ورودی دیجیتال — خواندن دکمهٔ فشاری

تا اینجا آردوینو فقط حرف زد: LED روشن کرد و پیام چاپ کرد. اما دستگاه واقعی باید گوش هم بدهد؛ و ساده‌ترین چیزی که می‌شنود، یک دکمهٔ فشاری (Push Button) است. در این درس ورودی دیجیتال را یاد می‌گیرید: پین فقط دو حالت می‌بیند — HIGH یا LOW — و برنامهٔ شما باید بداند هر فشار دکمه چه ولتاژی و در چه لحظه‌ای به پین می‌رساند. در میانهٔ راه دو مفهوم مهم الکترونیک هم می‌آید: «پین شناور» (Floating Pin) و «لرزش کلید» (Contact Bounce).

ابزارهای مورد نیاز

LED لازم نیست؛ LED داخلی برد (پین ۱۳) کار ما را می‌کند.

ورودی دیجیتال و پین شناور

خواندن ورودی دو گام دارد: در setup() پین را با pinMode(pin, INPUT) ورودی کنید و در loop() با digitalRead(pin) بخوانید؛ نتیجه HIGH (حدود ۵ ولت) یا LOW (حدود صفر ولت) است.

اما نکتهٔ ظریف این‌جاست: پین ورودی همیشه باید به یک ولتاژ مشخص وصل باشد. اگر پین هیچ‌جا وصل نباشد — یا ورودیِ آن لحظه قطع باشد — «شناور» می‌شود: آنتن کوچکی است که نویز محیط را می‌خواند و digitalRead روی آن بی‌نظم بین HIGH و LOW می‌پرد. راه‌حل، «مقاومت کششی» (Pull-up Resistor) است: مقاومتی که پین را به‌آرامی به ۵ ولت می‌چسباند تا وقتی دکمه وصل نشده، پین حالت معلومی داشته باشد. آردوینو این مقاومت را داخل خودش دارد و لازم نیست قطعه‌ای اضافه کنید.

INPUT_PULLUP: حالت پیشنهادی

پین را با حالت INPUT_PULLUP تنظیم کنید تا مقاومت داخلی (حدود ۲۰ تا ۵۰ کیلواهم در ATmega328P) پین را به ۵ ولت بکشد:

• دکمه رها — پین از راه مقاومت داخلی به ۵ ولت وصل است؛ digitalRead مقدار HIGH می‌دهد.
• دکمه فشرده — پایهٔ دیگر دکمه به زمین است و پین را مستقیم به صفر ولت می‌برد؛ digitalRead مقدار LOW می‌دهد.

پس منطق برعکسِ شهود است: فشرده یعنی LOW. این «منطق معکوس» را در کد به‌خاطر بسپارید؛ بیشتر باگ‌های دکمه از انتظارِ برعکس می‌آید. مزیت این حالت، صفر قطعهٔ اضافه است — فقط دو سیم.

سیم‌کشی دکمه

دکمهٔ چهار‌پایهٔ معمولی در واقع دو جفت‌پایهٔ داخلی دارد: دو پایهٔ رو‌به‌روی هم از قبل به هم وصل‌اند. پس پایه‌های قطر مقابل همیشه در مدار شرکت می‌کنند و همان‌ها را انتخاب کنید:

هیچ اتصالی به ۵ ولت لازم نیست؛ مقاومت داخلی INPUT_PULLUP همان کار را می‌کند. اگر دکمه را با دو پایهٔ هم‌سو بزنید، فشردن هیچ تغییری نمی‌دهد چون آن دو از قبل متصل‌اند — علامت کلاسیک سیم‌کشی اشتباه.

لرزش کلید و debounce

دکمه قطعهٔ مکانیکی است: لحظهٔ تماس، صفحات فلزی چند بار در چند میلی‌ثانیه می‌لرزند و پین، چند بار بین HIGH و LOW می‌پرد. میکروکنترلر آن‌قدر سریع است که این لرزش را چند «فشار جدا» می‌شمارد. راه‌حل ساده، «حذف لرزش» (Debounce) است: پس از دیدن نخستین تغییر، چند ده میلی‌ثانیه صبر کنید تا لرزش بگذرد و فقط آن یک فشار را بشمارید. تأخیر ۵۰ میلی‌ثانیه برای دکمه‌های معمولی کافی است و از دید کاربر هیچ تأخیری حس نمی‌شود.

