第 17 章　專題製作

本章目標

• 學完你會照著「問題 → 規劃 → 接線 → 程式 → 測試 → 展示」六個步驟，把一個想法變成會動的作品。
• 學完你會獨立完成五個專題中的至少兩個：一個用 UNO、一個用 ESP32。
• 學完你會用示波器或邏輯分析儀「證明」你的作品真的照你想的方式在運作，而不是只看它會不會動。
• 學完你會寫一份有量測數據的專題報告，並在三分鐘內把作品講清楚。

開場：從「會動」到「我知道它為什麼會動」

社團成果發表會前兩週，小安把一個夜燈接好了：天黑 LED 就亮，天亮就暗。她很開心，直到隔壁的學長問了一句：「你的燈是漸漸變亮，還是一下子跳亮？」她愣住了。肉眼看起來好像是漸漸的……但她沒辦法確定，也說不出 LED 收到的訊號到底長什麼樣。

學長把示波器探棒鉤上去，螢幕上出現一串方波，寬窄正在慢慢變化。「這叫占空比，你第 14 章學過。你的燈的確是漸亮的，而且從全暗到全亮花了大概 2.5 秒。把這張波形放進報告，評審一看就知道你不只是接對線，你還懂它。」

這一章就是要帶你走到那一步。前面十六章你學了元件、儀器和程式；現在要把它們組合成完整的作品，而且每一個作品都要能用儀器拿出證據。五個專題難度由淺到深，你可以挑一個做，也可以全部做完。最後我們會談怎麼寫報告、怎麼上台。

核心概念

專題的六個步驟

比喻：做專題像蓋一間樹屋。你不會一開始就釘木板，而是先想「要給誰用、要多大」（問題），畫個草圖、列材料（規劃），再搭骨架（接線）、裝門窗（程式），爬上去跳一跳看會不會垮（測試），最後邀朋友來參觀（展示）。

 ┌──────┐   ┌──────┐   ┌──────┐   ┌──────┐   ┌──────┐   ┌──────┐
 │ 問題 │──►│ 規劃 │──►│ 接線 │──►│ 程式 │──►│ 測試 │──►│ 展示 │
 └──────┘   └──────┘   └──────┘   └──────┘   └──┬───┘   └──────┘
                 ▲                                │
                 └────── 測試不過就回頭改 ─────────┘

1. 問題：用一句話說清楚「誰、在什麼情況下、需要什麼」。例如：「晚上起床上廁所的人，需要一盞不刺眼、會自己亮的小燈。」寫不出這句話，後面都會很模糊。

2. 規劃：把問題拆成「輸入 → 處理 → 輸出」三格，再把每一格填上你會的元件。

填好以後，列材料清單，並且翻回前面的章節確認每個元件你都接過。這一步最常被跳過，也最常導致後面卡住。

3. 接線：先接電源和 GND，再接輸入，最後接輸出。每接完一部分就用三用電表量一下該有電壓的地方有沒有電壓。一次只接一個部分。

4. 程式：先寫「最小可動版本」，例如只讀感測器印到序列埠；確認數字合理，再加判斷；最後加輸出。每加一段就上傳一次。千萬不要一口氣寫完 100 行才第一次上傳。

5. 測試：分三層。第一層「看起來會動」；第二層「序列埠印出的數字合理」；第三層「用示波器或邏輯分析儀量到的波形跟程式設定的一樣」。本章每個專題都會做到第三層。

6. 展示：準備一張海報或三張投影片、一段兩分鐘的現場操作、一份附量測數據的報告。章末會細講。

專題程式的共同骨架

五個專題的程式看起來很長，但骨架都一樣：

// 1. 腳位與常數：所有數字集中放在最上面，要調整時不用到處找
// 2. 全域變數：記住「現在的狀態」，例如 LED 亮度、風扇段速
// 3. 小函式：每個函式只做一件事（讀感測器、更新螢幕、處理網頁）
// 4. setup()：設定腳位、啟動序列埠、連 Wi-Fi、初始化螢幕
// 5. loop()：用 millis() 排程，不要用長 delay()

第 5 點在 ESP32 專題裡特別重要：網頁伺服器需要 loop() 一直跑 server.handleClient()，一個 delay(2000) 就會讓手機按鈕兩秒沒反應。寫法是記住「上次做這件事的時間」，每圈 loop() 檢查「現在減上次」有沒有超過間隔：

if (millis() - lastReadTime >= 2000) {   // 距離上次讀已經 2 秒了嗎？
  lastReadTime = millis();               // 記住這次的時間
  readSensor();                          // 做該做的事
}

除錯的三個習慣

1. 先量電，再看程式：七成的「不會動」是接線問題。三用電表量 VCC 和 GND 之間有沒有正確電壓，是第一件事。
2. 每個關鍵數值都 Serial.print()：感測器讀值、算出來的 PWM 值、收到的網頁路徑。看得到數字才知道哪一段出錯。
3. 一次只改一個地方：改了接線就不要同時改程式。不然你不知道是哪個改動讓它好起來或壞掉。

動手做

每個專題的結構都一樣：目標 → 材料 → 接線 → 程式 → 測試方法 → 延伸挑戰。「測試方法」裡至少有一項要用示波器或邏輯分析儀，請把量到的數字填進表格，這些就是你報告裡的證據。

實驗 17-1：專題一　智慧夜燈

目標

做一盞用光敏電阻感應環境亮度的夜燈。環境越暗，LED 越亮；而且亮度是漸漸變化的，不會一下子跳亮或跳暗。整個過程用示波器證明 PWM 占空比真的在連續變化。

材料

• Arduino UNO ×1
• 光敏電阻（LDR）×1
• 10kΩ 電阻 ×1
• 白色 LED ×1（紅色也可以，但夜燈用白色或暖色比較像真的）
• 220Ω 電阻 ×1
• 麵包板、杜邦線

接線

 UNO 5V ────[ LDR ]────┬────[ 10kΩ ]──── GND
                       │
                    UNO A0

 UNO D9 ──[ 220Ω ]──►|── GND
                    白色 LED

文字說明：

• UNO 5V → 光敏電阻一腳；光敏電阻另一腳 → A0，同一點 → 10kΩ → GND。
• UNO D9 → 220Ω → LED 長腳；LED 短腳 → GND。

