第4章 ESP32 數位輸入教學：按鍵、Pull-up、Pull-down 與 Debounce

ESP32 除了可以透過 GPIO 控制 LED、Relay、Buzzer 等輸出設備，也必須能夠讀取外部世界的狀態。

最基本的例子就是：

按鍵（Push Button）

看似簡單的一顆按鍵，實際上包含了微控制器數位輸入非常重要的幾個觀念：

• HIGH
• LOW
• GPIO Input
• Floating
• Pull-up
• Pull-down
• INPUT_PULLUP
• INPUT_PULLDOWN
• Contact Bounce
• Debounce
• Edge Detection
• millis()
• 短按與單次觸發

如果沒有理解這些觀念，很容易發生：

按一次按鍵
↓
ESP32 卻判斷成很多次

或者：

完全沒有按按鍵
↓
GPIO 卻不停 HIGH / LOW 跳動

本章將從最基本的 Digital Input 開始，逐步完成：

Push Button
     ↓
ESP32 GPIO
     ↓
digitalRead()
     ↓
Pull-up / Pull-down
     ↓
Debounce
     ↓
Edge Detection
     ↓
LED Control

完成之後，這套程式就可以進一步應用在：

• Relay 開關
• 電子密碼鎖
• 選單控制
• 計數器
• 模式切換
• 啟動／停止鍵
• IoT 控制器
• 工業控制面板

一、什麼是 Digital Input？

Digital Input 就是讓 ESP32 GPIO 判斷外部訊號目前屬於：

HIGH

或：

LOW

Arduino-ESP32 官方 GPIO API 中，GPIO 設為 Input 後，可以透過 digitalRead() 取得 HIGH 或 LOW 狀態。

例如：

Button
   │
   ↓
GPIO27
   │
   ↓
ESP32

ESP32 可以判斷：

Button Released

或：

Button Pressed

二、ESP32 數位輸入最基本的三個函式

Arduino ESP32 GPIO Input 最常使用：

pinMode();
digitalRead();

以及內部電阻設定：

INPUT_PULLUP
INPUT_PULLDOWN

Arduino-ESP32 官方文件目前支援基本模式：

INPUT
OUTPUT
INPUT_PULLUP
INPUT_PULLDOWN

其中 INPUT 為高阻抗輸入，INPUT_PULLUP 啟用內部上拉，INPUT_PULLDOWN 啟用內部下拉。

三、第一個 ESP32 按鍵讀取程式

本章建議使用：

GPIO27

作為按鍵輸入。

GPIO27 不屬於經典 ESP32 的 GPIO34～39 Input-only 特殊群組，也不是 GPIO0、2、5、12、15 這幾個 Strapping Pins，因此很適合做基礎按鍵實驗。經典 ESP32 的特殊 GPIO 分類可由 Espressif 官方 GPIO 文件確認。

先建立最基本程式：

const int BUTTON_PIN = 27;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);
}

void loop()
{
  int buttonState = digitalRead(BUTTON_PIN);

  Serial.println(buttonState);

  delay(100);
}

看起來很簡單。

但是如果 GPIO27 沒有任何外部 Pull-up 或 Pull-down：

GPIO27

可能處於：

Floating

也就是浮動狀態。

四、什麼是 Floating？

如果 GPIO 設成：

pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);

而且外部沒有任何電路把它固定在 High 或 Low，輸入屬於高阻抗狀態。Arduino-ESP32 官方 GPIO 文件也說明，沒有啟用 Pull-up 或 Pull-down 時，Input 會維持高阻抗。

可以想像：

?
          │
       GPIO27
          │
        ESP32

它沒有被可靠地接到：

3.3V

也沒有可靠地接到：

GND

因此可能受到：

• 人體接近
• 電源雜訊
• 周圍線路
• 電磁干擾
• 長導線

影響。

Serial Monitor 可能看到：

1
1
0
1
0
0
1
...

