專題-S4A-達標計分器-基礎數位輸出輸入的練習

專題-S4A-達標計分器--基礎數位輸出輸入的練習

本主題可用於運動計數、分組計分…。

利用S4A偵測按鈕模組輸入，在LED及螢幕上輸出，當達成目標時LED閃爍同時鈴聲大作，恭喜達成目標。

材料：(本教案使用預設為粗體設備)

1.      Arduino開放式硬體，建議預先上傳好S4A韌體

2.      感測器擴充板，V4或V5均可使用，有擴充板接線比較簡單，無擴充板也能使用

3.      按鈕模組(按下為false)、碰撞模組、紅外線模組均可使用(※模組使用不同程式寫法稍有差異)

4.      LED模組、人魚燈LED模組、RGB全彩LED模組(共陰)、七彩燈模組均可使用，或以LED+220歐姆電阻取代(※模組使用不同電路連接稍有差異)。

5.    雙母頭杜邦彩虹排線

準備工作：

電腦事先安裝S4A、喇叭、麥克風

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開始上課！

連接本專題Arduino硬體與模組如下圖

按鈕模組連接電路說明

按鈕模組為數位輸入，因此其訊號輸出(OUT)要接到Arduino的輸入端，可接到D2(或D3)，擴充板則接在S2(或S3)，S代表信號的意思，就是Arduino板子上的數位輸出入D0-D13，裡面的D2和D3在S4A裡被用來做數位輸入偵測，連接腳位如下：

   按鈕模組    Arduino

   =======    ======

    OUT  ←→ S2(D2)

    VCC  ←→ V(5V)

    GND  ←→ G(GND)

RGB全彩LED連接電路說明

RGB全彩LED模組有分共陽或共陰，接線和控制方法各有不同，本例以比較直覺之共陰極模組為主，除了“-”即為接地GND外，另三隻接腳分別為三原色的控制訊號，我們把它分別接至擴充板上的S10、S11、S13，也就是Arduino板上的D10、D11、D13，連接腳位如下：

   RGB模組       Arduino

   =======       =======

    - (GND)   ←→ G(GND)

    R(RED)   ←→ S13(D13)

    G(GREEN) ←→ S11(D11)

    B(BLUE)  ←→ S10(D10)

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按鈕程式測試、撰寫與說明

以數位輸入用法（本專題將以此為範例）：

　　本專題將按鈕輸入接在Arduino的D2數位輸入接腳，因此在S4A中請觀察sensor board上的Digital2欄位的值，當我們未按下按鈕時值為true，而按下按鈕時值變為false(※每批模組不同，有的恰恰相反)，這樣的方式將按鈕視為數位輸入，寫程式時就要用數位輸入的方法來判斷，例如下列程式會在按下按鈕時發出Do的鋼琴聲。

類比輸入用法：

　　如果你將按鈕模組接到類比輸入A0~A5也能用，但是這時就要觀察Sensor board上Analog0~5的數字，例如：我如果將它接在A0輸入，那你會發現沒按按鈕，A0值為1023，有按按鈕，A0值變成0，因此上面的程式就會變成這樣的寫法，必須找一個可以分辨出1023和0的中間的任何值(本例用500最為哨兵值，非一定要用500)，利用大於小於，甚至是等於來做判斷。

 LED程式的測試、撰寫與說明

數位控制三原色輸出(本專題將以此為範例)：

　　LED使用數位方式點亮的話，僅有兩種狀態，意即亮或不亮，而本次使用的RGB全彩彩LED，如果以數位方式控制的話，除了接地腳外，控制腳位接在Arduino的D10/11/13(S4A1.5版以後D12也能使用)，則顏色會有2*2*2=8種顏色(包含全滅)。

下圖程式即是將三原色以0.1秒的時間間隔輪流點亮(未混色)。

下面程式則是數位方式隨機混色輸出

PWM控制三原色全彩輸出：

　　如果想要全彩輸出，腳位得接在D5/6/9，則可利用PWM(脈波頻寬調變)給予0~255階不同的亮度，因此3隻控制接腳即可以256*256*256呈現16777216色組合，就是全彩的意思。下方程式即是以每0.1秒的間隔，隨機混和1677萬色全彩輸出，色彩的組合可以參考網路查詢“RGB配色表”。

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“達標計分器”專題實作開始：

本達標計分器可用於教師分組學習時為每組學生計分，每組使用1個按鈕1個顏色的燈，因此1片Arduino、6個按鈕、2顆RGB全彩燈即可做成六組的達標計分器，本專題僅以一組為例，可自行延伸。

一開始可設定本次目標分數，然後課程進行中小組得分即可按鈕1次加1分，如果達標就會燈光閃爍加響鈴大作恭賀一番。

先新增一個變數“達標分數”，然後在程式中以提問積木將達標分數設定進來。

(本程式有誤，其實不需用到變數，迴圈裡也不用減一，請等待下次修正程式)

做一個迴圈，設定執行次數為達標分數，每次在按鈕狀態切換時(由沒按→有按)，就將達標數減去1，因此如果達標分數為10分，本迴圈就會執行10次，執行完10次達標分數就會變成零，迴圈也會結束，此時利用廣播積木將訊號“恭喜達成目標”傳送出去。

利用廣播積木的原因是因為要讓文字、音樂、控制LED的動作同時多工發生，所以我們分別將文字、音樂、控制LED的動作設定在個別的接收廣播中，以達到多工的作用，聲音或音樂可先由聲音資料庫中匯入或自行錄音準備好如下圖。

廣播部分程式如下：

然後我們可再增加，當我們每次按鈕時也閃兩下燈，再播點音效以增加互動趣味性，這樣就完成我們的程式了！最後程式就如下圖。

是不是很有趣呢？

想一想，如果要擴充第二組，模組、線路該怎麼接？程式要怎麼改呢？

想一想，本專題亦可將按鈕換成觸碰感測器，也會有一樣的效果嗎？如果換成其他的感測器模組呢？會變成甚麼樣的輸入才能控制呢？程式又要怎樣改呢？

例：如果換成紅外線則運用更廣，可以測量仰臥起坐、伏地挺身、跑操場圈數的運動量…，創意可以無限發揮歐，是不是很迷人呢？

課程影片