光敏電阻在亮的時候電阻小（幾百歐姆），暗的時候電阻大（幾十 kΩ 以上）。這個分壓器讓 A0 在亮的時候電壓高、暗的時候電壓低，第 13 章做過。

程式

// 專題一：智慧夜燈（UNO）
// 天暗 → LED 漸亮；天亮 → LED 漸暗

const int ldrPin = A0;         // 光敏電阻分壓點
const int ledPin = 9;          // PWM 腳位，接 LED

// 這兩個數值要依你的教室調整：先看序列埠，記下「蓋住」和「正常光」的讀值
const int darkValue   = 200;   // 低於這個算全暗 → LED 全亮
const int brightValue = 700;   // 高於這個算全亮 → LED 全暗

int currentBrightness = 0;     // 目前 LED 的 PWM 值（0–255）
const int fadeStepDelay = 10;  // 每 10 毫秒調整 1，全程 255 步 ≈ 2.5 秒

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("smart night light start");
}

void loop() {
  int light = analogRead(ldrPin);                    // 0–1023，越亮越大

  // 把亮度讀值對應成「目標 LED 亮度」：暗 → 255，亮 → 0
  int target = map(light, darkValue, brightValue, 255, 0);
  target = constrain(target, 0, 255);               // 超出範圍就夾在 0–255

  // 每圈只往目標走一步，所以變化是漸漸的
  if (currentBrightness < target) {
    currentBrightness++;
  } else if (currentBrightness > target) {
    currentBrightness--;
  }
  analogWrite(ledPin, currentBrightness);           // 輸出 PWM

  // 印成「名稱:數值」格式，序列繪圖器會畫成兩條線
  Serial.print("light:");
  Serial.print(light);
  Serial.print(",led:");
  Serial.println(currentBrightness);

  delay(fadeStepDelay);
}

步驟

1. 接線完成後，先用三用電表量 A0 對 GND：正常光線下應該有 2–4V，用手蓋住光敏電阻會掉到 1V 以下。沒有變化就是分壓器接錯了。
2. 上傳程式，打開序列繪圖器（工具 → 序列繪圖器，鮑率 9600）。
3. 看 light 那條線，在正常光線和蓋住的情況各記一個數值，填進程式的 brightValue 和 darkValue，重新上傳。
4. 用手慢慢蓋住光敏電阻，看 LED 和 led 那條線。

你應該看到

蓋住光敏電阻後，light 線立刻往下掉，但 led 線是一條斜斜往上爬的線，花大約 2.5 秒才到 255；LED 也跟著慢慢變亮。放開手則反過來。

測試方法（示波器）

探棒鉤 D9，鱷魚夾接 GND。設定 2 V/div、500 µs/div、觸發 CH1 上升緣 2.5V。

電壓（LED 全暗，占空比 0%）
 5V ┤
 0V ┼──────────────────────────── 時間

電壓（半亮，占空比約 50%）
 5V ┤  ┌────┐    ┌────┐    ┌────┐
 0V ┼──┘    └────┘    └────┘    └─

電壓（LED 全亮，占空比 100%）
 5V ┤──────────────────────────────
 0V ┼
      ◄────────►
       約 2.04 ms（490 Hz）

用手慢慢蓋住光敏電阻，你會看到方波的「高的部分」慢慢變寬，直到整條線貼在 5V。用示波器的自動量測功能讀「頻率」和「正占空比（+Duty）」，填表：

舉例：如果示波器讀到占空比 40%，0.40 × 255 = 102，應該跟序列埠印的 led 值差不多。頻率應該接近 490 Hz，這是 UNO D9 的 PWM 頻率。

延伸挑戰

• 加一顆按鈕（D2，INPUT_PULLUP）：按一下切換「自動／強制關燈」，半夜不想被亮到的時候可以關掉。
• 把 LED 換成 2N2222 電晶體驅動三顆白色 LED 並聯（第 9 章接法），亮度夠照亮床邊。
• 加一個「亮了 30 分鐘就自動變暗」的功能，用 millis() 計時。

實驗 17-2：專題二　溫濕度氣象站

目標

做一台放在教室的氣象站：OLED 顯示目前溫濕度和今天的最高、最低溫；手機打開網頁可以看到目前數值和最近 24 筆溫度的長條圖。用邏輯分析儀證明 ESP32 確實用 I2C 在跟 OLED 講話。

材料

• ESP32 DevKit V1 ×1
• DHT11 溫濕度感測器 ×1
• 0.96 吋 OLED（SSD1306，I2C）×1
• 10kΩ 電阻 ×1（裸元件四腳版 DHT11 才需要）
• 麵包板、杜邦線
• USB 邏輯分析儀（測試用）

接線

                 ┌─────────────────┐
     3V3 ────────┤ VCC    DHT11    │
     GPIO 4 ─────┤ DATA            │
     GND ────────┤ GND             │
                 └─────────────────┘
                 ┌─────────────────┐
     3V3 ────────┤ VCC    OLED     │
     GND ────────┤ GND   SSD1306   │
     GPIO 21 ────┤ SDA             │
     GPIO 22 ────┤ SCL             │
                 └─────────────────┘

文字說明：跟第 16 章實驗 16-4 完全一樣。DHT11 DATA → GPIO 4；OLED SDA → GPIO 21、SCL → GPIO 22；兩個元件都用 3V3 和 GND。

程式

// 專題二：溫濕度氣象站（ESP32）
// OLED 顯示目前值與最高最低溫，網頁顯示數值與最近 24 筆長條圖
#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include <DHT.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

const char* ssid     = "你的Wi-Fi名稱";
const char* password = "你的Wi-Fi密碼";

#define DHTPIN 4
DHT dht(DHTPIN, DHT11);
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, -1);
WebServer server(80);

float temperature = 0, humidity = 0;      // 目前值
float tempMax = -100, tempMin = 100;      // 開機以來的最高、最低溫

const int HISTORY_SIZE = 24;              // 記最近 24 筆
float tempHistory[HISTORY_SIZE];
int historyCount = 0;                     // 目前記了幾筆
// 展示時可以把 60000 改成 5000（每 5 秒一筆），長條圖很快就會長出來
const unsigned long HISTORY_INTERVAL = 60000UL;
unsigned long lastHistoryTime = 0;
unsigned long lastReadTime = 0;

// 讀感測器並更新最高最低
void readSensor() {
  float t = dht.readTemperature();
  float h = dht.readHumidity();
  if (isnan(t) || isnan(h)) {             // 讀失敗就跳過這次
    Serial.println("DHT11 read failed");
    return;
  }
  temperature = t;
  humidity = h;
  if (t > tempMax) tempMax = t;           // 更新紀錄
  if (t < tempMin) tempMin = t;
}

