第4回：ボタンを押すごとにLEDのON/OFFの切替え

トグル動作とは何か？
ボタン入力の基本と「押された瞬間」検出の考え方
1. ボタンの物理挙動・スイッチ構造
2. 「押された瞬間」だけ反応させる理由
サンプルコードと解説
1. サンプルコード
2. 各行のポイント
チャタリング（スイッチバウンス）問題とその対策
状態反転（トグル）処理の設計ポイント
1. 簡潔に実装できる反転処理
2. 状態遷移モデルを整理する
まとめ
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トグル動作とは何か？

「トグル動作」とは、ボタンを押すごとに状態が切り替わる挙動のことを指します（例えば ON → OFF → ON → …）。
これは、ボタンを 押している間だけ ON、という「押下中維持」型とは異なり、押した瞬間に切り替わり、あとは次に押されるまでその状態を保持する方式です。

この動きはユーザーインターフェース（UI）や機械制御のスイッチ類で頻繁に使われます。たとえばテレビの電源ボタン、階段照明の切り替えスイッチなどです。

本稿では、マイコン（例えば Raspberry Pi Pico W など）を使ったボタン入力から LED 出力までのトグル実装を題材に、動作原理・注意点・応用へと展開します。

ボタン入力の基本と「押された瞬間」検出の考え方

ボタンの物理挙動・スイッチ構造

ボタンは物理的には接点が開閉する機構を持ち、押下や離下によって接点（メタル接触片）が互いに接触・分離します。
この構造ゆえに、“押された瞬間”を正確に検出するためには、押されている間ずっと ON にするのではなく、押された瞬間をトリガーとして処理を行うという設計が重要です。

「押された瞬間」だけ反応させる理由

単純に button.value() が 1 になっている間ずっと LED を ON にしてしまうと「押しっぱなし」中にも不要な切り替えや誤反応が起きやすくなります。
トグル動作を実現するためには、「ボタンが“未押下”から“押下”に変化した瞬間（立ち上がりエッジ）」を検出する必要があります。
つまり、前回の状態を保持し、今回の状態と比較して変化があったときだけ反応させる手法です。

この考え方が、サンプルコードでも使われています：

if current == 1 and prev_button == 0:
    …切り替え処理…

サンプルコードと解説

サンプルコード

from machine import Pin
import utime

button = Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)  # ボタン入力
led = Pin('LED', Pin.OUT)                # LED出力

led_state = 0     # 現在のLED状態（0=OFF, 1=ON）
prev_button = 0   # 前回のボタン状態

while True:
    current = button.value()  # 今のボタン状態を取得

    # ボタンが「押されていない→押された」に変化した瞬間を検出
    if current == 1 and prev_button == 0:
        led_state = not led_state   # 状態を反転
        led.value(led_state)        # LEDに反映

    prev_button = current  # 状態を保存
    utime.sleep(0.02)      # チャタリング防止のため待機

各行のポイント

Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)
　ボタンを入力ピン GPIO16 に割り当て、内部プルダウン抵抗により未押下時は 0 を維持。
led = Pin('LED', Pin.OUT)
　オンボードLED出力用のピン設定。
led_state = 0
　LEDの状態を管理する変数。
if current == 1 and prev_button == 0:
　この条件において「前回押されていない → 今回押された」という遷移を検出。
led_state = not led_state
　Python ではビット反転ではなく真偽反転（0⇄1）がこの書き方で可能。
utime.sleep(0.02)
　20 ms 程度の待機を入れることで、チャタリング（スイッチバウンス） の影響を減らす（後述）。

チャタリング（スイッチバウンス）問題とその対策

チャタリングとは？

スイッチのメカニカル接点は、押した／離した際に接触と分離を数回高速に繰り返すことがあります。
この現象を “バウンス（bounce）” と呼び、マイコンが高速に状態変化を検知すると「押されたはずが複数回検出された」ような誤動作を起こします。
このため、デジタル回路では「バウンスを除去（デバウンス）」する処理が必須です。