即使完全沒有按按鍵。

這就是：

Floating Input

五、為什麼 Digital Input 一定需要預設狀態？

理想的按鍵應該只有兩種明確狀態：

Released

以及：

Pressed

不能有：

不知道

因此需要讓 GPIO 在「按鍵沒有按下」時，也一定具有明確電位。

最常見方法：

Pull-up

或：

Pull-down

六、什麼是 Pull-up？

Pull-up 中文通常稱為：

上拉電阻

概念：

3.3V
 │
 R
 │
 ├──── GPIO
 │
Button
 │
GND

當按鍵沒有按：

3.3V
 │
 R
 │
GPIO

因此：

GPIO = HIGH

當按鍵按下：

GPIO
 │
Button
 │
GND

因此：

GPIO = LOW

所以 Pull-up 邏輯是：

這一點非常重要。

七、Pull-up 為什麼需要電阻？

不能直接做：

3.3V
 │
GPIO
 │
Button
 │
GND

因為按鍵按下之後就可能形成：

3.3V
 ↓
Button
 ↓
GND

也就是直接短接電源。

Pull-up 電阻則形成：

3.3V
 │
Resistor
 │
GPIO
 │
Button
 │
GND

按鍵按下時，電流受到電阻限制。

八、ESP32 內建 Pull-up

好消息是：

ESP32 的許多 GPIO 已經具有內部 Pull-up / Pull-down 功能。

Arduino-ESP32 官方文件指出，支援內部 Pull-up / Pull-down 的 GPIO 可以透過 pinMode() 啟用；Arduino API 中提供 INPUT_PULLUP 與 INPUT_PULLDOWN。

因此通常不用額外接：

10kΩ Pull-up

只需要：

pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

九、INPUT_PULLUP 按鍵接線

使用：

GPIO27

接按鍵：

ESP32 GPIO27
      │
      │
    Button
      │
      │
     GND

程式：

pinMode(27, INPUT_PULLUP);

ESP32 內部概念：

3.3V
 │
Internal Pull-up
 │
GPIO27
 │
Button
 │
GND

十、INPUT_PULLUP 完整程式

const int BUTTON_PIN = 27;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

  Serial.println();
  Serial.println("ESP32 Button Test");
}

void loop()
{
  int buttonState = digitalRead(BUTTON_PIN);

  if (buttonState == LOW)
  {
    Serial.println("Button Pressed");
  }
  else
  {
    Serial.println("Button Released");
  }

  delay(200);
}

十一、為什麼按下是 LOW？

因為使用：

INPUT_PULLUP

未按：

Internal Pull-up
     ↓
GPIO27
     ↓
HIGH

按下：

GPIO27
   │
Button
   │
GND

所以：

LOW

因此程式：

if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
{
  // Button Pressed
}

非常常見。

十二、什麼是 Pull-down？

Pull-down 中文：

下拉電阻

概念：

3.3V
 │
Button
 │
 ├──── GPIO
 │
 R
 │
GND

沒有按：

GPIO
 │
 R
 │
GND

所以：

GPIO = LOW

按下：

3.3V
 │
Button
 │
GPIO

所以：

GPIO = HIGH

十三、Pull-down 邏輯

也就是正好和：

INPUT_PULLUP

相反。

十四、ESP32 INPUT_PULLDOWN

Arduino-ESP32 官方 API 提供：

INPUT_PULLDOWN

可讓支援內部下拉的 GPIO 使用內建 Pulldown。

例如：

const int BUTTON_PIN = 27;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLDOWN);
}

void loop()
{
  int state = digitalRead(BUTTON_PIN);

  if (state == HIGH)
  {
    Serial.println("Button Pressed");
  }
  else
  {
    Serial.println("Button Released");
  }

  delay(200);
}

接線變成：

3.3V
 │
Button
 │
GPIO27

內部：

GPIO27
 │
Internal Pull-down
 │
GND

十五、Pull-up 與 Pull-down 比較

兩種方式都可以。

本套 ESP32 教材後續按鍵範例會優先使用：

INPUT_PULLUP

也就是：

Button
↓
GND

方便統一程式邏輯。

十六、經典 ESP32 有哪些 GPIO 不能使用內部 Pull-up / Pull-down？

這裡一定要再次提醒。

經典 ESP32：

GPIO34
GPIO35
GPIO36
GPIO37
GPIO38
GPIO39

屬於 Input-only GPIO，而且沒有軟體可啟用的內部 Pull-up / Pull-down。

因此不要假設：

pinMode(34, INPUT_PULLUP);

