Arduinoでタクトスイッチ入力｜配線とコードを初心者向けに解説

01なぜスイッチの読み取りには回路の工夫が必要か

デジタル入力の基本

Arduinoのデジタルピンは、電圧の高さを2つの状態として読み取ります。5V付近であればHIGH、0V付近であればLOWです。digitalRead()関数を使うと、そのピンの状態を判定できます。スイッチが押されているかどうかを知りたい場合も、この仕組みを利用できそうに思えます。しかし、実際にはひと工夫が必要です。

何もつながっていないと状態が不安定になる

タクトスイッチをピンとGNDの間にただつなぐだけでは、うまくいきません。スイッチを押していない間、ピンはどこにもつながっていない状態になります。これを「フローティング」と呼びます。フローティング状態のピンは、HIGHともLOWとも定まりません。周囲のノイズを拾って、値がランダムにふらついてしまいます。だからこそ、ピンの状態を確定させる仕組みが必要です。それが、次の章で説明するプルアップ・プルダウン抵抗です。

02プルアップ・プルダウンとは｜基礎知識

プルアップ抵抗の仕組み

プルアップ抵抗は、ピンを常に5V側に引き上げておく抵抗です。ピンと5Vの間に抵抗を挟みます。スイッチは、ピンとGNDの間に配置します。スイッチを押していないとき、ピンは抵抗を通じて5Vに引き上げられます。この状態がHIGHです。スイッチを押すと、ピンは直接GNDにつながります。電流は抵抗ではなくスイッチ側に流れ、ピンはLOWになります。つまり、プルアップ方式では「押した時にLOW」という読み替えが必要です。

プルダウン抵抗の仕組み

プルダウン抵抗は、考え方がプルアップの逆です。ピンとGNDの間に抵抗を挟みます。スイッチは、ピンと5Vの間に配置します。スイッチを押していないとき、ピンは抵抗を通じてGNDに引き下げられます。この状態がLOWです。スイッチを押すと、ピンは直接5Vにつながり、HIGHになります。プルダウン方式では、「押した時にHIGH」という直感的な対応になります。

Arduinoの内蔵プルアップ（INPUT_PULLUP）

外部に抵抗を用意しなくても、Arduino自身が内蔵のプルアップ抵抗を持っています。pinMode(ピン番号, INPUT_PULLUP)と書くだけで、そのピンの内蔵プルアップが有効になります。

内蔵抵抗の値と使い方の目安

Arduino公式のDigital Pinsチュートリアルによると、多くのAVR系ボードでの内蔵抵抗の値は20kΩから50kΩの範囲です。外部の抵抗を1本も使わずに済むため、配線がとてもシンプルになります。初心者の方には、まずこの内蔵プルアップから試すことをおすすめします。

03配線方法：外部抵抗と内蔵プルアップ

外部プルアップ抵抗を使う配線

スイッチの片側をArduinoのデジタルピンにつなぎます。同じ側から10kΩ程度の抵抗を経由して5Vにもつなぎます。スイッチのもう片側はGNDにつなぎます。これで、押していない時はHIGH、押した時はLOWになる回路の完成です。

内蔵プルアップを使う配線（部品が少なく簡単）

内蔵プルアップを使う場合は、さらにシンプルです。スイッチの片側をArduinoのデジタルピンに、もう片側をGNDに直接つなぐだけで完成します。抵抗を用意する必要がありません。コード側でINPUT_PULLUPを指定するだけで、外部プルアップ抵抗と同じ「押した時にLOW」という動作になります。

多くのタクトスイッチは4本足

市販のタクトスイッチには、4本の足があるものが多く流通しています。一見複雑に見えますが、内部では対角の2本ずつが常時つながっています。実質的には2点間のスイッチと変わりません。対角にある1本ずつ、合計2本を使えば問題なく動作します。残りの2本は使わなくても構いません。

04基本のコード｜digitalRead()で状態を読み取る

内蔵プルアップ配線でのコード

まずは、配線がシンプルな内蔵プルアップの例から見てみましょう。pinMode()にINPUT_PULLUPを指定するのがポイントです。押した時にLOWになる点を忘れないようにしてください。

// 内蔵プルアップでタクトスイッチの状態を読み取るコード
const int buttonPin = 2;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // 内蔵プルアップを有効化
  Serial.begin(9600);
}

