4. 按键控制LED开关

任务说明

本案例使用Arduino开发板、一个轻触按键和一个LED，实现按键控制LED亮灭的功能。按下按键时LED点亮，再次按下时LED熄灭，每次按键切换一次LED状态。通过该任务掌握digitalRead()读取数字输入、digitalWrite()控制数字输出，以及按键消抖和状态切换的基本方法。

硬件连接

• LED正极（长脚）→ Arduino数字引脚D9（通过220Ω限流电阻）
• LED负极（短脚）→ GND
• 按键一端 → Arduino数字引脚D2
• 按键同一侧另一端 → GND
• 按键另一侧一端 → 5V（通过10kΩ上拉电阻）

完整代码

const int buttonPin = 2;   // 按键连接到D2
const int ledPin = 9;      // LED连接到D9

int ledState = LOW;        // LED当前状态
int buttonState = 0;       // 当前读取到的按键状态
int lastButtonState = HIGH; // 上一次按键状态（上拉，默认HIGH）
unsigned long lastDebounceTime = 0;
const unsigned long debounceDelay = 50; // 消抖时间50ms

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // 启用内部上拉，无需外部上拉电阻
  digitalWrite(ledPin, ledState);
}

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

  // 按键状态变化时记录时间
  if (reading != lastButtonState) {
    lastDebounceTime = millis();
  }

  // 若状态稳定超过消抖时间，则确认按键状态
  if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) {
    // 仅在按键按下（LOW）且之前状态为HIGH时切换LED
    if (reading == LOW && buttonState == HIGH) {
      ledState = !ledState;
      digitalWrite(ledPin, ledState);
    }
    buttonState = reading;
  }

  lastButtonState = reading;
}

代码说明

代码使用INPUT_PULLUP启用Arduino内部上拉电阻，因此无需外接上拉电阻。核心逻辑在loop()中：每次读取D2引脚状态，当检测到电平变化时记录时间戳；若状态稳定超过50ms（消抖），则确认按键状态。只有当检测到按键从释放变为按下（即从HIGH变为LOW）时，才翻转LED状态并写入D9引脚。这种边沿检测方式确保每次按下只切换一次，长按不会重复触发。

验证方法

1. 按上述连接搭建电路，将代码上传至Arduino开发板。
2. 观察LED初始状态为熄灭。
3. 按下按键并松开，LED应点亮；再次按下并松开，LED应熄灭。
4. 快速连续按动按键，每次按下LED状态都应切换一次，且不会出现闪烁或一次按下多次切换的现象。
5. 若LED状态与按键动作不一致，检查接线是否正确、D2和D9引脚是否与代码一致。

判定标准

满足以下条件即判定案例通过：每次按下并松开按键，LED亮灭状态恰好切换一次；按键抖动不会导致LED状态误切换；松开按键期间LED状态保持不变。

状态切换逻辑

程序维护两个关键状态变量：ledState记录当前LED的亮灭状态，buttonState记录确认后的按键状态。每次检测到按键从释放变为按下（下降沿），就执行ledState = !ledState翻转LED状态。消抖机制通过比较当前读取值与上次稳定值的时间差实现，只有超过50ms的稳定电平才被确认为有效按键动作，从而避免机械抖动造成的误触发。