// 把目前溫度加進歷史紀錄，滿了就把最舊的擠掉
void addHistory() {
  if (historyCount < HISTORY_SIZE) {
    tempHistory[historyCount] = temperature;
    historyCount++;
  } else {
    for (int i = 0; i < HISTORY_SIZE - 1; i++) {
      tempHistory[i] = tempHistory[i + 1]; // 全部往前移一格
    }
    tempHistory[HISTORY_SIZE - 1] = temperature;
  }
}

// OLED 畫面
void showOnOled() {
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 0);
  display.print("http://");
  display.println(WiFi.localIP());        // 第一行印網址

  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(0, 16);
  display.print(temperature, 1);
  display.print("C ");
  display.print(humidity, 0);
  display.println("%");

  display.setTextSize(1);                 // 第三行印最高最低
  display.setCursor(0, 44);
  display.print("Max ");
  display.print(tempMax, 1);
  display.print("  Min ");
  display.println(tempMin, 1);
  display.setCursor(0, 56);
  display.print("Up ");
  display.print(millis() / 60000);        // 開機幾分鐘
  display.println(" min");
  display.display();
}

// 網頁：目前值、最高最低、長條圖
void handleRoot() {
  String html = "<!DOCTYPE html><html><head><meta charset='utf-8'>";
  html += "<meta name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1'>";
  html += "<meta http-equiv='refresh' content='10'>";
  html += "<title>教室氣象站</title></head>";
  html += "<body style='font-family:sans-serif;margin:20px'>";
  html += "<h1>教室氣象站</h1>";
  html += "<p style='font-size:2.5em;margin:0'>" + String(temperature, 1) + " &deg;C</p>";
  html += "<p style='font-size:2.5em;margin:0'>" + String(humidity, 0) + " %</p>";
  html += "<p>最高 " + String(tempMax, 1) + " &deg;C　最低 " + String(tempMin, 1) + " &deg;C";
  html += "　已開機 " + String(millis() / 60000) + " 分鐘</p>";
  html += "<h2>最近 " + String(historyCount) + " 筆溫度</h2>";

  // 每一筆畫一條長條：溫度 10°C = 0 像素，40°C = 300 像素
  for (int i = 0; i < historyCount; i++) {
    int width = (int)((tempHistory[i] - 10.0) * 10.0);
    width = constrain(width, 2, 300);
    html += "<div style='display:flex;align-items:center;margin:2px'>";
    html += "<div style='background:#4a90e2;height:14px;width:" + String(width) + "px'></div>";
    html += "<span style='margin-left:6px'>" + String(tempHistory[i], 1) + "</span></div>";
  }
  html += "</body></html>";
  server.send(200, "text/html; charset=utf-8", html);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  dht.begin();
  Wire.begin(21, 22);
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println("OLED not found");
    while (true) delay(10);
  }
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("Connecting WiFi...");
  display.display();

  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();
  Serial.print("http://");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  server.on("/", handleRoot);
  server.begin();

  delay(1500);                              // DHT11 開機要一點時間
  readSensor();
  addHistory();                             // 第一筆
  showOnOled();
}

void loop() {
  server.handleClient();

  if (millis() - lastReadTime >= 2000) {    // 每 2 秒讀一次、更新 OLED
    lastReadTime = millis();
    readSensor();
    showOnOled();
  }
  if (millis() - lastHistoryTime >= HISTORY_INTERVAL) {  // 定時記一筆
    lastHistoryTime = millis();
    addHistory();
    Serial.print("history ");
    Serial.print(historyCount);
    Serial.print(" : ");
    Serial.println(temperature);
  }
}

步驟

1. 填入 Wi-Fi 名稱密碼，上傳。
2. OLED 第一行出現網址，手機輸入。
3. 展示時把 HISTORY_INTERVAL 改成 5000，讓長條圖在兩分鐘內長出 24 條；正式使用再改回 60000。
4. 用手捏住 DHT11 一分鐘，看最高溫紀錄會不會更新。

你應該看到

OLED 顯示三行：網址、大字溫濕度、最高最低與開機時間。網頁每 10 秒更新，長條圖一條一條增加，捏住感測器後長條變長。

測試方法（邏輯分析儀）

邏輯分析儀 CH0 → GPIO 21（SDA），CH1 → GPIO 22（SCL），GND → ESP32 GND。PulseView 取樣率 2 MHz、取樣 2 秒，加入 I2C 解碼器（SDA=CH0、SCL=CH1）。

SCL ─┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌─
      └┘ └┘ └┘ └┘ └┘ └┘ └┘ └┘ └┘
SDA ─┐   ┌──┐  ┌─────┐     ┌──  ...
      └───┘  └──┘     └─────┘
      S  0  1  1  1  1  0  0  W  A   ← 解碼器顯示：位址 0x3C，寫入，ACK

每 2 秒應該出現一大串 I2C 封包（那是 display.display() 把整個畫面 1024 個位元組送過去）。填表：

舉例：如果 SCL 一個週期是 10 µs，頻率就是 1 ÷ 0.00001 = 100 kHz，這是 I2C 的標準速度。

延伸挑戰

• 加入濕度的長條圖，用不同顏色。
• 用第 16 章的深度睡眠，改成電池供電版本：醒來 10 秒把數值印在 OLED 上，然後睡 5 分鐘。
• 濕度超過 80% 時讓 GPIO 2 的 LED 閃爍提醒。

實驗 17-3：專題三　手機 Wi-Fi 遙控風扇

目標

做一台可以用手機網頁控制「關／低／中／高」四段速的小風扇。ESP32 輸出 PWM，經 IRLZ44N MOSFET 驅動直流馬達。用示波器量 MOSFET 閘極與汲極的波形，證明三段速真的是三種占空比。

材料

• ESP32 DevKit V1 ×1
• N 通道 MOSFET IRLZ44N ×1
• 小直流馬達（3–6V）×1，可以在軸上黏一片紙板當扇葉
• 整流二極體 1N4007 ×1（飛輪二極體）
• 220Ω 電阻 ×1（閘極電阻）
• 10kΩ 電阻 ×1（閘極下拉）
• 3 號電池盒（3 顆，4.5V）×1
• 麵包板、杜邦線

接線

                              IRLZ44N（正面看，腳位由左到右 G D S）
 ESP32 GPIO 18 ──[ 220Ω ]──┬── G
                           │
                        [ 10kΩ ]
                           │
                          GND

 電池盒 +4.5V ──┬───( 馬達 )───┬── D
               │              │
               └───|◄─────────┘        1N4007：有條紋的那端朝電池正極
                 1N4007