能像 GPIO27 一樣工作。

如果真的使用 GPIO34：

3.3V
 │
10kΩ
 │
GPIO34
 │
Button
 │
GND

需要：

External Pull-up

十七、GPIO34 按鍵正確概念

例如：

3.3V
 │
10kΩ
 │
 ├──── GPIO34
 │
Button
 │
GND

程式：

const int BUTTON_PIN = 34;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);
}

void loop()
{
  int state = digitalRead(BUTTON_PIN);

  Serial.println(state);

  delay(100);
}

因為 Pull-up 是：

External

而不是：

Internal

十八、GPIO34～39 適合當按鍵嗎？

可以。

因為它們本來就是：

Input Only

但是缺點是必須自行處理：

External Pull-up

或：

External Pull-down

Espressif 官方 Button 元件文件也特別提醒，Input-only IO 不具相同的內部 Pull-up / Pull-down 能力，需要外部電阻。

初學者為了簡單，可以先使用：

GPIO27
GPIO32
GPIO33

這類一般 GPIO。

十九、按鍵真正的問題：Contact Bounce

現在來到這一章最重要的部分。

我們理想中認為：

Button Released
       ↓
Button Pressed

應該是：

HIGH
 ↓
LOW

只有一次變化。

但真正的機械按鍵接點，在按下瞬間可能產生：

HIGH
LOW
HIGH
LOW
HIGH
LOW
LOW
LOW

最後才真正穩定。

這種現象叫做：

Contact Bounce

中文常稱：

按鍵彈跳

二十、按鍵彈跳會造成什麼問題？

假設程式：

if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
{
  counter++;
}

我們希望：

按一次
↓
counter +1

結果卻可能：

按一次
↓
counter +5

甚至更多。

因為 ESP32 執行程式的速度遠快於人類按鍵動作。

人類認為：

只按了一次

CPU 卻可能在這段時間內執行：

loop()
loop()
loop()
loop()
loop()
...

很多次。

二十一、這裡其實有兩個不同問題

初學者經常把兩件事情都叫：

Debounce

但最好分開理解。

第一個：

Contact Bounce（補充說明）

機械接點本身抖動。

第二個：

Level Repeat

只要按鍵一直保持 LOW：

if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
{
  counter++;
}

每一次 loop() 都會再加一次。

因此真正好用的按鍵程式通常需要同時處理：

Debounce
+
Edge Detection

二十二、什麼是 Edge Detection？

假設使用 INPUT_PULLUP。

按鍵：

Released = HIGH
Pressed  = LOW

真正希望偵測的是：

HIGH
 ↓
LOW

這個變化瞬間。

也就是：

Falling Edge

而不是一直判斷：

現在是不是 LOW？

二十三、Level Detection 與 Edge Detection

Level Detection

if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
{
  counter++;
}

如果按住一秒：

LOW
LOW
LOW
LOW
LOW
...

就會一直執行。

Edge Detection

只判斷：

HIGH → LOW

那個瞬間：

Released
   ↓
Pressed

所以：

按一次
=
觸發一次

這才適合：

• 計數器
• LED Toggle
• Relay Toggle
• Menu
• Mode Switch

二十四、最簡單的 Edge Detection 程式

const int BUTTON_PIN = 27;

int lastButtonState = HIGH;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
}

void loop()
{
  int currentButtonState = digitalRead(BUTTON_PIN);

  if (lastButtonState == HIGH &&
      currentButtonState == LOW)
  {
    Serial.println("Button Pressed");
  }

  lastButtonState = currentButtonState;
}

概念：

Previous = HIGH
Current  = LOW

才判斷：

Pressed Event

二十五、Edge Detection 還是不能完全解決 Bounce

因為實際按鍵可能：

HIGH
LOW   ← Press
HIGH
LOW
HIGH
LOW

程式可能看到很多個：

HIGH → LOW

所以仍然可能判斷：

Pressed
Pressed
Pressed

因此還需要：

Debounce

二十六、什麼是 Debounce？

Debounce 中文常翻譯：

防彈跳

核心概念：

GPIO 電位剛變化時，不要立刻把每一次短暫跳動都視為真正的新按鍵事件，而是等待或持續確認一段時間，確定輸入已經穩定。

Espressif 官方 FAQ 也提出利用軟體對 Digital Input 進行多次 Sampling / Filtering，降低短暫電位變化造成誤判的方式。

