/*
按键处理：使用digitalRead函数读取按键状态，按键未按下时为高电平，按下时为低电平。
通过延时消除按键抖动，每次按键松开后将显示数字加1，超过10时回到0。
*/

const byte disNum[11] = {
    // 数码管各段状态定义（共阴极：1=亮，0=灭）
    //  abcdefgdp  
    0b11111100, //0
    0b01100000, //1
    0b11011010, //2
    0b11110010, //3
    0b01100110, //4
    0b10110110, //5
    0b10111110, //6
    0b11100000, //7
    0b11111110, //8
    0b11110110, //9
    0b00000001  //.
};

const int keyPin = 3;      // 按键引脚
const int dataPin = 9;    // 数据引脚 (DS)
const int clockPin = 10;   // 时钟引脚 (SH_CP)
const int latchPin = 11;    // 锁存引脚 (ST_CP)

void setup() {
    pinMode(dataPin, OUTPUT);
    pinMode(clockPin, OUTPUT);
    pinMode(latchPin, OUTPUT);
    pinMode(keyPin, INPUT);

	digitalWrite(clockPin, LOW);
    digitalWrite(latchPin, LOW);
    displayNumber(0); // 初始显示0
}

int currentNumber = 0;

void loop() {
    if (digitalRead(keyPin) == LOW) { // 检测按键按下
        delay(20); // 消抖
        while (digitalRead(keyPin) == LOW); // 等待按键释放
        delay(20); // 消抖

        currentNumber = (currentNumber + 1) % 11; // 循环0-10
        displayNumber(currentNumber);
    }
}

// 自定义shiftOut函数 - 替代标准库函数  //myShiftOut每次发送8位数据
void myShiftOut(byte dataPin, byte clockPin, byte bitOrder, byte val) {//byte类型就是无符号的8位整数
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
		if (bitOrder == LSBFIRST) {// 如果是低位优先 数据val的顺序和数码管的段的顺序一致
            //LSBFIRST相当于0
            digitalWrite(dataPin, !bitRead(val, i)); // 取反，适配数码管定义
        }
		else {// 如果是高位优先 数据val的顺序和数码管的段的顺序相反 MSBFIRST相当于1
            digitalWrite(dataPin, !bitRead(val, 7 - i)); // 取反，适配数码管定义
        }
        digitalWrite(clockPin, LOW);
		digitalWrite(clockPin, HIGH);//发送上升沿脉冲信号，数据移位
    }
}

// 显示数字函数
void displayNumber(int number) {
    //myShiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, disNum[number]); // 发送数据
	shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, ~disNum[number]);// 发送数据，取反适配数码管定义
    digitalWrite(latchPin, LOW);         // 开始传输
    digitalWrite(latchPin, HIGH);        // 锁存数据
}

程序功能解释

这是一个基于Arduino的数码管显示控制系统，通过按键控制数字显示。主要功能包括：

• 实时检测按键状态，通过消抖处理确保信号稳定
• 每次按下按键后，数码管显示的数字会递增（0-10循环）
• 使用自定义的移位输出函数控制数码管显示

硬件连接说明

• 按键连接到引脚3，采用外部上拉（需外部上拉电阻）
• 数码管通过74HC595移位寄存器控制：
  • 数据引脚(DS)连接到Arduino引脚9
  • 时钟引脚(SH_CP)连接到Arduino引脚10
  • 锁存引脚(ST_CP)连接到Arduino引脚11

关键代码解析

1. 数码管段码定义

const byte disNum[11] = {
    0b11111100, //0
    0b01100000, //1
    ...
    0b00000001  //.
};

• 定义了0-9和小数点的段码（共阴极数码管）
• 每个字节的8位分别对应数码管的a-g和dp段（低位在前）

2. 自定义移位输出函数

void myShiftOut(byte dataPin, byte clockPin, byte bitOrder, byte val) {
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        if (bitOrder == LSBFIRST) {
            digitalWrite(dataPin, !bitRead(val, i));
        } else {
            digitalWrite(dataPin, !bitRead(val, 7 - i));
        }
        digitalWrite(clockPin, LOW);
        digitalWrite(clockPin, HIGH);
    }
}

• 模拟标准库的shiftOut函数，将8位数据逐位移出
• 通过bitRead函数读取数据位，并取反后输出（适配数码管定义）
• 时钟信号采用上升沿触发（LOW->HIGH）

3. 显示控制函数

void displayNumber(int number) {
    shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, ~disNum[number]);
    digitalWrite(latchPin, LOW);
    digitalWrite(latchPin, HIGH);
}

• 实际使用了标准库的shiftOut函数（与自定义函数功能类似）
• 通过取反操作（~disNum[number]）适配数码管段码定义
• 锁存信号控制数据何时更新到输出端