 S ── GND ──┬── 電池盒 −
            └── ESP32 GND（一定要跟電池盒負極接在一起）

文字說明：

• ESP32 GPIO 18 → 220Ω → IRLZ44N 閘極（G）；G 另外 → 10kΩ → GND（確保 ESP32 還沒開機時 MOSFET 是關的）。
• 電池盒正極 → 馬達一腳；馬達另一腳 → IRLZ44N 汲極（D）。
• 1N4007 跨接在馬達兩端：有條紋的一端接電池正極那側，另一端接汲極那側。沒有它，關掉馬達時的尖波會打壞 MOSFET（第 7 章看過）。
• IRLZ44N 源極（S）→ GND。電池盒負極、ESP32 GND、MOSFET 的 S 三個點要接在一起。
• 不要用 ESP32 的 3V3 腳供電給馬達，馬達啟動電流會讓 ESP32 重開。

程式

// 專題三：手機 Wi-Fi 遙控風扇（ESP32 + IRLZ44N）
#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>

const char* ssid     = "你的Wi-Fi名稱";
const char* password = "你的Wi-Fi密碼";

const int fanPin   = 18;          // PWM 輸出 → MOSFET 閘極
const int PWM_FREQ = 1000;        // 1 kHz，馬達不會發出刺耳的聲音
const int PWM_RES  = 8;           // 8 位元 → 0–255

int fanLevel = 0;                 // 0 關、1 低、2 中、3 高
const int levelDuty[4] = {0, 110, 180, 255};   // 各段的 PWM 值；低速太小馬達會轉不動
const char* levelName[4] = {"關", "低", "中", "高"};

WebServer server(80);

// 設定風扇段速
void setFan(int level) {
  fanLevel = constrain(level, 0, 3);
  ledcWrite(fanPin, levelDuty[fanLevel]);     // 輸出對應的占空比
  Serial.print("fan level ");
  Serial.print(fanLevel);
  Serial.print(" duty ");
  Serial.println(levelDuty[fanLevel]);
}

// 網頁：四顆大按鈕
String makePage() {
  String html = "<!DOCTYPE html><html><head><meta charset='utf-8'>";
  html += "<meta name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1'>";
  html += "<title>Wi-Fi 風扇</title></head>";
  html += "<body style='font-family:sans-serif;text-align:center;margin-top:30px'>";
  html += "<h1>Wi-Fi 風扇</h1>";
  html += "<p style='font-size:1.5em'>目前：<b>" + String(levelName[fanLevel]) + "</b>";
  html += "（PWM " + String(levelDuty[fanLevel]) + "/255）</p>";
  const char* paths[4] = {"/off", "/low", "/mid", "/high"};
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    html += "<p><a href='" + String(paths[i]) + "'><button style='font-size:1.8em;width:60%;padding:15px";
    if (i == fanLevel) html += ";background:orange";   // 目前段速的按鈕上色
    html += "'>" + String(levelName[i]) + "</button></a></p>";
  }
  html += "</body></html>";
  return html;
}

void sendPage() {
  server.send(200, "text/html; charset=utf-8", makePage());
}
void handleRoot() { sendPage(); }
void handleOff()  { setFan(0); sendPage(); }
void handleLow()  { setFan(1); sendPage(); }
void handleMid()  { setFan(2); sendPage(); }
void handleHigh() { setFan(3); sendPage(); }

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

  // 設定 PWM（esp32 核心 3.x 的寫法）
  ledcAttach(fanPin, PWM_FREQ, PWM_RES);
  // 如果你的 esp32 核心是 2.x，編譯會說找不到 ledcAttach，請改用下面三行：
  // ledcSetup(0, PWM_FREQ, PWM_RES);
  // ledcAttachPin(fanPin, 0);
  // 並把 setFan 裡的 ledcWrite(fanPin, ...) 改成 ledcWrite(0, ...)
  setFan(0);                                   // 一開機先確定風扇是關的

  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(ssid, password);
  Serial.print("connecting");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();
  Serial.print("http://");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  server.on("/", handleRoot);
  server.on("/off", handleOff);
  server.on("/low", handleLow);
  server.on("/mid", handleMid);
  server.on("/high", handleHigh);
  server.begin();
}

void loop() {
  server.handleClient();                       // 不要加 delay
}

步驟

1. 先不要裝電池。接好所有線後，用三用電表確認 ESP32 GND 和電池盒負極之間是 0Ω（通路）。
2. 上傳程式，看序列埠拿到 IP。
3. 裝上電池，手機打開網頁，依序按「低、中、高、關」。
4. 用手摸 IRLZ44N 的外殼，跑一分鐘高速後應該只是微溫。如果燙手，檢查是不是 G、D、S 接反了。

你應該看到

按「低」馬達慢慢轉（有時候要用手撥一下才會啟動，這是正常的），「中」明顯變快，「高」最快，「關」停下來。網頁上目前段速的按鈕會變橘色。

測試方法（示波器，雙通道）

CH1 探棒鉤 IRLZ44N 的 G（閘極），CH2 鉤 D（汲極），兩個鱷魚夾都接 GND。設定 CH1 2 V/div、CH2 2 V/div、時間 200 µs/div，觸發 CH1 上升緣 1.5V。

CH1 閘極（中速，占空比約 70%）
3.3V ┤ ┌───────┐   ┌───────┐   ┌───────┐
  0V ┼─┘       └───┘       └───┘       └──

CH2 汲極（跟閘極相反：閘極 HIGH 時 MOSFET 導通，汲極被拉到 0V）
4.5V ┤─┐       ┌───┐       ┌───┐       ┌──
  0V ┼ └───────┘   └───────┘   └───────┘
       ◄─────────►
          1 ms（1 kHz）

填表：

舉例：中速 180 ÷ 255 = 0.706，示波器應該讀到大約 70%。CH2 的 HIGH 電壓會接近電池電壓 4.5V，LOW 時接近 0V，而且 CH2 和 CH1 剛好相反：這就是第 9 章學的「開關反相」。如果你在 CH2 上看到馬達關掉瞬間有小小的尖波，那是二極體還沒完全壓下去的部分；沒有二極體的話尖波會高到十幾伏特。

延伸挑戰

• 把四顆按鈕換成一條滑桿（HTML 的 <input type='range'>），讓風速可以無段調整。提示：路徑可以用 /set?duty=123 這種帶參數的形式，用 server.arg("duty") 讀取。
• 加上 DHT11，溫度超過 28°C 自動開到中速，形成「智慧風扇」。
• 加一個定時：按「高」之後 10 分鐘自動關。

