模組介紹 : fayaBCD開關模組

學習目標 : 認識fayaBCD開關模組的功能及使用方式
學習時間 : 40min
示範模組 : (1) fayaduino UNO
                 (2) faya 電源底板
                 (3) fayaBCD開關模組
工具 : (1) 樂高積木底板 (相容)


====================功能介紹====================
faya BCD開關模組擁有4個數位輸出埠，輸出的狀態隨著輸入的旋鈕(0~9)改變，它的好處是用4個腳位就能顯示10種變化 (2^4=16 > 10)，輸入與輸出的關係如下所示 (H = Logic High, L = Logic Low):

• 當轉到0時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 L L L L
• 當轉到1時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 H L L L
• 當轉到2時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 L H L L
• 當轉到3時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 H H L L
• 當轉到4時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 L L H L
• 當轉到5時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 H L H L
• 當轉到6時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 L H H L
• 當轉到7時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 H H H L
• 當轉到8時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 L L L H
• 當轉到9時，埠1 2 4 8 的數位輸出分別為 H L L H

 

====================原理知識====================
以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:  
BCD (Binary-Coded-Decimal)，二進碼十進制，利用了4個位元來儲存一個十進位的數字，最常用的BCD編碼，就是0到9這十個數值用二進碼(1,2,4,8)來表示，關係如下:

用例子解釋，要顯示數字7時，7 = 1x1+2x1+4x1+8x0，因此BCD(1248)碼 = 1110。1代表導通的意思，BCD開關透過內部PCB，當轉到某數字時，相關的輸出點(1,2,4,8)和COM點會導通，我們透過分壓定理，把COM點串1K電阻到VCC，輸出10K電阻對地，讓導通的輸出拉到High。因此當我們轉到數字7時，輸出在埠(1, 2, 4, 8)得到 (High, High, High ,Low)的結果。

BCD的內部結構類似這樣:

===================範例實作(1)===================
了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:

目標:
(1) 將BCD開關選定的數字顯示在Arduino Serial Monitor

接線:
(1) 電源線連接
     如下圖所示，連接的說明請看這篇文章 或簡易版

(2) 訊號線連接
      Arduino_8    ===>  BCD開關_1
      Arduino_9    ===>  BCD開關_2
      Arduino_10  ===>  BCD開關_4
      Arduino_11  ===>  BCD開關_8

範例程式:

	// 2017/5/12
	// Faya-Nugget 範例程式 (BCDSwitch_1.ino)
	// 單元: 模組介紹-fayaBCD開關模組
	// 網址: http://fayalab.blogspot.com/2017/05/fayabcd.html
	// 目標 (1) 將BCD開關選定的數字顯示在Arduino Serial Monitor
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	/// 8 ==> 1 (BCD開關模組)
	// 9 ==> 2 (BCD開關模組)
	// 10 ==> 4 (BCD開關模組)
	// 11 ==> 8 (BCD開關模組)
	// BCD開關腳位設定
	int BCD_Pin_1 = 8;
	int BCD_Pin_2 = 9;
	int BCD_Pin_4 = 10;
	int BCD_Pin_8 = 11;
	// 用變數n暫存輸出埠的狀態
	int n1=0, n2=0, n4=0, n8=0, nAll_old=0, nAll_new=0;
	void setup() {
	Serial.begin(9600); // 初始化串列傳輸，鮑率為9600bps。
	}
	void loop() {
	if(digitalRead(BCD_Pin_1) == HIGH) //紀錄輸出埠1的狀態
	n1 = 1;
	else
	n1 = 0;
	if(digitalRead(BCD_Pin_2) == HIGH) //紀錄輸出埠2的狀態
	n2 = 2;
	else
	n2 = 0;
	if(digitalRead(BCD_Pin_4) == HIGH) //紀錄輸出埠4的狀態
	n4 = 4;
	else
	n4 = 0;
	if(digitalRead(BCD_Pin_8) == HIGH) //紀錄輸出埠8的狀態
	n8 = 8;
	else
	n8 = 0;
	nAll_new = n1+n2+n4+n8; //加總得知目前所旋轉的數字
	if(nAll_old != nAll_new) //當改變數字時
	{
	Serial.print("number = "); //將資料輸出至序列埠監控視窗
	Serial.println(nAll_new);
	}
	nAll_old = nAll_new; //把新的值記錄起來
	delay(200);
	}

view raw BCDSwitch_1.ino hosted with ❤ by GitHub

備註:
- 我們利用4個變數n1, n2, n4, n8分別記錄輸出埠1,2,4,8的狀態，然後把結果加總，就會和目前BCD開關所轉到的數字相同

範例結果:

討論:
執行的時候，筆者發現有時候從某個數字轉到下一個數字時，過程中會出現 number = 1, 或 number = 2等等怪怪數字，這是因為當我們轉旋鈕轉到一半的時候，Arduino剛好到偵測當時的狀態，就直接把轉到一半狀態的結果顯示在Serial Monitor上，大家可以把最後一行的時間延長一些，解決此問題。

另外我們的程式讓Arduino判斷當指撥數字改變時才顯示數值，如果一開始指撥數字停在0的地方 (0 = 0)，因此Serial Monitor開啟後不會顯示出任何資訊，但如果一開始指撥數字停在3的地方 (3 != 0)，Serial Monitor開啟後就會馬上顯示出來 number=3 (因為3不等於0)，這樣顯示結果不一致，大家可以動動腦，看看怎麼靠程式修正這個問題!

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