项目17神奇的按钮 按钮具有按下（高电平）和抬起（低电平）两种状态，默认 状态为抬起。生活中的按钮可以说无处不在，遥控器、计算器、 手机、计算机等各种电子设备上的按键，它们的功能与按钮一样。 本项目学习按钮模块的使用方法，编写代码通过按钮控制 LED灯。通过学习，掌握定义引脚为电平输入的方法和读取输 入信号的方法，使用循环结构编写代码实现控制要求。 Pbrzw.indd 22 2024/9/14 14:54:06 项目17 神奇的按钮 23 任务17.1 简单的按钮 连接按钮模块，编写代码，实现简单的按钮功能：按下按钮，LED 灯亮； 松开按钮，LED 灯灭。 使用按钮控制LED 灯的控制逻辑是，通过按钮输入的电平信号，经主 板分析处理，再通过LED 输出。主板分析处理的过程就是代码执行的过程。 1 . 硬件及其连接 一个电子产品的开发过程要经历产品硬件开发和软件开发，硬件开发要 进行电路原理图设计和PCB 板图设计→PCB 专业厂家制作PCB →焊接电 子元器件→调试产品→产品使用→小批量生产→小范围试用→产品定型→产 品质检→生产许可→大批量生产→投放市场→售后服务。 学习时，硬件制作要花费一定费用，为了节约费用一般自己制作PCB （相关制作方法这里不详述，读者可自行查阅资料），也可以用面包板和万能 板自己搭建。万能板正、反两面如图17-1 所示，器件可以直接焊接在板上， 这里不详述。 图17-1 万能板正、反两面 面包板使用接插件即可实现电路搭建，无须焊接，因此更加安全、便捷， Pbrzw.indd 23 2024/9/14 14:54:06 24 Python编程入门（下） 缺点是有接触不良的现象，要注意检查和接插牢靠。下面具体介绍面包板及 其使用。 （1）面包板。面包板的种类很多，结构和作用不尽相同。如图17-2 所 示的面包板外观，左右两侧标有– 和+ 符号的为电源插孔，中间部分标有字 母和数字符号的是接线端子插孔。 图17-2 面包板外观 只了解外观还不够，想要了解每个插孔的使用方法，还需要了解面包 板的内部结构。如图17-3 所示，黄色线条连接起来的插孔，代表它们是连 通的一组。面包板的每一个接线插孔其实是一个个金属夹子，并且是5 个一 组排列的。如A1、B1、C1、D1、E1 这5 个插孔是一组，电路上是相通的。 而A1 孔不与A2、B2、C2、D2、E2 相连，也不与F1、G1、H1、I1、J1 相连。 （2）搭建电路。选择主板上引脚3 为按钮信号输入，引脚10 为LED 信 号输出。这样，就可以正确使用面包板搭建电路了，读者可以自行搭建。本 项目不使用面包板，而使用小集成模块。 Pbrzw.indd 24 2024/9/14 14:54:07 项目17 神奇的按钮 25 图17-3 面包板的内部结构 图17-4 中连接在引脚3 上的小模块为按键，连接在引脚10 上的小模块 图17-4 硬件接线图 Pbrzw.indd 25 2024/9/14 14:54:07 26 Python编程入门（下） 为指示灯，将小模块摆放整齐，一一核对避免出错。各小模块有3 个引脚： 一个引脚接地（黑色线），一个引脚接电源正极（红色线），另一个引脚接信 号D（绿色线），小模块上都有标注。将按键小模块的信号线（绿色线）接 主板端口3，指示灯小模块信号线（绿色线）接主板引脚10，接好各小模块 的电源线，如图17-4 所示。 2 . 程序设计思路 本项目是将输入输出通过主板CPU 联系在一起的项目，这是智能控制 的最基本的设计思想，一个智能控制系统要有输入输出设备，还要有大脑 （CPU），又称为控制设备，如图17-5 所示。编程时先要判断输入状态，按 照输入状态的情况，经过CPU 处理后，再控制输出动作。 图17-5 智能控制系统 3 . 代码编写 完成硬件接线，就可以编写代码了。打开Mind+ 软件，按之前学习的 方法新建文件，并命名为“简单的按钮”。 本次任务没有延时，不需要导入时间库。LED 灯控制程序参照项目15 中代码编写的方法编写，按照本次任务要求，编写按钮控制程序如图17-6 所示。 