二十七、Debounce 有哪些方法？

主要可以分：

Debounce
 │
 ├── Hardware Debounce
 │
 └── Software Debounce

Software 又可以：

Software
 │
 ├── delay()
 │
 ├── millis()
 │
 ├── Sampling
 │
 └── State Machine

本章主要使用：

delay()

以及：

millis()

二十八、方法一：delay() Debounce

最簡單的方法：

if (buttonState == LOW)
{
  delay(30);

  if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
  {
    // Confirm Pressed
  }
}

這裡使用：

30 ms

只是本教材的起始實驗值，不是所有按鍵都必須使用 30 ms。

不同：

• 按鍵
• 開關
• 電路
• 線長
• 環境

都可能需要調整。

二十九、delay() Debounce 完整範例

const int BUTTON_PIN = 27;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
}

void loop()
{
  if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
  {
    delay(30);

    if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
    {
      Serial.println("Button Pressed");

      while (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
      {
        delay(10);
      }

      delay(30);
    }
  }
}

這個版本可以做到：

按一次
↓
輸出一次

三十、這個程式為什麼有效？

流程：

Button LOW
   ↓
wait 30 ms
   ↓
still LOW?
   ↓
YES
   ↓
Pressed
   ↓
等待 Release

所以不會在按住期間一直重複：

Pressed
Pressed
Pressed

三十一、但是 delay() 有一個很大的缺點

這一段：

delay(30);

會暫停程式。

更明顯的是：

while (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
{
  delay(10);
}

使用者如果按住按鍵：

3 秒

程式可能就在這裡等待：

3 秒

期間其他工作可能無法按原本 loop 流程正常執行。

如果 ESP32 同時需要：

Read Sensor
Update LCD
Control Relay
MQTT
Web Server
LED Animation

這種 Blocking 寫法就不理想。

三十二、什麼是 Blocking？

Blocking 可以理解成：

目前工作沒有完成
↓
其他 loop 工作先等

例如：

delay(5000);

會讓目前執行流程等待：

5 秒

對非常簡單的 LED / Button 教學沒有問題。

但是進入 IoT 專題後，我們更希望：

Button
Sensor
Display
Wi-Fi
MQTT
Relay

可以一起被程式持續處理。

所以要進一步學：

millis()

三十三、什麼是 millis()？

Arduino Framework 的：

millis()

可以取得程式執行後經過的毫秒計數。

概念：

0
1
2
3
...
1000
1001
...

我們可以記錄：

按鍵最後一次變化時間

然後判斷：

現在時間 - 最後變化時間

是否已經超過 Debounce Interval。

三十四、millis() Debounce 核心概念

假設：

const unsigned long DEBOUNCE_DELAY = 30;

當讀到 Button State 改變：

HIGH → LOW

先記錄：

lastDebounceTime = millis();

然後等待訊號持續穩定超過：

30 ms

才正式承認：

Button Pressed

三十五、完整 millis() Debounce 程式

以下是一個很重要的基礎版本：

const int BUTTON_PIN = 27;

int stableButtonState = HIGH;
int lastReading = HIGH;

unsigned long lastDebounceTime = 0;

const unsigned long DEBOUNCE_DELAY = 30;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

  Serial.println();
  Serial.println("ESP32 Debounce Test");
}

void loop()
{
  int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);

  if (reading != lastReading)
  {
    lastDebounceTime = millis();
  }

  if ((millis() - lastDebounceTime) >= DEBOUNCE_DELAY)
  {
    if (reading != stableButtonState)
    {
      stableButtonState = reading;

      if (stableButtonState == LOW)
      {
        Serial.println("Button Pressed");
      }
      else
      {
        Serial.println("Button Released");
      }
    }
  }

  lastReading = reading;
}

三十六、這個程式的工作方式

第一步：

int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);

讀取目前 GPIO。

第二步：

if (reading != lastReading)
{
  lastDebounceTime = millis();
}

如果發現輸入改變：

重新開始 Debounce Timer

第三步：

if ((millis() - lastDebounceTime) >= DEBOUNCE_DELAY)

表示這個狀態已經穩定至少：

30 ms

第四步：

if (reading != stableButtonState)

只有真正穩定狀態改變時才處理。

第五步：

if (stableButtonState == LOW)

代表：

Button Pressed

這樣就不需要：

delay(30);

也不用：

while(...)

