怎样将1个模拟输入用于Arduino的6个按钮

步骤1：电路

Arduino的模拟输入可接受0V至5V输入。此输入具有10位分辨率，这意味着信号被分成2 ^ 10个段或1024个计数。基于此，在允许同时按下的同时，我们最多可能输入到模拟输入中的是10个按钮到1个模拟输入。但是，这不是一个完美的世界。导体中存在电阻，外部来源的噪声以及功率不完善。因此，为了给自己带来足够的灵活性，我计划设计6个按钮。这在一定程度上受到TinkerCAD Circuits具有6开关DIP开关对象这一事实的影响，这将使测试变得容易。

设计的第一步是确保每个按钮在按下时单独按下，将提供独特的电压。这排除了所有电阻器的值相同。下一步是，并联添加电阻值时，电阻值不能与任何单个电阻器值相同。当电阻并联时，可以通过Rx = 1/［（1/R1）+（1/R2）］来计算得到的电阻。因此，如果R1 = 2000和R2 = 1000，则Rx = 667。我推测通过将每个电阻器的尺寸加倍，对于任何组合我都不会看到相同的电阻。

因此，到目前为止，我的电路是有6个开关，每个开关都有自己的电阻。但是，完成该电路还需要一个电阻。

最后一个电阻有3个用途。首先，它充当下拉电阻。如果没有电阻，则当没有按钮按下时电路将不完整。这将使Arduino模拟输入上的电压浮动到任何电压电位。下拉电阻器实质上将电压下拉至0V。第二个目的是限制该电路的电流。欧姆定律指出，V = IR或电压=电流乘以电阻。在给定的电压源下，电阻越大，电流就越小。因此，如果将5V信号施加到500ohm电阻，则我们可以看到的最大电流为0.01A或10mA。第三个目的是提供信号电压。流过最后一个电阻的总电流为：i = 5V/Rtotal，其中Rtotal = Rlast + {1/［（1/R1）+（1/R2）+（1/R3）+（1/R4）+ （1/R 5）+（1/R 6）］}。但是，对于每个按下了相应按钮的电阻，仅包括1/Rx。从总电流中，提供给模拟输入的电压将为i * Rlast或i * 500。

步骤2：证明-Excel

证明该电路具有独特的电阻和独特的电压的最快，最简单的方法是使用Excel的功能。

我设置了所有可能的组合切换输入并按照二进制模式顺序组织这些。值“ 1”表示开关打开，空白表示开关关闭。在电子表格的顶部，我输入了每个开关和下拉电阻的电阻值。然后，我计算了每种组合的等效电阻，但当所有电阻都关闭时除外，因为这些电阻在没有电源的情况下不会产生影响。为了使我的计算变得容易，以便我可以复制和粘贴到每个组合，我通过将每个开关值（0或1）乘以其反向电阻值来将所有组合包括在计算中。如果开关断开，这样做可以从计算中消除其电阻。可以在电子表格的图像中看到生成的方程式，但是Req = Rx + 1/（Sw1/R1 + Sw2/R2 + Sw3/R3 + Sw4/R4 + Sw5/R5 + Sw6/R6）。使用Itotal = 5V/Req，我们确定通过电路的总电流。这与流过下拉电阻的电流相同，并向我们的模拟输入提供电压。计算公式为Vin = Itotal x Rx。查看Req数据和Vin数据，我们可以发现我们确实有唯一的值。

在这一点上，我们的电路似乎可以正常工作。现在要弄清楚如何对Arduino进行编程。

第3步：Arduino编程

当我开始考虑如何对Arduino进行编程时，我最初计划设置各个电压范围来确定开关是打开还是关闭。但是，有一天晚上躺在床上时，我想到应该可以找到一个方程式来做到这一点。怎么样？ EXCEL。 Excel能够计算方程以最适合图表中的数据。为此，我需要一个开关（二进制）的整数值与对应于该值的电压输入之间的等式。在我的Excel工作簿中，将“整数值”放在电子表格的左侧。现在确定我的方程式。

下面是有关如何在Excel中确定直线方程式的快速教程。

1）选择一个不包含任何数据的单元格。如果选择了一个具有数据的单元格，Excel将尝试猜测要趋势的单元格。因为Excel很少能正确预测，所以这使设置趋势变得更加困难。

2）选择“插入”选项卡，然后选择“散点图”。

3）右键单击图表框，然后单击“选择数据。..”。这将弹出“选择数据源”窗口。选择“添加”按钮继续选择数据。

4）给它指定一个系列名称（可选）。通过单击向上箭头，然后选择电压数据，选择X轴的范围。通过单击向上箭头，然后选择整数数据（0-63），选择Y轴的范围。

5）右键单击数据点，然后选择“添加趋势线。..”。在“设置趋势线格式”窗口中，选择“多项式”按钮。观察趋势，我们发现2的阶数不太匹配。我选择了3阶，觉得这更准确。选中“在图表上显示方程式”复选框。现在，最终方程式显示在图表上。

6）完成。

确定。回到Arduino程序。现在我们有了方程式，对Arduino进行编程很容易。代表开关位置的整数以1行代码计算。通过使用“ bitread”功能，我们可以获取每个单独位的值，从而了解每个按钮的状态。 （请参阅照片）

第4步：TinkerCAD电路

如果您尚未签出TinkerCAD电路，请立即执行。等待！！！！完成阅读我的Instructionable，然后将其签出。 TinkerCAD Circuits使测试Arduino电路非常容易。它包括几个电子对象和Arduino，甚至允许您对Arduino进行编程以进行测试。

要测试我的电路，我使用DIP开关组设置了6个开关并将它们与电阻器捆绑在一起。为了证明我的Excel电子表格中的电压值正确，我在Arduino的输入处显示了一个电压表。一切都按预期工作。

为证明Arduino编程工作正常，我使用Arduino的数字输出将开关的状态输出到LED。

然后我将每个开关切换为一切可能的组合，并为能说“ IT WORKS”而感到自豪！！