注意：（1）初始化中，电平输入和电平输出的书写区别。 （2）检测按钮状态是读取输入引脚的电平，指令是read_digital。 逐行检查代码，确认无误后，连接通信线上传至主板，单击“运行”按钮， Pbrzw.indd 26 2024/9/14 14:54:08 项目17 神奇的按钮 27 观察运行结果。如果代码没有错误，可以发现，没有任何操作时，LED 灯不亮， 相当于按钮抬起时的状态。当按下按钮时，LED 灯亮，松开时LED 灯灭， 实现了简单的按钮控制。 4 . 保存项目 完成后，选择“项目”→“保存项目”命令，项目名称为“神奇的按钮”， 选择保存位置，单击“保存”按钮即可。 下次需要使用该项目时可以直接打开已经保存的项目，方便查看和修改。 任务17.2 延 时 灯 任务17.1 实现了当按钮按下，灯亮；按钮松开，灯马上熄灭。对于有些 控制场合，需要灯延长一段时间再灭，如楼道灯。下面制作一种延时灯，按 下按钮，灯亮，松开按钮时，等待一段时间后灯自动熄灭。 1 . 任务描述 按下按钮灯亮，松开按钮3 秒后灯灭。 2 . 任务分析 硬件接线与任务17.1 相同，不改变引脚号。硬件和接线方法参照图17-4。 图17-6 编写按钮控制程序 Pbrzw.indd 27 2024/9/14 14:54:08 28 Python 编程入门 （下） 3 . 程序设计思路 最简便的方法是在任务17.1 的基础上修改程序，在循环语句中增加延 时，只需要一个判断语句就可以了。这里需要导入时间库。 4 . 编写代码 按照上述思路，编写代码。打开项目“神奇的按钮”，按之前所学方 法新建文件，命名为“延时灯”。复制之前的代码，再修改，代码参考如 图17-7 所示。 图17-7 “延时灯”代码 连接通信电缆，单击“运行”按钮，观察程序运行结果。此时，按下按 钮，LED 灯亮，松开后，LED 灯继续保持亮的状态，3 秒后自动熄灭。实 现了延时灯的效果。 任务17.3 扩展阅读：电平信号 常见的电平标准有TTL、COMS、LVDS、ECL、RS232、RS485 等，其 中包含切换速度较快的LVDS、GTL、CMOS，每种电平的供电电压和电平 标准不一样。 TTL（Transistor-Transisitor Logic，晶体管- 晶体管逻辑）电平信号使用 Pbrzw.indd 28 2024/9/14 14:54:08 项目17 神奇的按钮 29 得最多，通常数据表示采用二进制，+5V 等价于逻辑1，0V 等价于逻辑0， 这被称作TTL 信号系统，是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信 的标准技术。 在数字电路中，由TTL 电子元器件组成的电路就是TTL 电路。电路的 第一代是电子管，第二代是晶体管，这段时期，集成电路发展迅猛，各大厂 商竞相出台自己的电平标准，导致各芯片之间的连接出现一些接口电路，这 也导致额外的浪费，后来各大生产商统一了晶体管的集成电路的端口电平的 范围，这就是TTL 电平。 电平是个电压范围，规定输出高电平大于2.4V，输出低电平小于0.4V。 在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平 是2.0V，最大输入低电平是0.8V，噪声容限是0.4V。 任务17.4 总结与评价 （1）展示作品，交流自己学习中的发现、疑问和收获。 （2）思考： ① 更换不同的引脚，编写程序实现按钮功能。 ② 按钮控制LED 灯有多种方式，除了本项目描述的，还有其他方式。 按下按钮，灯亮并保持，再按下按钮灯灭并保持，尝试编写程序实现这 样的按钮控制方式。 （3）项目17 已完成，在表17-1 中画☆，最多画3 个☆。 表17-1 项目17 评价表 评 价 描 述评 价 结 果 能编写任务17.1 中的代码，并测试成功 能编写任务17.2 中的代码，并测试成功 经过检查和校对，能主动发现编写错误，并修正 能对原程序做适当修改，并测试成功 Pbrzw.indd 29 2024/9/14 14:54:08