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

  if (state == LOW) {
    // LOWのときが「押されている」状態
    Serial.println("押されています");
  } else {
    Serial.println("押されていません");
  }

  delay(100);
}

プルダウン配線でのコード

外部にプルダウン抵抗を組んだ場合は、判定が逆になります。押した時にHIGHになるため、直感的なコードになります。

// 外部プルダウン抵抗でタクトスイッチの状態を読み取るコード
const int buttonPin = 2;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT); // 外部抵抗を使うのでINPUTでよい
  Serial.begin(9600);
}

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

  if (state == HIGH) {
    // HIGHのときが「押されている」状態
    Serial.println("押されています");
  } else {
    Serial.println("押されていません");
  }

  delay(100);
}

方式によって変わるのは判定の向きだけ

どちらの方式でも、コードの骨格はほとんど同じです。違うのは、押した時にHIGHとLOWのどちらになるかだけです。まずは動かしてみましょう。自分の配線でどちらの判定になるか確認してみてください。基本文法については、下記の記事でも詳しく解説しています。

05誤入力対策｜チャタリングとその対処法

チャタリングとは何か

スイッチ内部の金属接点は、押した瞬間や離した瞬間に小刻みに振動します。ごく短い時間だけ、接触と離脱を繰り返すのです。この現象を「チャタリング」と呼びます。人の目には一瞬の出来事に見えます。しかし、Arduinoの処理速度から見ると事情が違います。この間に何度も状態が切り替わって見えることがあるのです。その結果、1回押しただけでも複数回押されたと判定されることがあります。

ソフトウェアで対策する

もっとも手軽な対策は、コード側で一定時間だけ状態の変化を無視することです。これをデバウンス処理と呼びます。Arduino公式のDebounceサンプルでは、millis()を使って現在の時刻を記録します。

公式サンプルの考え方

状態が変化してから50ミリ秒が経過するまで、次の変化を受け付けません。これが公式サンプルの基本的な考え方です。この50ミリ秒という値は、多くのチュートリアルで使われる目安です。チャタリングが収まらない場合は、もう少し長く設定しても構いません。

// millis()を使ったソフトウェアデバウンスの例
const int buttonPin = 2;

int lastReading = HIGH;       // 前回の生の読み取り値
int buttonState = HIGH;       // デバウンス後の確定した状態
unsigned long lastDebounceTime = 0;
const unsigned long debounceDelay = 50; // 50ミリ秒待つ

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  Serial.begin(9600);
}

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

  // 生の値が変化したら、時刻を記録し直す
  if (reading != lastReading) {
    lastDebounceTime = millis();
  }

  // 変化してから50ミリ秒経過していたら、確定状態を更新
  if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) {
    if (reading != buttonState) {
      buttonState = reading;
      if (buttonState == LOW) {
        Serial.println("ボタンが押されました");
      }
    }
  }

  lastReading = reading;
}

ハードウェアで対策する

回路の側でチャタリングを抑える方法もあります。スイッチと並列に、小容量のセラミックコンデンサ（0.1μF程度）を追加する方法です。接点が細かく振動しても、コンデンサが電圧の急激な変化を吸収してくれます。ソフトウェアとハードウェア、どちらか一方だけでも十分な場合が多いです。両方を組み合わせれば、さらに安定した動作が期待できます。

06LEDと組み合わせた実践的な使用例

押している間だけ点灯

もっともシンプルな応用は、スイッチを押している間だけLEDを点灯させる例です。スイッチの状態を、そのままLEDの出力に反映させるだけで実現できます。

// スイッチを押している間だけLEDを点灯させるコード
const int buttonPin = 2;
const int ledPin = 13;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

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

  if (state == LOW) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH); // 押されていたら点灯
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);  // 離したら消灯
  }
}

押すたびに状態を切り替える（トグル動作）

次は、押すたびにLEDのON/OFFが切り替わる、トグル式のコードです。1回の押下を正確に1回として数える必要があります。そのため、5章のデバウンス処理と組み合わせるのが基本です。

トグル式コードの実装例

// 押すたびにLEDのON/OFFを切り替えるトグル式コード
const int buttonPin = 2;
const int ledPin = 13;

int lastReading = HIGH;
int buttonState = HIGH;
unsigned long lastDebounceTime = 0;
const unsigned long debounceDelay = 50;
bool ledState = false;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

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

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

  if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) {
    if (reading != buttonState) {
      buttonState = reading;
      // LOWになった瞬間（押された瞬間）だけLEDを切り替える
      if (buttonState == LOW) {
        ledState = !ledState;
        digitalWrite(ledPin, ledState);
      }
    }
  }

  lastReading = reading;
}

07よくあるトラブルと対処法

症状別の対処早見表

原因を素早く切り分けるコツ

08よくある質問

基本のQ&A

応用のQ&A