阻塞整個程式。

三十七、為什麼用 millis() 比 delay() 更適合 IoT？

假設 ESP32 同時處理：

Button
 │
 ├── DHT22
 ├── OLED
 ├── Relay
 ├── Wi-Fi
 └── MQTT

使用 millis() 時：

Button Debounce

不需要把 CPU 卡在等待流程。

所以 loop 還可以繼續處理：

Sensor
Network
Display
Control

這是後面 ESP32 專題非常重要的程式設計觀念。

三十八、實作：按一次切換 LED ON / OFF

現在把 Debounce 真正變成有用的控制器：

Button
   ↓
ESP32
   ↓
 LED

要求：

按第 1 次
→ LED ON

按第 2 次
→ LED OFF

按第 3 次
→ LED ON

也就是：

Toggle

三十九、材料

• ESP32 × 1
• Push Button × 1
• LED × 1
• 220Ω～330Ω 電阻 × 1
• Breadboard
• Jumper Wire

GPIO：

Button
→ GPIO27

LED
→ GPIO23

四十、接線

Button

GPIO27
  │
Button
  │
GND

使用：

INPUT_PULLUP

LED

GPIO23
  │
220Ω
  │
LED
  │
GND

四十一、完整 Button Toggle LED 程式

const int BUTTON_PIN = 27;
const int LED_PIN = 23;

int stableButtonState = HIGH;
int lastReading = HIGH;

bool ledState = false;

unsigned long lastDebounceTime = 0;

const unsigned long DEBOUNCE_DELAY = 30;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

  digitalWrite(LED_PIN, LOW);

  Serial.println();
  Serial.println("===========================");
  Serial.println(" ESP32 Button Toggle LED");
  Serial.println("===========================");
}

void loop()
{
  int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);

  if (reading != lastReading)
  {
    lastDebounceTime = millis();
  }

  if ((millis() - lastDebounceTime) >= DEBOUNCE_DELAY)
  {
    if (reading != stableButtonState)
    {
      stableButtonState = reading;

      if (stableButtonState == LOW)
      {
        ledState = !ledState;

        digitalWrite(
          LED_PIN,
          ledState ? HIGH : LOW
        );

        if (ledState)
        {
          Serial.println("Button Pressed -> LED ON");
        }
        else
        {
          Serial.println("Button Pressed -> LED OFF");
        }
      }
    }
  }

  lastReading = reading;
}

四十二、程式執行流程

Read Button
     ↓
State changed?
     │
    YES
     ↓
Start Debounce Timer
     ↓
Stable >= 30 ms?
     │
    YES
     ↓
New stable state?
     │
    YES
     ↓
Pressed?
     │
    YES
     ↓
Toggle LED

四十三、什麼是這一行？

ledState = !ledState;

假設：

ledState = false

執行：

!ledState

就變成：

true

下一次：

true
↓
false

所以：

OFF → ON → OFF → ON

這就是 Toggle 最簡單的寫法。

四十四、為什麼 Toggle 必須搭配 Edge Detection？

如果直接：

if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
{
  ledState = !ledState;
}

當你按住按鍵時：

loop 1 → Toggle
loop 2 → Toggle
loop 3 → Toggle
loop 4 → Toggle
...

LED 可能高速：

ON
OFF
ON
OFF
...

所以真正需要的是：

Button Press Event

而不是：

Button Is Low

這是數位輸入程式設計非常重要的差別。

四十五、實作：按鍵計數器

將 Toggle 改成計數器也很簡單。

新增：

unsigned long pressCount = 0;

在穩定 Pressed Event：

pressCount++;

Serial.print("Press Count = ");
Serial.println(pressCount);

四十六、完整 Debounce Counter

const int BUTTON_PIN = 27;

int stableButtonState = HIGH;
int lastReading = HIGH;

unsigned long lastDebounceTime = 0;
unsigned long pressCount = 0;

const unsigned long DEBOUNCE_DELAY = 30;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

  Serial.println();
  Serial.println("ESP32 Button Counter");
}

void loop()
{
  int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);

  if (reading != lastReading)
  {
    lastDebounceTime = millis();
  }

  if ((millis() - lastDebounceTime) >= DEBOUNCE_DELAY)
  {
    if (reading != stableButtonState)
    {
      stableButtonState = reading;

      if (stableButtonState == LOW)
      {
        pressCount++;

