Arduino基础学习笔记

Ardunio概述

  Ardunio是一个易于硬件和软件开发的开源电子平台，它可以接收来自多种传感器的输入数据来感知环境，并控制LED，电机等多种设备的运转。你可以使用Java，C++，Python等Ardunio支持的编程语言来控制Ardunio的运行。

基本概念

• 数字输入/输出：向开发板输入离散值0，1信号叫数字数入。从开发板输出离散值0，1信号叫数字输出。TX->1 RX<-0 与电脑传输数据使用。
• 模拟输入/输出：向开发板输入连续电信号叫模拟输入。从开发板输出连续电信号叫模拟输出。
• PWM概念：PWM指脉冲宽度调制，通过对脉冲（在极短时间内不断变化的数字信号）的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形，是一种常用的数字信号转换为模拟信号的方式。例如：
  

  当LED引脚电平为以下波形时

  高电平铺满整个PWM时钟周期，设此时LED亮度为100%。若为以下波形时

  则此时LED亮度为50%。设时间1为一个PWM时钟周期。在该时钟周期内，占空比（高电平保持的时间与PWM的时钟周期的总时间之比）为0.5，此时占空比可以看作LED亮度。

• 数模转换：把数字信号转换为模拟信号或者把模拟信号转换为数字信号。

常用组件

• 上拉电阻：上拉电阻的作用是将一个未知的电平拉高到稳定的高电平状态。在Ardunio中数字引脚和模拟引脚都内置了上拉电阻，可以使用代码激活。此外，自己配置的上拉电阻一般为10KΩ。
  

  R1为上拉电阻，若开关S1断开，Input通过两个电阻接+5V，为稳定高电平。若开关S1闭合，Input接地，为稳定低电平。若没有上拉电阻R1，则开关断开时Input浮空，不确定其电平，产生电子噪声。

• 下拉电阻：下拉电阻的作用是将一个未知的电平拉低到稳定的低电平状态。
  

  R1为下拉电阻，若开关S1断开，Input通过两个电阻接地，为稳定低电平。若开关S1闭合，Input与+5V相连，为稳定高电平。若没有下拉电阻R1，则开关断开时Input浮空，不确定其电平，产生电子噪声。

Arduino程序结构

// 给开发板通电或者按下复位按钮后只执行一次
void setup () {}

// 反复执行
void loop () {}

数字电路API

• 设置数字引脚输入输出模式

void pinMode(param1, param2);

  param1：引脚编号
  param2：模式，可选关键字INPUT（输入）或OUTPUT（输出）
  例如pinMode(2, OUTPUT)为设置2号引脚为输出模式
  Ardunio引脚开机默认为INPUT模式。当引脚设定为OUTPUT模式时，引脚为低阻抗状态，Ardunio可以向其它电路元器件提供电流，若元器件驱动电流超过40mA，则需要其他辅助元器件。当引脚设置为INPUT模式时，此时引脚处于高阻抗状态，等同于在引脚前串联一个100MΩ的电阻，所以只需要很小的电流就能改变引脚电平状态。当引脚设置为INPUT_PULLUP模式，则启用引脚内部上拉电阻，相当于引脚通过上拉电阻连接到高电平上。

• 向引脚写数字信号

void digitalWrite(param1, param2);

  param1：引脚编号
  param2：要输出的数字信号，可选关键字HIGH（高电平5V）或LOW（低电平0V/GND）
  例如digitalWrite(2, HIGH)为设置2号引脚上的电平为高电平，该函数需要先设置pinMode(2, OUTPUT)，即设置2号引脚为输出模式。

• 从数字引脚中读取数字信号

HIGH/LOW digitalRead(param1);

  param1：引脚编号
  return：返回HIGH表示此时引脚为高电平，返回LOW表示此时引脚为低电平
  例如digitalRead(2) == LOW为判断此时2号引脚是否为低电平

• 设置延迟

void delay(param1);

  param1：延迟时间(ms)
  例如delay(1000)为等待1000毫秒后执行下一条语句。

串口通信

  串口通信用于Ardunio开发板与电脑或者其他设备之间进行通信

• 初始化串口通信

Serial.begin(param);

  param1：串口通信传输位数
  例如Serial.begin(9600)为初始化串口通信，每秒9600位

• 输出变量到串口监视器

Serial.println(param);

  param：需要的输出信息
  例如Serial.println(buttonState)为向串口输出buttonState数据

获取随机数

• 获取一个长整型随机数

long random(param1, param2);

  param1：可以取到的随机数的最小值
  param2：不可以取到的随机数的最大值
  return：long型随机数
  例如random(1, 10)为获取大于等于1且小于10的随机整数

模拟电路API

• 向引脚中写模拟信号

void analogWrite(param1, param2);

  param1：引脚编号
  param2：要输出的模拟信号，范围为0～255
  例如analogWrite(9, 128)为向9号引脚写入数据128
  在Ardunio Uno中只有3，5，6，9，10，11能够输出模拟信号

• 从模拟输入引脚中读取数据数值

int analogRead(param);

  param：引脚编号
  return：返回int类型数据，范围在0-1023之间
  Ardunio控制器有多个10位数模转换通道，因此有0～2^10-1共1024个数值。

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