目錄

1. Arduino簡(jiǎn)史

2. Arduino特點(diǎn)

2.1 Arduino參數(shù)：

2.2 Arduino 板的說(shuō)明

3. 軟件支持

3.1 IDE：

3.2 Sketch：

4. Arduino編程語(yǔ)言

5. Arduino 數(shù)據(jù)類型

6. Arduino 變量和常量

6.1 什么是變量范圍？

6.2 局部變量

6.3 全局變量

1. Arduino簡(jiǎn)史

Arduino是一家制作開(kāi)源計(jì)算機(jī)硬件和軟件的公司，同時(shí)兼有項(xiàng)目和用戶社區(qū)，他負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制造單板微控制器和微控制器包，用于構(gòu)建數(shù)字設(shè)備和交互式對(duì)象，以便在物理和數(shù)字世界中感知和控制對(duì)象。該項(xiàng)目的產(chǎn)品是按照GNU寬通用公共許可證（LGPL）或GNU通用公共許可證（GPL）許可的開(kāi)源硬件和軟件分發(fā)的，Arduino允許任何人制造Arduino板和軟件分發(fā)。 Arduino板可以以預(yù)裝的形式商業(yè)銷售，也可以作為自己動(dòng)手（DIY）包購(gòu)買。

Arduino電路板設(shè)計(jì)使用各種微處理器和控制器。這些電路板配有一組數(shù)字和模擬輸入/輸出（I/O）引腳，可以連接各種擴(kuò)展板或面包板（屏蔽板）和其他電路。這些電路板具有串行通信接口，包括某些型號(hào)上的通用串行總線（USB），也用于從個(gè)人計(jì)算機(jī)加載程序。微控制器通常使用C/C++編程語(yǔ)言。除了使用傳統(tǒng)的編譯工具鏈之外，Arduino項(xiàng)目還提供了一個(gè)基于Processing語(yǔ)言項(xiàng)目的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），集成開(kāi)發(fā)環(huán)境界面如圖 1.1。

 

Arduino項(xiàng)目始于2003年，作為意大利伊夫雷亞地區(qū)交互設(shè)計(jì)研究所Ivrea的學(xué)生項(xiàng)目，目的是為新手和專業(yè)人員提供一種低成本且簡(jiǎn)單的方法，以創(chuàng)建使用傳感器與環(huán)境相互作用的設(shè)備執(zhí)行器。適用于初學(xué)者愛(ài)好者的此類設(shè)備的常見(jiàn)示例包括簡(jiǎn)單機(jī)器人，恒溫器和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器。

Arduino這個(gè)名字來(lái)自意大利伊夫雷亞的一家酒吧，該項(xiàng)目的一些創(chuàng)始人過(guò)去常常會(huì)去這家酒吧。 酒吧以伊夫雷亞的Arduin命名，他是1002年至1014年期間伊夫雷亞三國(guó)和意大利國(guó)王的統(tǒng)治者。

它使用 Atmel AVR 單片機(jī)，采用開(kāi)放源代碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開(kāi)放源代碼 simple I/O 接口板，并具有使用類似 Java，C 語(yǔ)言的 Processing/Wiring 開(kāi)發(fā)環(huán)境。

2. Arduino特點(diǎn)

• ​​基于知識(shí)共享開(kāi)放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)。
• 免費(fèi)下載，也可依需求自己修改，但需遵照姓名標(biāo)示。您必須按照作者或授權(quán)人所指定的方式，表彰其姓名。
• 依相同方式分享，若您改變或轉(zhuǎn)變著作，當(dāng)散布該派生著作時(shí)，您需采用與本著作相同或類似的授權(quán)條款。
• Arduino可使用ICSP在線燒入器，將Bootloader燒入新的IC芯片。
• 可依據(jù)Arduino官方網(wǎng)站，獲取硬件的設(shè)計(jì)檔，加以調(diào)整電路板及組件，以匹配自己實(shí)際設(shè)計(jì)的需求。
• 可簡(jiǎn)單地與感測(cè)器，各式各樣的電子組件連接，如紅外線、超音波、熱敏電阻、光敏電阻、伺服馬達(dá)…等。
• 支持多樣的交互程序，如Adobe Flash, Max/MSP, VVVV, Pure Data, C, Processing…等。
• 使用低價(jià)格的微處理控制器（Atmel AVR）（ATMEGA 8,168,328等）。
• USB接口，不需外接電源。另外有提供直流（DC）電源輸入。