        Serial.print("Press Count = ");
        Serial.println(pressCount);
      }
    }
  }

  lastReading = reading;
}

按：

1 次

輸出：

Press Count = 1

再按：

Press Count = 2

而不是：

1
2
3
4
5
6

一次跳很多筆。

四十七、按鍵狀態可以分成哪些事件？

未來完整的人機介面，不只有：

Pressed

還可以區分：

Press
Release
Single Click
Double Click
Long Press
Repeat Press

Espressif 官方 IoT Button Component 本身也提供 Press、Release、Single Click、Double Click、Multiple Click、Long Press 等事件模型。

因此本章學到的：

Stable State
+
Edge
+
Timing

正是後續建立：

Short Press
Long Press
Double Click

的基礎。

四十八、如何判斷長按？

概念：

Button Pressed
     ↓
記錄時間
     ↓
Button Released
     ↓
Released Time - Press Time

例如自行定義：

< 1000 ms
→ Short Press

>= 1000 ms
→ Long Press

這裡的 1000 ms 是應用程式自行定義的人機介面規則，不是 ESP32 的硬體限制。

四十九、簡單 Long Press 概念程式

unsigned long pressStartTime = 0;

if (buttonPressed)
{
  pressStartTime = millis();
}

if (buttonReleased)
{
  unsigned long pressTime =
    millis() - pressStartTime;

  if (pressTime >= 1000)
  {
    Serial.println("Long Press");
  }
  else
  {
    Serial.println("Short Press");
  }
}

後面可以用：

短按
→ 切換功能

長按
→ 進入設定模式

很適合：

• LCD Menu
• IoT Controller
• Relay Timer
• 電子時鐘
• 密碼鎖

五十、Software Debounce 與 Hardware Debounce

除了程式，也可以從硬體處理按鍵。

Software Debounce

優點：

• 不增加零件。
• 容易調整。
• 適合一般 Arduino / ESP32 專題。
• 可以結合 Edge、Long Press、Double Click。

例如：

millis()
+
State Machine

Hardware Debounce

可以使用：

Resistor
+
Capacitor

甚至：

Schmitt Trigger

等方式先處理訊號。

概念：

Mechanical Button
      ↓
RC Filter
      ↓
Cleaner Signal
      ↓
ESP32

對抗雜訊要求較高或具有特定即時性要求的設計，可能會使用硬體與軟體一起處理。

五十一、簡單 RC Debounce 概念

例如：

3.3V
 │
10kΩ
 │
 ├──── GPIO
 │       │
Button   C
 │       │
GND     GND

RC 可以讓非常短暫的電位變化被平滑。

但實際：

R
C

數值需要根據：

• 開關特性
• 需要的反應速度
• GPIO Threshold
• 系統需求

設計，而不是看到網路範例就固定照抄。

一般入門 ESP32 專題先使用：

Software Debounce

已經足夠學習大部分按鍵控制。

五十二、為什麼不建議用很長的 delay 做 Debounce？

例如：

delay(500);

雖然可能讓：

重複觸發

變少。

但代價是：

按鍵反應慢
+
整個程式被阻塞

這不是好的 Debounce 方法。

Debounce 的目標不是：

讓 CPU 等很久

而是：

確認 Input 已經穩定

五十三、ESP32 Button + Relay 可以怎麼做？

完成本章程式後，把：

LED

換成：

Relay Module

就可以做到：

Button
   ↓
ESP32
   ↓
Relay
   ↓
Load

例如：

第一次按
→ Relay ON

第二次按
→ Relay OFF

程式核心仍然：

relayState = !relayState;

但是要注意 Relay Module 可能是：

Active HIGH

或：

Active LOW

必須依實際模組規格確認。

五十四、按鍵為什麼很適合使用 Serial Monitor 除錯？

測試時先不要急著控制 Relay。

先：

Serial.println("Button Pressed");