實驗 17-4：專題四　ESP32 迷你示波器

目標

用 ESP32 的類比輸入快速取樣，把波形畫在 Arduino IDE 的序列繪圖器上，並自動算出頻率和電壓範圍。訊號源是 UNO 的 tone() 方波，經過分壓器降到 2.5V 以下再送進 ESP32。最後用真的示波器量同一個訊號，比較兩邊的結果，看看你的迷你示波器準不準。

材料

• ESP32 DevKit V1 ×1
• Arduino UNO ×1（當訊號產生器）
• 10kΩ 電阻 ×2
• 麵包板、杜邦線
• 示波器（比對用）

接線

 UNO D8 ──[ 10kΩ ]──┬──[ 10kΩ ]── GND
  (tone 方波 0–5V)  │
                    ├────────────── ESP32 GPIO 34（0–2.5V）
                    │
                    └────────────── 示波器 CH1 探棒（比對用）

 UNO GND ──────────── ESP32 GND ──── 示波器鱷魚夾

文字說明：

• UNO D8 → 10kΩ → 分壓點；分壓點 → 10kΩ → GND。
• 分壓點 → ESP32 GPIO 34。
• UNO GND → ESP32 GND，用一條杜邦線直接接。沒接共地，讀值會亂飄。
• 分壓器把 5V 降成 2.5V，這樣 ESP32 的輸入腳才安全（第 16 章講過）。

程式（UNO：訊號產生器）

// 專題四（UNO 端）：產生 440 Hz 方波當訊號源
const int tonePin = 8;

void setup() {
  tone(tonePin, 440);     // 440 Hz，就是鋼琴的 A 音
}

void loop() {
  // 什麼都不用做，tone() 會自己持續輸出
}

程式（ESP32：迷你示波器）

// 專題四（ESP32 端）：迷你示波器
// plotMode = true  → 給序列繪圖器畫波形
// plotMode = false → 給序列監控視窗印頻率、電壓等數據
const bool plotMode = true;

const int probePin = 34;           // 只能輸入的腳，適合當探棒
const int SAMPLES  = 400;          // 一次抓 400 個點
uint16_t buffer[SAMPLES];          // 存取樣值（0–4095）

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  analogReadResolution(12);        // 12 位元：0–4095
  analogSetAttenuation(ADC_11db);  // 量測範圍最大約 3.3V
  pinMode(probePin, INPUT);
}

void loop() {
  // 1. 盡可能快地連續取樣，並記錄花了多久
  unsigned long t0 = micros();
  for (int i = 0; i < SAMPLES; i++) {
    buffer[i] = analogRead(probePin);
  }
  unsigned long t1 = micros();
  float dtMicros = (float)(t1 - t0) / SAMPLES;     // 每兩個點之間的時間（µs）

  // 2. 找最大值、最小值
  int vMaxRaw = 0, vMinRaw = 4095;
  for (int i = 0; i < SAMPLES; i++) {
    if (buffer[i] > vMaxRaw) vMaxRaw = buffer[i];
    if (buffer[i] < vMinRaw) vMinRaw = buffer[i];
  }
  float vMax = vMaxRaw * 3.3 / 4095.0;             // 換算成伏特
  float vMin = vMinRaw * 3.3 / 4095.0;

  // 3. 算頻率：數波形從下面穿過中線往上的次數
  int mid = (vMaxRaw + vMinRaw) / 2;
  int margin = 100;                                // 留一點空間避免雜訊重複計數
  int crossings = 0;
  int firstCross = -1, lastCross = -1;
  bool wasLow = buffer[0] < mid;
  for (int i = 1; i < SAMPLES; i++) {
    if (wasLow && buffer[i] > mid + margin) {      // 由低變高
      crossings++;
      if (firstCross < 0) firstCross = i;
      lastCross = i;
      wasLow = false;
    } else if (!wasLow && buffer[i] < mid - margin) {
      wasLow = true;
    }
  }
  float freq = 0;
  if (crossings >= 2) {
    // 第一次到最後一次上升之間有 (crossings-1) 個完整週期
    float spanSeconds = (lastCross - firstCross) * dtMicros / 1000000.0;
    freq = (crossings - 1) / spanSeconds;
  }

  // 4. 輸出
  if (plotMode) {
    for (int i = 0; i < SAMPLES; i++) {
      Serial.println(buffer[i] * 3.3 / 4095.0, 2);   // 每行一個電壓值
    }
  } else {
    Serial.print("sample interval: ");
    Serial.print(dtMicros, 1);
    Serial.print(" us   sample rate: ");
    Serial.print(1000000.0 / dtMicros / 1000.0, 1);
    Serial.println(" kHz");
    Serial.print("Vmax: ");
    Serial.print(vMax, 2);
    Serial.print(" V   Vmin: ");
    Serial.print(vMin, 2);
    Serial.print(" V   Vpp: ");
    Serial.print(vMax - vMin, 2);
    Serial.println(" V");
    Serial.print("frequency: ");
    Serial.print(freq, 1);
    Serial.println(" Hz");
    Serial.println("------");
    delay(1000);
  }
}

步驟

1. UNO 上傳訊號產生器程式。ESP32 上傳迷你示波器程式（plotMode = true）。
2. 打開 ESP32 的序列繪圖器（115200）。
3. 看到方波後，把 plotMode 改成 false，重新上傳，改開序列監控視窗，抄下取樣間隔、Vmax、Vmin、頻率。
4. 把示波器探棒鉤在分壓點，設定 1 V/div、1 ms/div、觸發上升緣 1.2V，用自動量測讀頻率和 Vpp。

你應該看到

序列繪圖器出現一串整齊的方波，高的地方約 2.5V、低的地方約 0V。序列監控視窗印出取樣間隔大約 20–60 µs（不同版本的 esp32 核心差很多）、Vpp 約 2.4–2.5V、頻率在 430–450 Hz 之間。

序列繪圖器畫面（示意）
2.5V ┤  ┌───┐   ┌───┐   ┌───┐   ┌───┐
     │  │   │   │   │   │   │   │   │
  0V ┼──┘   └───┘   └───┘   └───┘   └──
        ◄───────►
      大約 50 個點 = 一個週期