2.1 Arduino參數(shù)：

• Digital I/O 數(shù)字輸入/輸出端口0—13。
• Analog I/O 模擬輸入/輸出端口0-5。
• 支持ICSP下載，支持TX/RX。
• 輸入電壓：USB接口供電或者5V-12V外部電源供電。
• 輸出電壓：支持3.3V級(jí)5V DC輸出。
• 處理器：使用Atmel Atmega168 328處理器，因其支持者眾多，
• 已有公司開(kāi)發(fā)出來(lái)32位的MCU平臺(tái)支持arduino。

VIN端口：VIN是input voltage的縮寫，表示有外部電源時(shí)的輸入端口。

AREF:Reference voltage for the analog inputs(模擬輸入的基準(zhǔn)電壓）。使用analogReference()命令調(diào)用。

ICSP：也有稱為ISP（In System Programmer)，就是一種線上即時(shí)燒錄，目前比較新的芯片都支持這種燒錄模式。

我們都知道傳統(tǒng)的燒錄方式，都是將被燒錄的芯片，從線路板上拔起，有的焊死在線路板上的芯片，還得先把芯片焊接下來(lái)才能燒錄。只需要準(zhǔn)備一條R232線（連接燒錄器），以及一條連接燒錄器與燒錄芯片針腳的連接線就可以。電源的+5V，GND，兩條負(fù)責(zé)傳輸燒錄信息的針腳，再加上一個(gè)燒錄電壓針腳，這樣就可以燒錄了。

2.2 Arduino 板的說(shuō)明

在本章中，我們將了解Arduino板上的不同組件。將學(xué)習(xí)Arduino UNO板，因?yàn)樗�是Arduino板系列中最受歡迎的。此外，它是開(kāi)始使用電子和編碼的最佳板。有些板看起來(lái)與下面給出的有些不同，但多數(shù)Arduino中的這些組件大部分是共同的。

3. 軟件支持

3.1 IDE：

Arduino提供了Arduino Software IDE，一套以Java編寫的跨平臺(tái)應(yīng)用軟件。Arduino Software IDE源自于Processing編程語(yǔ)言以及Wiring計(jì)劃的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。它是被設(shè)計(jì)于介紹程序編寫給藝術(shù)家和不熟悉程序設(shè)計(jì)的人們，且包含了一個(gè)擁有語(yǔ)法高亮、括號(hào)匹配、自動(dòng)縮進(jìn)和一鍵編譯并將可執(zhí)行文件燒寫入Arduino硬件中的編輯器。

Arduino Software IDE使用與C語(yǔ)言和C++相仿的編程語(yǔ)言，并且提供了包含常見(jiàn)的輸入/輸出函數(shù)的Wiring軟件庫(kù)。在使用GNU toolchain編譯和鏈接后，Arduino Software IDE提供了一個(gè)程序“avrdude”用來(lái)轉(zhuǎn)換可執(zhí)行檔成為能夠燒寫入Arduino硬件的固件。

3.2 Sketch：

使用Arduino Software IDE編寫的程序被稱為“sketch”。一個(gè)典型的Arduino C/C++ sketch程序會(huì)包含兩個(gè)函數(shù)，它們會(huì)在編譯后合成為main()函數(shù)：

• setup()：在程序運(yùn)行開(kāi)始時(shí)會(huì)運(yùn)行一次，用于初始化設(shè)置。
• loop()：直到Arduino硬件關(guān)閉前會(huì)重復(fù)運(yùn)行函數(shù)放的代碼。

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4. Arduino編程語(yǔ)言

int LED_PIN=13;
void setup () {                    // 初始化副程式，程式起始時(shí)僅執(zhí)行一次
    pinMode (LED_PIN, OUTPUT);     // 以數(shù)位輸出方式啟用Pin13
}
void loop () {                     // loop副程式，重複不斷執(zhí)
    digitalWrite (LED_PIN, HIGH);  // 打開(kāi)LED（發(fā)光二極管）
    delay (1000);                  // 等待一秒，delay內(nèi)含數(shù)值1000，代表延遲1000毫秒，即一秒。
    digitalWrite (LED_PIN, LOW);   // 關(guān)閉LED
    delay (1000);                  // 等待一秒
}                                  // loop副程式結(jié)束

（Arduino的Blink示例程序）

Arduino 程序可由五個(gè)部分組成 :

//1. 導(dǎo)入庫(kù)與定義 (可有可無(wú))

#include <SoftEasyTranfer.h>

#define LEDPIN 13;

//2. 聲明常量與全域變量 (可有可無(wú))

const float PI=3.14159;

int r=0 ;

//3. 初始化函數(shù)setup（） (必要)

void setup() {}

//4. 循環(huán)函數(shù)loop（） (必要)

void loop() {}

//5. 自定義函數(shù) (可有可無(wú))

float area(float r) {

float a=PI*r*r;

return a;

