数位 I/O 视窗当然是要有数位讯号相关功能啦。

数位 I/O 功能

在 Supported Modes 中，可以看到所有支援功能：

DIGITAL_INPUT      (0x00)
DIGITAL_OUTPUT     (0x01)
ANALOG_INPUT       (0x02)
PWM                (0x03)
SERVO              (0x04)
SHIFT              (0x05)
I2C                (0x06)
ONEWIRE            (0x07)
STEPPER            (0x08)
ENCODER            (0x09)
SERIAL             (0x0A)
INPUT_PULLUP       (0x0B)

SPI                (0x0C)
SONAR              (0x0D)
TONE               (0x0E)
DHT                (0x0F)

其中与数位 I/O 相关功能为：

DIGITAL_INPUT      (0x00)
DIGITAL_OUTPUT     (0x01)
INPUT_PULLUP       (0x0B)

以下依序介绍功能。

数位输入（Digital Input）

Uno 的每一只脚位都可以作为数位输入使用，也就是每一只脚位都可以接收 0 至 5V 的电压。

数位输出（Digital Output）

和输入相反，Uno 的每一只脚位也可以作为数位输出使用，也就是可以输出 0 至 5V 的电压。

上拉输入（Input Pullup）

基本上和数位输入相同，都是输入数位讯号，差别在 Uno 会在内部启用上拉电阻，

甚麽是上拉电阻？我们可以先来谈讨以下问题。

电子助教：「一定是 0 吧」

鳕鱼：「答案是『不一定』。」

电子助教：「怎麽那麽多不一定 (´・ω・`) ... 」

鳕鱼：「就像人生一样嘛」

电子助教：「... 」

当 Uno 脚位为数位输入时会进入高阻抗状态，此时如果输入脚位断路，没有任何电压接入，就会处於「浮接（Floating）」状态。

这个时候脚位非常容易受到外部磁场干扰，变成像天线一般的存在，为了避免这种情况，就需要「上拉电阻」登场了。

上拉电阻会在开关断开後，将电压固定至指定电压（Uno 为 5V），而下拉电阻则是固定至 GND（0V）。

想阅读更详细说明的朋友可以参考以下连结：
浮接 Floating 是甚麽? 电路的不确定因素

硬体实作

终於要来实际接电路了！

首先需要准备以下设备与零件：

• 三用电表 * 1

• 面包板 * 1

• 按钮 * 1

  推荐使用这种两只脚的按钮。

  

  

• LED * 1

  全名「发光二极体（light-emitting diode）」，功能与灯泡相同，通电就会发亮。

  准备甚麽颜色都可以。

  

  

• 电阻 220 欧姆 * 1

  用来分配电路中的电压、电流。

  

  

检查硬体

开始连接电路前必须先确认每一个硬体都能正常运作，让除错更有效率，如同单元测试的概念一般。

按钮

利用三用电表确认按钮是否能够正常通导。

如果电表都没有发出哔哔声，那就换一个按钮试试看。

LED

利用三用电表确认 LED 是否能够正常发光。

LED 没有亮的话，可以试试看：

• 探棒交换连结长短脚
• 确保金属接触良好
• 换一个 LED

电阻

利用三用电表确认电阻选用是否正确且功能正常。

如果数值都一直显示 1，可以试试看：

• 确认量测档位正确
• 确保金属接触良好
• 换一个电阻

电子助教：「为甚麽量出来和 220 差有点多？」

鳕鱼：「因为是便宜货嘛 ╮(′～‵〞)╭」

电子助教：（怜悯的眼神 (´● ω ●`)）

鳕鱼：「亮个 LED 用不着精密电阻啦 ⎝(・ω´・⎝)，才不是因为我买不起好嘛！」

电阻依其品质有其允许误差范围，具体判读方式可以参考连结：电阻色码

连接电路

以下为参考接线方式，可以不用完全相同，只要效果相同即可。

使用 Uno 板子上的 5V 为 +、GND 为 -。

数位输入

我们希望讯号平常状态为「低电位（0）」，按下状态为「高电位（1）」，所以这里采用下拉电阻。

上拉输入

因为 Uno 启动内部上拉，所以不需要任何上下拉电阻。

数位输出

长脚一定要接在与 Pin 连接的位置，因为我们要由 Uno 输出高电压推动 LED 灯，所以 Pin 需要连接 LED 的正极。

补充说明

为何 LED 需要串联电阻

如果流经 LED 的电流过大，会导致 LED 过热烧毁，所以需要电阻进行「限流」，不要让电流过大。

换个比喻，电阻就像是河流中的石头，可以减缓水流（减少电流），保护水车（LED）不会被冲坏（烧坏）。

更好的元件驱动方式

其实驱动元件最好的方式应为「透过额外的电晶体（BJT 或 MOSDET 等等）驱动，Uno 只负责提供控制讯号」。

根据官方资料 Uno 所有 I/O 脚位输出总电流不能超过 200mA，若超过容易造成 Uno 损坏，但为了简单呈现效果且只有 1 个 LED 也不会超载，所以在此使用脚位驱动。

总结

• 了解 Firmata 支援的基本数位功能
• 完成数位输入、输出电路