測試方法（示波器比對）

這個專題的測試就是「跟真的示波器打對台」。填表：

算一個例子：如果迷你示波器的取樣間隔是 50 µs，取樣率就是 1 ÷ 0.00005 = 20 kHz，也就是每秒 20,000 個點。440 Hz 的方波一個週期是 2.27 ms = 2270 µs，2270 ÷ 50 ≈ 45 個點，畫出來很清楚。真示波器的取樣率通常是幾百 MHz，是你的幾萬倍，這就是為什麼它能看高頻訊號而你的不行。

一個有趣的實驗：把 UNO 的 tone(tonePin, 440) 改成 tone(tonePin, 5000)。5000 Hz 一個週期只有 200 µs，用 50 µs 取樣只能抓到 4 個點，畫出來會歪七扭八；改成 tone(tonePin, 19000) 的話，甚至會畫出一個完全錯誤的慢波。這叫混疊（Aliasing）：取樣太慢的時候看到的是假象。所以經驗法則是，一個週期至少要取 10 個點，你的迷你示波器大概只能相信 1000 Hz 以下的訊號。

延伸挑戰

• 讓 UNO 每 3 秒換一個頻率（220、440、880 Hz），看迷你示波器算的頻率跟不跟得上。
• 把分壓點加上第 10 章的 RC 低通濾波器（10kΩ + 100nF），用迷你示波器看方波變成圓角的樣子。
• 加上「觸發」：在印出 buffer 之前，先找到第一個上升沿的位置，從那裡開始印。這樣每次畫出來的波形起點都一樣，不會左右亂跳，就像真示波器的觸發功能。

實驗 17-5：專題五　反應遊戲與電子琴

目標

用三顆按鈕、三顆 LED 和一顆蜂鳴器做一台雙用途的機器。開機時按住按鈕 1 進入「電子琴模式」：三顆按鈕各發一個音。直接開機則進入「反應遊戲模式」：隨機等幾秒後隨機亮一顆燈並嗶一聲，玩家要盡快按對應的按鈕，機器算出反應時間，五回合後公布最佳成績。用邏輯分析儀獨立量出「燈亮到按下」的時間，驗證程式算的反應時間是對的。

材料

• Arduino UNO ×1
• 按鈕開關 ×3
• LED（紅、綠、藍）各 1
• 220Ω 電阻 ×3
• 無源蜂鳴器 ×1
• 麵包板、杜邦線
• USB 邏輯分析儀（測試用）

接線

 UNO D2 ───┬── 按鈕 1 ── GND       （內建上拉：沒按 = HIGH，按下 = LOW）
 UNO D3 ───┬── 按鈕 2 ── GND
 UNO D4 ───┬── 按鈕 3 ── GND

 UNO D9  ──[ 220Ω ]──►|── GND    紅 LED（對應按鈕 1）
 UNO D10 ──[ 220Ω ]──►|── GND    綠 LED（對應按鈕 2）
 UNO D11 ──[ 220Ω ]──►|── GND    藍 LED（對應按鈕 3）

 UNO D8 ──( 蜂鳴器 + )
          ( 蜂鳴器 − )── GND

文字說明：

• 三顆按鈕各一腳接 D2、D3、D4，另一腳接 GND。程式用 INPUT_PULLUP，不用外接電阻。
• D9 → 220Ω → 紅 LED 長腳，短腳 → GND；D10 綠、D11 藍同樣接法。
• 蜂鳴器正極（長腳或標 + 的那端）→ D8，負極 → GND。
• 把三顆按鈕和三顆 LED 由左到右排整齊，紅配按鈕 1、綠配按鈕 2、藍配按鈕 3，玩家才不會搞混。

程式

// 專題五：反應遊戲 + 電子琴（UNO）
// 開機時按住按鈕 1 → 電子琴模式；否則 → 反應遊戲模式

const int buttonPins[3] = {2, 3, 4};      // 三顆按鈕（INPUT_PULLUP，按下 = LOW）
const int ledPins[3]    = {9, 10, 11};    // 三顆 LED
const int buzzerPin     = 8;
const int notes[3]      = {262, 330, 392}; // Do、Mi、Sol 的頻率（Hz）

const int ROUNDS = 5;                     // 一局幾回合
bool pianoMode = false;

// 讀第 i 顆按鈕，按下回傳 true
bool isPressed(int i) {
  return digitalRead(buttonPins[i]) == LOW;
}

// 等所有按鈕都放開
void waitAllReleased() {
  while (isPressed(0) || isPressed(1) || isPressed(2)) {
    delay(5);
  }
  delay(30);                              // 等彈跳結束
}

// 三顆 LED 全關
void allLedsOff() {
  for (int i = 0; i < 3; i++) digitalWrite(ledPins[i], LOW);
}

// 嗶一聲：頻率、長度
void beep(int freq, int ms) {
  tone(buzzerPin, freq, ms);
  delay(ms);
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    pinMode(buttonPins[i], INPUT_PULLUP);
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
  }
  pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
  randomSeed(analogRead(A0));             // 用沒接東西的 A0 的雜訊當亂數種子

  delay(50);
  pianoMode = isPressed(0);               // 開機時按住按鈕 1 → 電子琴
  if (pianoMode) {
    Serial.println("piano mode");
    for (int i = 0; i < 3; i++) {         // 三顆燈依序閃一下表示進入電子琴
      digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
      beep(notes[i], 150);
      digitalWrite(ledPins[i], LOW);
    }
    waitAllReleased();
  } else {
    Serial.println("reaction game: press the button that lights up");
    beep(880, 200);
  }
}

// ===== 電子琴模式 =====
void pianoLoop() {
  bool anyPressed = false;
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    if (isPressed(i)) {
      tone(buzzerPin, notes[i]);          // 按著就一直響
      digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
      anyPressed = true;
    } else {
      digitalWrite(ledPins[i], LOW);
    }
  }
  if (!anyPressed) noTone(buzzerPin);     // 全放開就安靜
  delay(10);
}

// ===== 反應遊戲模式 =====
void playOneRound(int roundNumber, unsigned long &bestTime) {
  allLedsOff();
  waitAllReleased();

  // 隨機等 1–4 秒，期間偷按就算犯規
  unsigned long waitMs = random(1000, 4000);
  unsigned long waitStart = millis();
  while (millis() - waitStart < waitMs) {
    if (isPressed(0) || isPressed(1) || isPressed(2)) {
      Serial.println("too early!");
      beep(150, 400);                     // 低沉的犯規聲
      waitAllReleased();
      waitStart = millis();               // 重新等
    }
  }

  // 隨機亮一顆燈並嗶一聲，同時開始計時
  int target = random(0, 3);
  digitalWrite(ledPins[target], HIGH);
  tone(buzzerPin, 880, 80);
  unsigned long startTime = millis();

