第 10 章
可變電阻位置量測
：滑鼠的控制
10-1 功能簡介
Arduino I/O 控制板具有類比訊號處理的能力，因此可以不用 外接 A/D 轉換電路的情況下，讀入電源電壓值、感測器感測值、
電阻分壓後的電壓值；本實驗主要介紹如何使用 Arduino
Leonardo 讀取可變電阻分壓後的電壓值，透過測得的電壓值大 小判斷可變電阻的旋轉角度、移動位置，進而移動電腦上的滑鼠游 標（以下簡稱鼠標），本章實驗的系統方塊圖如圖 10‑1 所示，
其中按鈕開關 D2 腳用來切換啟動 / 關閉滑鼠模擬功能，按鈕開 關 D3 腳用來模擬滑鼠左鍵功能。
10-1 功能簡介
要讓微控制器板達到可移動電腦上滑鼠游標的目的，通常需要安裝 人機介面裝置（ human interface device ， HID ）及其驅動 程式，不過，目前大部分作業系統已內建 USB 滑鼠驅動程式，所 以跑 HID mouse 不需安裝驅動程式即可使用。
本實驗採用 Arduino Leonardo 或 OZONE 板進行鼠標控制的 仿真能力，若使用 Arduino UNO 板，恐怕只能進行可變電阻分 壓的實驗，無法進行鼠標控制請特別留意。要讓 Arduino UNO 具有 HID 功能不是沒有辦法，但需讓 UNO 板進入 DFU
(Device Firmware Upgrade) 的 USB 協定，並使用 FLIP 更新 Atmega8U2 的韌體後才能達成，可使用 Google 查尋
「 Arduino UNO 進入 DFU mode 」等相關字眼。但無論如 何， Leonardo 板或 OZONE 板的核心只用一顆 MCU 且 MCU 內建 USB ，使用官方專門提供的 Mouse & Keyboard 函式庫
， HID 控制上會比較穩定、方便。
10-2 電路說明
10-2 電路說明
2. Arduino 的類比讀值： Arduino 可使用
analogRead(A0) 的指令進行 A0 接腳的類比讀值
其傳回值為 0 ～ 1023 整數資料型態的內容，若要轉換成電壓 值，可使用底下的程式進行計算。
10-2 電路說明
3. Arduino Leonardo 的模擬鍵盤與滑鼠功能：當
Leonardo 負責串列傳輸與電腦進行通訊並執行程式運作時，
還可以兼任類似電腦的人機介面裝置（ HID ）功能，可同時與 鍵盤或滑鼠進行通訊和動作；官方提供的滑鼠控制函式庫，包 括有：
1) Mouse.begin() ：開始模擬滑鼠連接至電腦，可使用 Mouse.end() 結束模擬。
2) Mouse.move(xVal, yPos, wheel) ：移動已建立連線 之電腦的鼠標，移動是採相對值 xVal 、 yPos 的量，數 值介於– 128 ～ +127 間， wheel 是滾輪移動的相對量
，例如 Mouse.move(100, –100, 0) 代表從現在鼠標 的位置，水平往右移 100 點，垂直往上移 100 點，滾輪 位置 0 點。
10-2 電路說明
3) Mouse.press(button) ：模擬滑鼠按鍵的壓下動作，傳入參 數 button 的選項：
③ 無傳入參數的預設情況下為 MOUSE_LEFT （左鍵）。
④ MOUSE_RIGHT （右鍵）。
⑤ MOUSE_MIDDLE （中間按鍵）。
4) Mouse.release(button) ：模擬滑鼠按鍵的放 開， button 的值同 Mouse.press() 。
5) Mouse.click(button) ： 模擬滑鼠按鍵點一下（ 即
Mouse.press 加 Mouse.release 的動作）， button 的值同 Mouse.press() 。
6) Mouse.isPressed(button) ： 檢查滑鼠按鍵的狀態， 是 否按下， 若 button 壓下則傳回 1 ，否則為 0 ， button 的值同 Mouse.press() 。
10-2 電路說明
1. 圖 10-3 為本實驗的電路圖，共使用到一顆 10kΩ 的可變電 阻 VR 或半可變電阻 SVR ，擔任模擬滑鼠 X 軸的左右移動控 制，還有按鈕開關 S1 模擬滑鼠左鍵功能，按鈕開關 S2 擔任 啟動 / 關閉滑鼠模擬功能的切換開關。
