ورودی و خروجی دیجیتال — چشمک‌زن

دنیای دیجیتال فقط دو حالت می‌شناسد: HIGH (۵ ولت) و LOW (صفر ولت). همهٔ کارهای این درس با همین دو حالت انجام می‌شود: روشن‌وخاموش‌کردن LED و خواندن وضعیت دکمه.

«چشمک‌زن» (Blink) همان «سلام دنیا» دنیای سخت‌افزار است؛ شما آن را هم روی LED داخلی برد و هم روی مدار خارجی خودتان می‌سازید و بعد دکمه را به‌عنوان ورودی اضافه می‌کنید.

پین‌های دیجیتال Uno

Uno تعداد ۱۴ پین دیجیتال (D0 تا D13) دارد که هر کدام می‌توانند خروجی یا ورودی باشند:

چشمک‌زن روی LED داخلی

LED داخلی برد روی پین ۱۳ نصب است و ثابت LED_BUILTIN همان پین را نشان می‌دهد. این کد بدون هیچ سیمی کار می‌کند:

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);     // Set pin 13 as output
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // On: 5 volts
  delay(1000);                      // Wait one second
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // Off: 0 volts
  delay(1000);
}

توضیح خط‌به‌خط:

1. pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT) در setup() به میکروکنترلر می‌گوید این پین به‌عنوان خروجی به‌کار می‌رود.
2. digitalWrite(pin, HIGH) پین را به ۵ ولت و digitalWrite(pin, LOW) آن را به صفر ولت می‌برد.
3. delay(1000) برنامه را ۱۰۰۰ میلی‌ثانیه نگه می‌دارد؛ در این مدت برد هیچ کار دیگری نمی‌کند.
4. چون loop() بی‌نهایت تکرار می‌شود، LED تا ابد هر ثانیه حالتش عوض می‌شود.

اتصال LED خارجی

برای ساخت مدار خودتان، LED و مقاومت ۲۲۰ اهم روی برد سرهم‌بندی (Breadboard) بگذارید:

مقاومت سری جریان را محدود می‌کند: از اختلاف ۵ منهای ۲ ولت روی ۲۲۰ اهم، جریان حدود ۱۳٫۶ میلی‌آمپر می‌گذرد که هم برای LED و هم برای پین برد امن است. در کد فقط کافی است LED_BUILTIN را با عدد ۱۲ عوض کنید.

خواندن دکمه با INPUT_PULLUP

پین دیجیتال می‌تواند ورودی هم باشد. مشکل ورودی بدون اتصال مشخص این است که حالتش شناور و نامطمئن است؛ راه‌حل استاندارد، «مقاومت کشیده به بالا» (Pull-up) است و آردوینو این مقاومت را داخل خودش دارد:

با INPUT_PULLUP پین به‌طور پیش‌فرض HIGH است و با فشردن دکمه LOW می‌شود:

const int buttonPin = 2;
const int ledPin = 12;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  if (digitalRead(buttonPin) == LOW) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);   // Button pressed: LED on
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);    // Button released: LED off
  }
}

منطق برعکس به نظر می‌رسد اما درست است: مقاومت داخلی پین را به ۵ ولت «می‌کشد» (پس حالت عادی HIGH)، و دکمهٔ فشرده‌شده پین را به GND وصل می‌کند (LOW).

تمرین‌ها

// Write your code here

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(200);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(200);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(200);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(1000);
}

:::

خلاصه

• خروجی دیجیتال فقط دو حالت دارد: HIGH یعنی ۵ ولت و LOW یعنی صفر ولت.
• pinMode حالت پین را تعیین می‌کند؛ digitalWrite و digitalRead آن را می‌نویسند یا می‌خوانند.
• LED خارجی همیشه با مقاومت سری (رایج: ۲۲۰ اهم) به پین وصل می‌شود.
• INPUT_PULLUP مقاومت داخلی را فعال می‌کند: حالت عادی پین HIGH و با فشردن دکمه LOW می‌شود.
• delay کل برنامه را متوقف می‌کند و millis() جایگزین بدون توقف آن است.

دو حالت HIGH و LOW را کنترل می‌کنید؛ در درس بعدی می‌بینید چطور با ترفند PWM از همین پین‌های دیجیتال، خروجی «شبه‌آنالوگ» و نور متغیر بسازید.