STEM教育 · 抢答器制作 | 快乐智造营

本系列教程主要分享基于开源硬件和激光建模的创客作品的制作，每个作品涉及两三个电子模块的使用，让学习者能够轻松、扎实地掌握创客制作的知识和技能，并体会到智造的乐趣。

【目录】

1.快乐智造营 | 01 贪吃的小鸡

2.1 项目概述

图2-1

“抢答器”，如图2-1所示，是一个模拟实现现实中已有机器的功能的项目。通过该项目的学习，可以掌握数字按钮和LED灯的使用。

项目功能：第一个选手按下按钮后，其对应的LED灯亮起，其后按的动作无效，LED灯不会亮起；从而，很容易判断谁是第一次按下按钮的选手。一定时间后（本例为10秒），LED等自行熄灭，为下一次抢答做准备。

演示视频

2.2 材料准备

图2-2

本项目所需要的硬件材料，如图2-2所示，分别为：

（1）DFRduino Uno R3 1块

（2）IO扩展板 1块

（3）数字按钮 4个

（4）LED灯 4个

2.3 电子模块的使用
2.3.1 数字按钮模块

图2-3

数字按钮模块，就是常见的按键开关。其属于数字输入设备，可分为按钮被按下和按钮未被按下两种状态，两种状态分别会传输不同的数值（0或1）给主控板。通常，按钮被按下时，会输入1，未按下时输入0。但是也有相反的情况，需要在使用前进行测试。连接时，可以连接到任一引脚（不建议连接引脚D0和D1）。连接示例如图2-3所示，GND、VCC、数据三个引脚要分别对应。

*说明：本教程中部分硬件连接图引用了DF创客商城的产品文档中的图片，仅供学习用途。

图2-4

在编程软件Mind+中，对应的积木为【读取数字引脚（0）】，在【引脚操作】中可找到，如图2-4所示。我们可以编写一段程序，将读取到按钮输入值通过串口打印的方式显示出来。程序及输出结果，如图2-5所示。

图2-5

根据测试结果，可以进行定性判断：到底是按下按钮时数值为1、未按下时数值为0，还是相反的情况。

2.3.2 LED发光模块

图2-6

LED发光模块，通常称之为LED灯，是创客制作中常用的输出设备。我们可以通过程序指令控制LED灯点亮或者熄灭，还可以控制灯以不同的亮度亮起。

在与Arduino Uno主控板连接时，可以连接任一引脚。连接示例如图2-6所示，GND、VCC、数据三个引脚要分别对应。

图2-7

在编程软件Mind+中，要控制LED灯的亮灭，对应的积木为【设置数字引脚（1）输出为（高电平）】，也在【引脚操作】中可找到，如图2-7所示。当输出高电平时，LED灯亮起；当输出低电平时，LED灯熄灭。示例程序如图2-8所示，该程序执行的结果是使接在引脚D2上的LED灯先亮起3秒然后熄灭。

图2-8

2.4 项目制作
2.4.1 硬件搭建

将数字按钮模块分别连接到扩展板的D2、D3、D4、D5引脚、LED发光模块分别连接到A2、A3、A4、A5引脚，如图2-9所示。

图2-9

2.4.2 编写程序
2.4.2.1 测试硬件连接

图2-10

编写如图2-10所示的程序，上传到设备，测试4个按钮能否控制4个LED灯亮起。如果不能正常亮起，需要检查各电子模块连接是否正确。

2.4.2.2 编写程序

本项目采用了我编写的《人工智能趣味入门：光环板程序设计》一书中的《比比谁手快》项目的思路。有兴趣的朋友可点击下方链接查看此书介绍。

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编程思路：用一个变量“是否有人按过？”来记录当前是否已有按钮被按下的情况，默认为0。当某个按钮被按下时，根据变量的值来判断其是否为第一个被按下的按钮，如果是则更改变量的值为1，从而阻止其他按钮的触发指令执行，同时点亮对应的LED灯；等待10秒后，自行熄灭，并将变量值设为0，为下一轮抢答做准备。

根据编程思路，编写出程序，示例程序如图2-11所示。编好程序后，上传到设备，进行初步的测试。

图2-11

注意：使用数字按钮模块时，一般需要进行“去抖”，以防止连续触发（因为人认为的按下一次，对于计算机来说已经是N次了）。常用的处理方法是，把“按下-抬起”视为一个有效触发动作，一直按着无效，必须等按键弹起后才算一次触发，示例程序段见图2-12所示：当引脚D2上连接的数字按钮被按下后，一直等待，直到按钮被释放，然后执行后面的亮灯指令。