10-2 電路說明
10-2 電路說明
1. 使用麵包板
1) 圖 10-4 所示為使用麵包板進行實驗的接線圖， 可將 ArduinoLeonardo 板固定在一般的麵包板上方便接線。
2) 10kΩ 可變電阻 VR 的 1 、 3 腳位若接錯，則在實驗調 整 VR 時會有順時針旋轉 VR 時鼠標往左跑，逆時針旋轉 VR 時鼠標往右跑的相反情況發生，若有相反情況，將 VR 的 1 、 3 腳對調即可。
10-2 電路說明
10-2 電路說明
2. 使用 Arminno 多功能實驗板
圖 10‑5 所示為使用 Arminno 多功能實驗板的接線情況，
其中開關 S1 、 S2 的位置請記住，實驗時會用到。
10-3 程式設計
Arduino IDE 中提供了一些類比訊號讀值的程式範例， 可在開 啟的 Arduino IDE 中，按功能表列 File → Examples → 03.Analog 後看到官方提供的範例，如圖 10-6 所示，其中有 二個例子可以練習一下：
範例 1 ： AnalogInOutSerial 範例主要提供從 A0 讀入 可變電阻的分壓值，然後經由 map 的映射函式，將 0 ～ 1023 的類比值映射到 0 ～ 255 ，方便對 D9 腳的 LED 進行 PWM 亮度的控制。礙於篇幅，刪除部分註解後的程式條 列如下，請參考檔名 AnalogInOutSerial.ino 。
10-3 程式設計
10-3 程式設計
10-3 程式設計
範例 2 ： AnalogInput 範例主要是透過 A0 讀入可變電阻分 壓值， 並決定 D13 腳 LED 閃爍的延遲時間，故順時針旋轉可變 電阻時，分壓值增加， sensorValue 變大 LED 閃爍變慢，反 之，逆時針旋轉 VR 時，分壓值降低， sensorValue 變小 LED 閃爍變快。刪除部分註解後的程式條列如下，請參考檔名
AnalogInput.ino 。
10-3 程式設計
10-3 程式設計
另外也可開啟 Arduino IDE 提供的滑鼠函式庫範例，從這些練 習中學習滑鼠函式的用法，請按功能表列 File → Examples → 09.USB → Mouse ，查看
ButtonMouseControl 、 JoystickMouseControl 兩個範例
，前者是由上、下、左、右四個方向按鍵與一個模擬滑鼠左鍵，控 制鼠標移動的範例；後者是接一個由兩個可變電阻組成的搖桿模組
，控制鼠標移動的範例，本章程式主要是由
JoystickMouseControl 這個範例程式改寫而來。
10-3 程式設計
10-3 程式設計
10-3 程式設計
10-3 程式設計
10-3 程式設計
10-3 程式設計
10-3 程式設計
10-3 程式設計
10-3 程式設計
10-3 程式設計
2. map(x, in_min, in_max, out_min, out_max) ：數值 映射
1) map 函式可將傳入值 value 從一個值域的範圍 in_min
～ in_max ，對應到另一個值域的範圍 out_min ～ out_max 。
2) 數值映射並沒有限制 out_min ～ out_max 一定是由小到 大，也可由大到小變成反比的數值映射，例如 map(x, 1, 50, 50, 1) ，或是 map(x,1,50,50,–100) 。
3) 映射的函數其實只是數值區間的對應，其函式的完整程式如 下：
10-4 實驗成果
確定好本實驗的電路以及程式後，即可開始進行編譯程式，以及下 載、燒錄、測試的工作；底下以圖 10‑5 的 Arminno 多功能實 驗板的接線情況進行測試：
1.點選 Tools → Serial Monitor ，開啟 Serial Monitor
。
2.按下 S2 開關可啟動滑鼠模擬功能， 此時 Serial Monitor 上會顯示 1 ， 接著顯示讀取到的 VR 電壓值， 再按一次 S2 可 關閉滑鼠模擬功能， 在 Serial Monitor 上顯示 0 。
3.當滑鼠模擬功能啟動時，使用小支一字起子順時針調整可變電阻 可使鼠標往右移動，且調整角度愈大， VR 輸出電壓愈大，映射後 的移動數值愈大，鼠標移動的愈快；反之，逆時針調整 VR 時，輸 出電壓下降，映射後的數值慢慢變小，甚至變成負值，鼠標往左移 動。