確認：

一次按下
=
一次 Pressed

再接：

LED

最後才接：

Relay

推薦順序：

Button
 ↓
Serial
 ↓
LED
 ↓
Relay

比一次全部接上更容易找到問題。

五十五、ESP32 Button Debug 流程

按鍵沒有反應時：

Step 1
確認 GPIO Number
      ↓
Step 2
確認 GND
      ↓
Step 3
確認 pinMode
      ↓
Step 4
確認 Pull-up / Pull-down
      ↓
Step 5
Serial.print digitalRead()
      ↓
Step 6
確認 Pressed 邏輯 HIGH / LOW
      ↓
Step 7
加入 Debounce
      ↓
Step 8
最後才控制 Relay / Menu

五十六、常見錯誤 1：INPUT_PULLUP 邏輯寫反

錯誤：

if (digitalRead(BUTTON_PIN) == HIGH)
{
  Serial.println("Pressed");
}

如果按鍵：

GPIO → Button → GND

並使用：

INPUT_PULLUP

通常應該是：

LOW

代表 Pressed。

五十七、常見錯誤 2：INPUT 模式沒有任何電阻

例如：

pinMode(27, INPUT);

接一顆開關，但 Released 時 GPIO 懸空。

結果：

HIGH
LOW
HIGH
LOW

亂跳。

解決：

INPUT_PULLUP

或者：

INPUT_PULLDOWN

或者：

External Pull Resistor

五十八、常見錯誤 3：GPIO34 使用 INPUT_PULLUP

經典 ESP32 GPIO34～39 不具有軟體可啟用的內部 Pull-up / Pull-down。

改成：

External Resistor

或者換：

GPIO27
GPIO32
GPIO33

五十九、常見錯誤 4：按一次計數很多次

如果程式：

if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
{
  count++;
}

問題可能包含：

Level Repeat
+
Mechanical Bounce

應該加入：

Edge Detection
+
Debounce

六十、常見錯誤 5：只用 delay(500) 解決所有問題

雖然看起來：

可以用

但會讓程式反應遲鈍，而且不適合後面的：

Wi-Fi
MQTT
LCD
Sensor
Web Server

專題。

更推薦：

millis()

非阻塞 Debounce。

六十一、常見錯誤 6：按鍵四腳接錯

常見 6×6 mm Tact Switch 有：

4 Pins

但實際常是：

A ─── A

B ─── B

同一側兩腳內部可能已相通。

按下後才：

A
│
B

導通。

如果把導線全部接在同一組已經相通的腳，按不按可能都沒有差別。

所以最好使用：

Multimeter Continuity

先確認按鍵內部接點。

六十二、常見錯誤 7：按鍵沒有共地

例如 ESP32 和外部電路分開供電時：

ESP32 GND

與外部訊號來源通常必須具有正確共同參考電位。

如果 GND 沒有正確建立：

GPIO High / Low

就可能無法可靠判斷。

六十三、按鍵接線速查

INPUT_PULLUP（補充說明）

GPIO
 │
Button
 │
GND

程式：

pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

邏輯：

Released = HIGH
Pressed  = LOW

INPUT_PULLDOWN

3.3V
 │
Button
 │
GPIO

程式：

pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLDOWN);

邏輯：

Released = LOW
Pressed  = HIGH

六十四、Pull-up / Pull-down 快速記憶方式

可以記：

Pull-UP
↓
沒按時拉向 UP
↓
HIGH

所以：

INPUT_PULLUP
Released = HIGH

Pull-DOWN
↓
沒按時拉向 DOWN
↓
LOW

所以：

INPUT_PULLDOWN
Released = LOW

六十五、ESP32 官方 GPIO API 重點

Arduino-ESP32 官方目前將：

pinMode()

用於設定 GPIO Mode，

digitalRead()

用於讀取 Input 狀態，而：

INPUT_PULLUP
INPUT_PULLDOWN

則可啟用內部 Pull-up / Pull-down。

因此本章最核心 API 就是：

pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);

int state = digitalRead(BUTTON_PIN);

六十六、本章推薦的正式 Button 架構

後續所有專題，建議不要再使用：

if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW)
{
  delay(500);
}

而逐步統一成：

Read Input
    ↓
Detect Change
    ↓
Debounce Timer
    ↓
Stable State
    ↓
Edge Event
    ↓
Application Action

