。
為了解決這個懸空問題，我們會接上一個電阻220Ω，確保在按鍵未被按下的情況下，Pin腳的狀態能穩定在高電位。，這樣的設置有效地提高電路的穩定性與可靠性，根據接入的方式不同，可以分為：
- l Pull-Up（上拉電阻）：指電阻連接至VCC電源（正電源），通常是較為普遍的做法
- l Pull-Down（下拉電阻）：指電阻連接至地線（GND）
電路連接方式：
程式說明：
int BUTTON = 4; //定義按鈕連接的接腳為4
int LED =3; //定義LED燈連接的接腳為3
int buttonState = 0; //儲存按鈕的初始化狀態
void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT); //設定LED引腳為輸出模式
pinMode(BUTTON, INPUT); //設定按鈕引腳為輸入模式，讀取按鈕的狀態
}
void loop() {
buttonState = digitalRead(BUTTON); //讀取按鈕的狀態，並將其儲存到 buttonState 變數中
if(buttonState == LOW){ //檢查按鈕是否被按下（按下時狀態為LOW）
digitalWrite(LED, HIGH); //LED發亮
}else{ //如果按鈕沒有被按下的情況
digitalWrite(LED_PIN, LOW); //LED熄滅
}
}
注意：我們是選擇用Pull-Up(上拉電阻)，所以按鍵的狀態在未按下時，會讀取到HIGH按下了才會讀到LOW
5. 範例3
其實在Arduino Uno板上的每個引腳都有內建約20K歐姆的上拉電阻，我們可以直接利用內建的電阻來實現按鍵的功能，而不需要額外添加外部電阻。
如果我們想使用這個內建的上拉電阻，只需在程式中在設定按鍵引腳時，將其設為INPUT_PULLUP模式，這樣當按鍵未被按下時，引腳會自動讀取到HIGH狀態，而按下按鍵時則會讀取到LOW狀態。
這樣的做法不僅簡化了電路設計，還減少了元件的使用，讓我們的Arduino專案更加簡潔和方便
電路連接方式：
程式說明：
int BUTTON = 4; //定義按鈕連接的接腳為4
int LED =3; //定義LED燈連接的接腳為3
int buttonState = 0; //儲存按鈕的初始化狀態
void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT); //設定LED引腳為輸出模式
pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP); //設定按鈕引腳為輸入模式，讀取按鈕的狀態
}
void loop() {
buttonState = digitalRead(BUTTON); //讀取按鈕的狀態，並將其儲存到 buttonState 變數中
if(buttonState == LOW){ //檢查按鈕是否被按下（按下時狀態為LOW）
digitalWrite(LED, HIGH); //LED發亮
}else{ //如果按鈕沒有被按下的情況
digitalWrite(LED_PIN, LOW); //LED熄滅
}
}
我們將引腳的模式從普通的INPUT改成了INPUT_PULLUP，這樣告訴Arduino Uno板，這個引腳不僅用作輸入，還要啟用內建的上拉電阻。
pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
要特別注意，就是Pin 13的引腳，已經接了一顆LED和電阻，因此不適合使用INPUT_PULLUP模式，使用這個引腳可能會影響LED的正常操作！
大家也來練習操作看看吧~