10-4 實驗成果
10-5 延伸應用與練習
10-5.1 應用搖桿來控制鼠標
本章的練習只使用到鼠標的 X 軸移動，且可變電阻不會自動移回 中心點（鼠標不移動的中心點），實務拿來操控鼠標不太方便；為 了操作上的方便，可使用市面上賣的雙軸 XY 搖桿模組，內含二個 可變電阻、一個開關，以及具有彈簧拉力的裝置（當手放開時會自 動回到中心點），其外觀及接腳如圖 10‑8 所示。
10-5 延伸應用與練習
只要配合雙軸 XY 搖桿模組的電路，將 VRx 、 VRy 及開關，接至 Arduino 來進行控制即可，底下介紹電路圖及配線圖。
1.電路圖圖 10-9 為雙軸 XY 搖桿模組電路圖，圖中虛框所示為 搖桿模組的內部電路圖，該模組有 5 個接點，分別為 GND 、 5V
、 VRx 、 VRy 、 SW ，其中 GND 、 5V 接至 Arduino 的電 源， VR1 輸出端為 VRx 接至 Arduino 的 A0 ， VR2 輸出端 為 VRy 接至 Arduino 的 A1 ，按鈕開關 S1 模擬滑鼠左鍵接至 Arduino 的 D3 （無提升電阻）。
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
1. 程式碼與 chap10_5.ino 比較，只是多了一組的類比輸入，
以及開關 S1 無提升電阻需啟用內部提升電阻的差異，完整程 式碼如下所示，紅色字所示為差異處。
2. 行號 56 的 abs() 為取絕對值的函式，此行的主要目的是解 決放開搖桿回到中心點時鼠標仍會往某一方向微動的問題，只 要設定一個門檻值，使可變電阻的映射值（ -6 ～ +6 ），其絕 對值小於 2 均視同為不移動。
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
電路配接、程式燒錄完成後，即可來試試搖桿的操控性，以下為開 啟「小畫家」在畫布上畫畫的情況，可在電路上按 S2 按鍵啟動鼠 標功能後練習一下；從練習中應可發現，鼠標移動太快，要點選小 畫家左上方的工具有點困難，因此可修改一下程式的行號 5 ，讓 range=3 縮小鼠標移動的速度，請重新下載燒錄程式，看情況是 否有好轉，當然行號 56 的門檻值設定也是影響無法細部移動的主 要原因。
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
10-5.2 控制鼠標在小畫家上作畫的小練習
為瞭解 Arduino Leonardo 滑鼠函式庫中的指令作用，底下以 一個在小畫家中畫圖的練習作為示範。
Arduino Leonardo 滑鼠函式庫可以模擬滑鼠移動、左鍵按下
、左鍵點一下等功能，這些動作就像人的動作一般，若利用這些模 擬功能，就可以在小畫家、 PhotoImpact 等繪圖軟體中作畫，
達到人比較無法完成的精準定位，以下介紹如何在小畫家畫出 n 邊形的方法。
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
10-5 延伸應用與練習
1. 首先請將程式 chap10_5_2.ino 下載燒錄至 Arduino Leonardo I/O 板。
2. 點選 Arduino IDE 中 Tools → Serial Monitor ， 開 啟 Serial Monitor 監看可變電阻 VR 的調整值，其值域 範圍為 3 ～ 12 ，代表多邊形的邊數，假設調整 VR 為 5
（五邊形），如圖 10-13(a) 所示。
3. 開啟小畫家，點選鉛筆工具，選好顏色，並將鼠標停留在畫布 的適當位置，如圖 10-13(b) 所示。
4. 接著按一下 S2 開關，即可在小畫家上自動畫出如圖 10- 14(a) 所示的五邊形。
5. 在小畫家改點選粉刷功能，點選藍色，並調整可變電阻為三邊 形後，移動鼠標停留在畫布適當位置，按一下 S2 開關即可畫 出如圖 10-14 (b) 的三邊形。
6. 同樣的操作步驟，同學可練習其它的多邊形及筆刷顏色，可得 到許多不同效果喔！