  // 等玩家按（最多等 3 秒）
  int pressed = -1;
  while (millis() - startTime < 3000) {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
      if (isPressed(i)) { pressed = i; break; }
    }
    if (pressed >= 0) break;
  }
  unsigned long reaction = millis() - startTime;
  digitalWrite(ledPins[target], LOW);

  Serial.print("round ");
  Serial.print(roundNumber);
  Serial.print(": ");
  if (pressed < 0) {
    Serial.println("timeout");
    beep(150, 400);
  } else if (pressed != target) {
    Serial.println("wrong button");
    beep(150, 400);
  } else {
    Serial.print(reaction);
    Serial.println(" ms");
    beep(1200, 100);
    if (reaction < bestTime) bestTime = reaction;   // 更新最佳成績
  }
  waitAllReleased();
  delay(500);
}

void gameLoop() {
  unsigned long bestTime = 99999;
  for (int r = 1; r <= ROUNDS; r++) {
    playOneRound(r, bestTime);
  }
  Serial.print("best: ");
  Serial.print(bestTime);
  Serial.println(" ms");
  // 結束動畫：三顆燈一起閃三下
  for (int k = 0; k < 3; k++) {
    for (int i = 0; i < 3; i++) digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
    beep(notes[k], 150);
    allLedsOff();
    delay(150);
  }
  delay(2000);                            // 兩秒後自動開始下一局
}

void loop() {
  if (pianoMode) {
    pianoLoop();
  } else {
    gameLoop();
  }
}

步驟

1. 接好線，先上傳程式，直接開機（不按按鈕）。
2. 打開序列埠監控視窗（9600），等燈亮就按對應按鈕，看印出來的毫秒數。玩完五回合會印「best」。
3. 按一下 UNO 的 RESET 鍵，同時按住按鈕 1 不放，三顆燈依序閃並發出 Do Mi Sol，就進入電子琴模式。

你應該看到

反應遊戲：等 1–4 秒後隨機一顆燈亮、嗶一聲，按對會印出像「round 1: 243 ms」的反應時間，按錯或超過 3 秒會低鳴一聲。人類的反應時間大約 200–300 毫秒；偷按會被抓到「too early!」。電子琴：按哪顆按鈕就亮哪顆燈、響哪個音，可以彈出簡單的旋律。

測試方法（邏輯分析儀 + 示波器）

邏輯分析儀：CH0 → D9（紅 LED）、CH1 → D10、CH2 → D11、CH3 → D2（按鈕 1）、CH4 → D3、CH5 → D4、GND → UNO GND。PulseView 取樣率 100 kHz、取樣 10 秒，按「執行」後開始玩一回合。

CH0 紅 LED ───────┐       ┌─────────────────────────────────┐
                  └───────┘                                 └────
CH3 按鈕 1 ───────────────────────────────┐ ┌┐┌───────┐
                                          └─┘└┘        └─────────
                  ◄───────────────────────►
                     燈亮到按下 = 反應時間（用游標量）

在 PulseView 用兩個游標夾住「LED 由低變高」和「按鈕由高變低的第一個下降緣」，讀出時間差，跟序列埠印的反應時間比對。順便放大看按鈕那一段，你會看到第 11 章講的彈跳：按下的瞬間有好幾個很短的上下跳動。

示波器：探棒鉤 D8，鱷魚夾接 GND，1 V/div、1 ms/div，進入電子琴模式按住按鈕 1，量頻率。

程式算的反應時間和邏輯分析儀量的應該只差幾毫秒。差的來源是 loop() 裡檢查按鈕的那個 for 迴圈需要一點點時間，以及彈跳的第一下和程式認定的那一下可能不是同一下。

延伸挑戰

• 加入 OLED（第 15 章的接法，UNO 的 SDA=A4、SCL=A5）顯示每回合的反應時間和最佳成績。
• 做成「記憶遊戲」：機器依序亮 3 顆燈，玩家要照順序按；每成功一次就多加一顆。
• 雙人對戰：按鈕 1 和按鈕 3 各屬於一個玩家，中間的綠燈亮時比誰先按。
• 電子琴加入「和弦」：同時按兩顆按鈕時，用更高頻率的 tone() 表示（蜂鳴器一次只能發一個音，想想怎麼取捨）。

收尾：專題報告與上台展示

作品會動只是一半，另一半是讓別人在三分鐘內看懂你做了什麼、為什麼成功。

專題報告格式（兩到四頁）

 1. 題目與一句話說明      例：「智慧夜燈：天暗自動漸亮的 LED 燈」
 2. 問題                  誰、在什麼情況、需要什麼
 3. 規劃                  輸入 → 處理 → 輸出 表格 + 材料清單
 4. 接線圖                ASCII 或手繪，標清楚每個腳位
 5. 程式說明              不要貼全部程式，只貼最關鍵的 5–10 行並解釋
 6. 測試與量測數據        ★至少一張示波器或邏輯分析儀的畫面（拍照）
                          ★至少一張填好的量測表格
                          ★程式設定值 vs 儀器量測值的比較
 7. 遇到的問題與解法      列 2–3 個真的卡住過的地方
 8. 延伸與反思            如果有更多時間會改什麼

第 6 點是整份報告的核心，也是本章每個專題都附「測試方法」的原因。「我的夜燈 PWM 頻率是 490 Hz，示波器量到 489.6 Hz」這一句，比「夜燈運作正常」有說服力一百倍。

第 7 點很多人會跳過，覺得寫出問題很丟臉。其實評審最想看的就是這段，因為它證明你真的動手做過，而不是抄來的。

上台展示要點（三分鐘）

1. 第一句話講問題，不要講技術：「晚上起床找燈的開關很麻煩，所以我做了……」比「我用 Arduino UNO 的 PWM……」好得多。
2. 現場操作一定要成功：上台前一小時再完整跑一次；帶備用電池、備用 USB 線；手機先連好 Wi-Fi 並把網頁開在畫面上。ESP32 的專題要事先確認場地的 Wi-Fi 是 2.4 GHz，不確定就帶自己的手機熱點。
3. 用一張波形圖證明：把示波器畫面拍下來放在投影片或海報上，指著它說「這裡可以看到占空比從 0 變到 100%」。
4. 講一個卡住的故事：「一開始馬達關掉時 MOSFET 會發燙，後來加了二極體就好了。」這種故事比任何技術細節都讓人記得住。
5. 準備被問的三個問題：「為什麼選這個元件？」「如果要用電池可以撐多久？」「下一步想加什麼？」照本章的內容你都答得出來。
6. 時間控制：問題 30 秒、作品示範 90 秒、量測證據 30 秒、問題與延伸 30 秒。練習時用手機計時。