也就是：

GPIO
↓
Debounce
↓
Event
↓
Function

這樣未來可以很容易從：

LED

換成：

Relay
Menu
Motor
Wi-Fi Command
MQTT Publish

六十七、專題範例：ESP32 人機按鍵控制器

例如未來建立：

Button 1
   │
   ├── GPIO32
   │
Button 2
   │
   ├── GPIO33
   │
Button 3
   │
   └── GPIO27
         ↓
       ESP32
         │
    ┌────┼────┐
    │    │    │
   LED Relay OLED

可以定義：

Button 1
→ 上一頁

Button 2
→ 下一頁

Button 3
→ Enter

這就是 LCD / OLED 人機介面的基本架構。

六十八、專題範例：啟動／停止控制

例如：

START Button
→ GPIO32

STOP Button
→ GPIO33

ESP32：

START
   ↓
System Running

STOP
   ↓
System Stop

進一步可以控制：

Relay
Fan
Pump
Motor

但每一顆機械按鍵都應該考慮：

Debounce

而不是直接讀取 GPIO 就執行控制。

六十九、本章最重要的程式版本

如果只保存一個範例，建議保存：

const int BUTTON_PIN = 27;

int stableButtonState = HIGH;
int lastReading = HIGH;

unsigned long lastDebounceTime = 0;

const unsigned long DEBOUNCE_DELAY = 30;

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT_PULLUP);
}

void loop()
{
  int reading = digitalRead(BUTTON_PIN);

  if (reading != lastReading)
  {
    lastDebounceTime = millis();
  }

  if ((millis() - lastDebounceTime) >= DEBOUNCE_DELAY)
  {
    if (reading != stableButtonState)
    {
      stableButtonState = reading;

      if (stableButtonState == LOW)
      {
        Serial.println("PRESSED");
      }
      else
      {
        Serial.println("RELEASED");
      }
    }
  }

  lastReading = reading;
}

因為這個架構後面可以直接改成：

PRESSED
 ↓
LED Toggle
Relay Toggle
Counter
Menu Select
Start
Stop
Mode Change

七十、本章實作成果

完成本章後，你應該已經能夠解釋：

Digital Input

HIGH
LOW

Floating（補充說明）

沒有固定電位

Pull-up

Released = HIGH
Pressed  = LOW

Pull-down

Released = LOW
Pressed  = HIGH

Debounce（補充說明）

過濾短暫不穩定輸入

Edge Detection（補充說明）

偵測狀態變化事件

並完成：

Button
↓
Debounce
↓
Toggle LED

這已經是一個真正可以用在後續專題的數位輸入架構。

七十一、本章總結

ESP32 按鍵程式看似只需要：

digitalRead();

但真正可靠的數位輸入至少包含四個核心觀念：

1. 不讓 Input Floating

使用：

Pull-up

或：

Pull-down

2. 理解 Active LOW

使用：

INPUT_PULLUP

時：

Released = HIGH
Pressed  = LOW

3. 處理 Contact Bounce

機械按鍵在切換瞬間可能產生多次短暫電位變化，因此必須進行：

Debounce

Espressif 官方文件也建議可透過軟體 Sampling / Filtering 對 Digital Input 進行去抖處理。

4. 使用 Edge Event，而不是只看 Level

不要只問：

按鍵現在是不是 LOW？

更應該判斷：

剛剛是不是從 HIGH 變 LOW？

因此：

Digital Input
      ↓
Pull-up
      ↓
Debounce
      ↓
Edge Detection
      ↓
Button Event

才是後續 ESP32 人機控制程式真正需要的架構。

七十二、下一章

接下來將從：

Digital

進入：

Analog

下一章：

第 5 章　ESP32 ADC 類比輸入完整教學：AnalogRead、ADC1 / ADC2、電位器與感測器

將進一步介紹：

Analog Voltage
      ↓
ADC
      ↓
ESP32
      ↓
analogRead()
      ↓
0～4095
      ↓
Voltage

並進一步理解：

ADC1
ADC2
Resolution
Attenuation
Wi-Fi
Potentiometer
LDR
Analog Sensor

特別是經典 ESP32 的 ADC2 與 Wi-Fi 使用限制，是後面 IoT Sensor 專題非常重要的硬體觀念；Espressif 官方 GPIO 文件目前也特別提醒，經典 ESP32 使用 Wi-Fi 時應注意 ADC2 資源限制。