اسکچ: دکمه، LED را تغییر حالت می‌دهد

هدف: هر فشارِ دکمه، LED داخلی را از حالت قبلی برعکس کند — روشن که هست خاموش شود و برعکس. این الگو «تغییر حالت» (Toggle) نام دارد و پایهٔ هر رابط کاربری است:

const int BUTTON_PIN = 2;  // Push button to GND on pin 2
const int LED_PIN = LED_BUILTIN;

int ledState = LOW;       // Current LED state
int lastButton = HIGH;    // Previous reading: HIGH = not pressed

void setup() {
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);  // Built-in pull-up: pressed = LOW
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);

  // A new press: HIGH to LOW edge while the button was released before
  if (reading == LOW && lastButton == HIGH) {
    if (ledState == LOW) {
      ledState = HIGH;
      Serial.println("LED on");
    } else {
      ledState = LOW;
      Serial.println("LED off");
    }
    digitalWrite(LED_PIN, ledState);
    delay(50);  // Debounce: ignore contact bounce
  }

  lastButton = reading;  // Remember for the next loop
}

توضیح خط‌به‌خط:

1. pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP); — پین ۲ را ورودی با مقاومت داخلی تنظیم می‌کند؛ رها یعنی HIGH، فشرده یعنی LOW.
2. lastButton وضعیت قبلی را نگه می‌دارد؛ این متغیر سراسری لازم است چون مقدارش باید میان دورهای loop() بماند.
3. شرط reading == LOW && lastButton == HIGH فقط لحظهٔ «شروع فشار» را می‌گیرد، نه ادامهٔ نگه‌داشتن را — به این ترتیب نگه‌داشتن دکمه، حالت را مدام عوض نمی‌کند.
4. داخل شرط، ledState برعکس می‌شود، به LED اعمال می‌شود و یک پیام هم چاپ می‌شود.
5. delay(50) لرزش کلید را می‌پوشاند؛ بعد از آن lastButton برای دور بعدی به‌روز می‌شود.

خروجی سریال مانیتور (بادریت 9600) پس از دو بار فشردن دکمه قطعی و چنین است:

هر فشار دقیقاً یک خط چاپ می‌کند و LED با هر خط تغییر حالت می‌دهد.

حالت پول‌داون با مقاومت خارجی

اشتباهات رایج و عیب‌یابی

تمرین‌ها

const int BUTTON_PIN = 2;
const int LED_PIN = LED_BUILTIN;

int pressCount = 0;     // Total number of presses
int lastButton = HIGH;  // Previous reading: HIGH = not pressed

void setup() {
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);
  if (reading == LOW && lastButton == HIGH) {
    pressCount = pressCount + 1;
    Serial.print("Presses: ");
    Serial.println(pressCount);

    digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    delay(200);
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);

    delay(50);  // Debounce: ignore contact bounce
  }
  lastButton = reading;
}

چشمک ۲۰۰ میلی‌ثانیه‌ای درون شرط اجرا می‌شود؛ در این ۲۵۰ میلی‌ثانیه (۲۰۰ چشمک + ۵۰ debounce) برنامه هیچ فشاری را نمی‌شمارد — برای این پروژه مشکلی نیست، اما در برنامه‌های هم‌زمان واقعی به‌جای delay از الگوی millis() استفاده می‌کنیم. ::: :::

خلاصه

• ورودی دیجیتال با pinMode و digitalRead خوانده می‌شود و فقط دو مقدار HIGH و LOW دارد.
• پین ورودی باید همیشه به ولتاژ معلوم وصل باشد؛ پین شناور مقادیر تصادفی می‌دهد.
• INPUT_PULLUP مقاومت داخلی را روشن می‌کند: رها یعنی HIGH و فشرده یعنی LOW — منطق معکوس.
• کلید مکانیکی می‌لرزد؛ تأخیر ۵۰ میلی‌ثانیه بعد از لبهٔ فشار، چندشمارشی را حذف می‌کند.
• الگوی «لبه» با مقایسهٔ حالت فعلی و قبلی، فقط شروع فشار را ثبت می‌کند — پایهٔ toggle و شمارش رویداد.

با ورودی دیجیتال، آردوینو حالا هم می‌شنود هم حرف می‌زند؛ گام بعدی دنیای ورودی‌های پیوسته است: خواندن ولتاژ واقعی سنسورها روی پایه‌های آنالوگ.