用儀器看看

本章的儀器操作已經分散在五個專題的「測試方法」裡。這裡整理成一張表，方便你規劃測試，也方便你在報告裡寫清楚設定：

把示波器畫面變成報告裡的證據

示波器通常有「儲存畫面」的功能（存到 USB 隨身碟），沒有的話用手機拍也可以。拍的時候請確認畫面上看得到：V/div、s/div、觸發設定、以及自動量測的數字。報告裡每一張波形圖旁邊都要寫一句「這張圖證明了什麼」，例如：

圖 3：風扇中速時閘極波形。占空比 70.2%、頻率 1.00 kHz，與程式設定的 180/255 = 70.6% 一致。

雙通道的共地提醒

專題三和專題四都用到兩塊板子或兩個通道。兩支探棒的鱷魚夾都要夾 GND，而且兩塊板子的 GND 要用杜邦線接在一起。鱷魚夾夾錯地方（例如夾到電池正極）會造成短路，這是本書從第 6 章一直強調的規矩。

常見錯誤與除錯

• 夜燈 LED 一直全亮或一直全暗，不會變 → darkValue、brightValue 沒有依教室光線調整 → 看序列繪圖器的 light 值，重新填這兩個數字。
• 夜燈 LED 突然跳亮，不是漸亮 → fadeStepDelay 太小，或程式直接 analogWrite(target) 沒有走一步一步 → 確認 currentBrightness 每圈只加減 1。
• 氣象站長條圖一直只有一條 → HISTORY_INTERVAL 是 60 秒，要等很久 → 展示時改成 5000。
• 氣象站最低溫顯示 100 → 開機後 DHT11 第一次讀取失敗，tempMin 沒更新 → 等 2 秒後自然會更新；或在 setup() 裡多等 1.5 秒再讀。
• 風扇按「低」不轉，按「中」才轉 → 小馬達啟動需要較高電壓 → 把 levelDuty[1] 從 110 調到 130 或 150。
• 風扇一開就 ESP32 重開機 → 馬達電流從 ESP32 供電 → 馬達一定要用獨立電池盒，只有 GND 跟 ESP32 共接。
• 編譯錯誤 ledcAttach was not declared → esp32 核心版本是 2.x → 改用程式註解裡的 ledcSetup、ledcAttachPin 三行寫法。
• MOSFET 發燙 → G、D、S 接反，或閘極沒接 10kΩ 下拉讓它半開半關 → 對照腳位圖重接，確認 10kΩ 在閘極和 GND 之間。
• 迷你示波器波形亂跳、全部貼在最高或最低 → 沒共地，或分壓器接錯讓 GPIO 34 吃到 5V → 先拔掉訊號，用三用電表確認分壓點是 2.5V 左右，確認 UNO GND 接到 ESP32 GND。
• 迷你示波器頻率算出 0 → 訊號太小或沒接，crossings 不到 2 → 檢查 UNO 有沒有在 tone()；把 margin 從 100 改小一點試試。
• 序列繪圖器波形只看到一小段 → 繪圖器一次顯示的點數有限 → 把 SAMPLES 改成 100，或在繪圖器設定裡調大顯示點數。
• 反應遊戲一開機就說 too early → 按鈕接錯成「沒按是 LOW」，或 pinMode 忘了 INPUT_PULLUP → 用三用電表量 D2 沒按時應該是 5V。
• 反應遊戲每次亮的燈都一樣 → randomSeed(analogRead(A0)) 的 A0 接了東西，雜訊不夠 → 確認 A0 空接；或改用 randomSeed(micros()) 在第一次按鈕後呼叫。
• 電子琴按兩顆按鈕只響一個音 → 蜂鳴器用 tone() 一次只能一個頻率 → 這是正常的，看延伸挑戰。
• 邏輯分析儀量的反應時間和序列埠差很多（超過 20 ms） → 游標夾的是彈跳的最後一下，不是第一下 → 放大看按鈕訊號，把游標移到第一個下降緣。

想一想

1. 專題一的夜燈從全暗到全亮花多少時間？如果想改成 1 秒，要改哪個數字、改成多少？

2. 專題三的風扇，如果把 PWM_FREQ 從 1000 改成 100，示波器上會看到什麼不同？馬達會有什麼變化？

3. 專題四的迷你示波器，取樣間隔是 40 µs。它最高大概能可靠地看到幾 Hz 的方波？請用「一個週期至少 10 個點」的法則算。

4. 專題五用邏輯分析儀量到的反應時間比序列埠印的少了 3 毫秒。可能的原因是什麼？這算是程式有錯嗎？

5. 你想把專題二的氣象站改成放在陽台用電池跑一個月。列出至少三件需要改動的事。

6. 開放挑戰：從五個專題裡挑兩個，把它們合併成一個新作品，寫下那句「誰、在什麼情況、需要什麼」的問題描述，和「輸入 → 處理 → 輸出」表格。

本章小結

• 專題六步驟：問題 → 規劃 → 接線 → 程式 → 測試 → 展示；測試不過就回頭改，這是正常流程不是失敗。
• 規劃時把題目拆成「輸入 → 處理 → 輸出」三格，每一格都填上你在前面章節接過的元件。
• 接線先接電源再接輸入最後接輸出，每接一段就用三用電表量一次；程式先寫最小可動版本，每加一段就上傳一次。
• 專題程式的骨架：常數放最上面、小函式各做一件事、loop() 用 millis() 排程不用長 delay()。
• 五個專題各自用儀器驗證了一件事：PWM 占空比隨光線變化（示波器）、I2C 位址 0x3C 與封包間隔（邏輯分析儀）、三段占空比與汲極反相（雙通道示波器）、迷你示波器 vs 真示波器的頻率與 Vpp（示波器比對）、反應時間與按鈕彈跳（邏輯分析儀）。
• 取樣率決定你看得到多快的訊號：一個週期至少 10 個點，太慢會混疊出假波形。
• 馬達一定要獨立供電、加飛輪二極體、閘極加下拉電阻；ESP32 的 GPIO 34 吃 5V 訊號前一定要分壓。
• 報告的核心是「程式設定值 vs 儀器量測值」的比較；上台第一句講問題不講技術，現場示範上台前一小時再跑一次。

名詞表