4. 按键处理逻辑

if (digitalRead(keyPin) == LOW) {
    delay(20); // 消抖
    while (digitalRead(keyPin) == LOW); // 等待释放
    delay(20); // 消抖
    currentNumber = (currentNumber + 1) % 11;
    displayNumber(currentNumber);
}

• 检测到按键按下（低电平）后进行消抖处理
• 按键释放后更新显示数字（0-10循环）

代码中的注意事项

1. 引脚配置与取反操作：

   • 数码管段码定义中使用的是共阴极逻辑（1=亮，0=灭）
   • 但在displayNumber函数中使用了~disNum[number]取反操作
   • 这意味着代码中可能存在逻辑冲突，需要根据实际硬件连接调整

2. 自定义函数与标准函数混用：

   • 代码中定义了myShiftOut函数，但在displayNumber中使用了标准库的shiftOut
   • 建议保持一致，避免混淆

3. 按键配置：

   • 代码中使用INPUT模式但未启用内部上拉
   • 需要确保外部有上拉电阻，否则可能导致按键检测不稳定

这个程序通过移位寄存器实现了数码管的控制，并通过按键实现了数字的循环切换，是一个基础的Arduino输入输出控制示例。

四、按键控制数码管

1. 电路连接

在之前的电路基础上，增加一个按键：

• 按键一端连接ESP32的3号引脚（keyPin）
• 按键另一端接地
• 可以在按键两端并联一个10kΩ的上拉电阻，或者使用ESP32内部的上拉电阻（在代码中设置）

2. 代码实现

const int keyPin = 3; // 按键引脚
const int DS = 9; // 数码管DS引脚
const int SH_CP = 10; // 数码管SH_CP引脚
const int ST_CP = 11; // 数码管ST_CP引脚  

// 定义二维数组：存储10个数字+1个小数点的各段状态（共阴极：1=亮，0=灭）
const byte disNum[11][8] = {
{1,1,1,1,1,1,0,0}, //0
{0,1,1,0,0,0,0,0}, //1
{1,1,0,1,1,0,1,0}, //2
{1,1,1,1,0,0,1,0}, //3
{0,1,1,0,0,1,1,0}, //4
{1,0,1,1,0,1,1,0}, //5
{1,0,1,1,1,1,1,0}, //6
{1,1,1,0,0,0,0,0}, //7
{1,1,1,1,1,1,1,0}, //8
{1,1,1,1,0,1,1,0}, //9
{0,0,0,0,0,0,0,1}  //.
};  

int currentNum = 0; // 当前显示的数字

void setup() {
  pinMode(keyPin, INPUT); // 设置按键引脚为输入模式，并启用上拉电阻
  Serial.begin(9600); // 初始化串口通信，波特率为9600
  pinMode(DS, OUTPUT); // 数码管的DS引脚
  pinMode(SH_CP, OUTPUT); // 数码管的SH_CP引脚
  pinMode(ST_CP, OUTPUT); // 数码管的ST_CP引脚
  // 为了避免上电干扰
  digitalWrite(SH_CP, LOW); 
  digitalWrite(ST_CP, LOW); 
  displayNumber(currentNum); // 初始显示0
}  

void displayNumber(int num) { // 数码管显示数字函数
  for (int i = 7; i >= 0; i--) {
    digitalWrite(DS, !disNum[num][i]); // 共阳数码管需要取反
    digitalWrite(SH_CP, LOW); // 拉低移位时钟
    digitalWrite(SH_CP, HIGH); // 拉高移位时钟，产生上升沿，数据移位
  }
  digitalWrite(ST_CP, LOW); // 拉低存储时钟
  digitalWrite(ST_CP, HIGH); // 拉高存储时钟，产生上升沿，数据从移位寄存器传输到存储寄存器，数码管显示
}  

int buttonValue;
void loop() {
  buttonValue = digitalRead(keyPin);
  if (buttonValue == 0) { // 按键按下（由于启用了上拉电阻，按下时为低电平）
    Serial.println("按键按下");
    delay(20); // 跳过按键前沿抖动区域
    // 按键一直按着就会在这里一直执行死循环，等待按键松开
    while (digitalRead(keyPin) == 0);
    delay(20); // 跳过后沿抖动
    Serial.println("按键松开");
    
    // 每次按键后显示下一个数字，循环显示0-10
    currentNum++;
    if (currentNum > 10) {
      currentNum = 0;
    }
    displayNumber(currentNum); // 显示当前数字
  }
  delay(20);
}

3. 代码解析

• 按键处理：使用digitalRead函数读取按键状态，由于启用了上拉电阻，按键未按下时为高电平，按下时为低电平。通过延时来消除按键的抖动。
• 数字切换：每次按键松开后，将当前显示的数字加1，当超过10时回到0，然后调用displayNumber函数显示新的数字。
• 这种按键控制方式可以实现按一次按键切换一个数字的功能，你也可以根据需要修改代码，实现其他功能，比如长按切换模式等。