}

其中 setup() 與 loop() 是一定要有的函數(shù) (均無(wú)參數(shù)無(wú)傳回值), 其他則視需要而定. Arduino 語(yǔ)言采用 C/C++ 語(yǔ)法,加上以 Wiring 為基礎(chǔ)的電子設(shè)計(jì)核心庫(kù)組合而成, 包括 Digital I/O, Analog I/O 等庫(kù). 內(nèi)置的庫(kù)可直接調(diào)用, 但若有使用第三方庫(kù)(例如驅(qū)動(dòng)感測(cè)器模塊所需的庫(kù)), 則必須使用 include 前置指令引入. 此外, 也可以用前置指令 define 定義一個(gè)常量或宏 (表達(dá)式).

前置指令乃 C 編譯器指令, 不屬于 C 語(yǔ)言本身, 其用途有三 :

1. 引入頭文件 : 例如 #include <myLibrary.h> 或 "myLibrary.h"
2. 定義常量 : 例如 #define PI 3.14159
3. 定義宏 : 例如 #define AREA(r) PI*r*r

所以前置指令的功能一言以蔽之就是替換, include 就是在標(biāo)頭處以指定之文件內(nèi)容替換; 而 #define 就是在程序中用到所定義之常量與宏名稱時(shí), 以其內(nèi)容替換.

宏的功能事實(shí)上與函數(shù)類似, 不同之處是函數(shù)調(diào)用使用堆棧, 而宏則是直接放在源代碼中,由編譯器自動(dòng)進(jìn)行替換，運(yùn)行效率較快 (但若很多地方都要用到時(shí), 編譯后就會(huì)比較大).

注意：

頭文件可用角括號(hào) < > 或雙引號(hào) "", 差別是：

a. 用雙引號(hào)時(shí), 前置處理器會(huì)先從源文件所在位置開(kāi)始去搜索頭文件;

b. 而用角括號(hào)則會(huì)先從 libraries 目錄開(kāi)始找.

5. Arduino 數(shù)據(jù)類型

C中的數(shù)據(jù)類型是指用于聲明不同類型的變量或函數(shù)的擴(kuò)展系統(tǒng)。變量的類型確定它在存儲(chǔ)器中占用多少空間以及如何解釋存儲(chǔ)的位模式。下表提供了你將在Arduino編程期間使用的所有數(shù)據(jù)類型。

void

void關(guān)鍵字僅用于函數(shù)聲明。它表示該函數(shù)預(yù)計(jì)不會(huì)向調(diào)用它的函數(shù)返回任何信息。

例子

Void Loop ( ) {
   // rest of the code
}

Boolean

布爾值保存兩個(gè)值之一，true或false。每個(gè)布爾變量占用一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存。

例子

boolean val = false ; // declaration of variable with type boolean and initialize it with false
boolean state = true ; // declaration of variable with type boolean and initialize it with false

Char

一種數(shù)據(jù)類型，占用一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存，存儲(chǔ)一個(gè)字符值。字符文字用單引號(hào)寫成：'A'，對(duì)于多個(gè)字符，字符串使用雙引號(hào)："ABC"。

但是，字符是存儲(chǔ)為數(shù)字。你可以在ASCII圖表中查看特定編碼。這意味著可以對(duì)使用ASCII值的字符進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。例如，'A'+1的值為66，因?yàn)榇髮懽帜窤的ASCII值為65。

例子

Char chr_a = ‘a(chǎn)’ ;//declaration of variable with type char and initialize it with character a
Char chr_c = 97 ;//declaration of variable with type char and initialize it with character 97

unsigned char

unsigned char是一種無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)類型，占用一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存。unsigned char數(shù)據(jù)類型編碼數(shù)字為0到255。

例子

Unsigned Char chr_y = 121 ; // declaration of variable with type Unsigned char and initialize it with character y

byte

一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)一個(gè)8位無(wú)符號(hào)數(shù)，從0到255。

例子

byte m = 25 ;//declaration of variable with type byte and initialize it with 25

int

整數(shù)（int）是數(shù)字存儲(chǔ)的主要數(shù)據(jù)類型。int存儲(chǔ)16位（2字節(jié)）值。

這產(chǎn)生-32768至32767的范圍（最小值為-2^15，最大值為（2^15）-1）。

int的大小因板而異。例如，在Arduino Due中，int存儲(chǔ)32位（4字節(jié)）值。這產(chǎn)生-2147483648至2147483647的范圍（最小值-2^31和最大值（2^31）-1）。

例子

int counter = 32 ;// declaration of variable with type int and initialize it with 32

Unsigned int

unsigned int（無(wú)符號(hào)整數(shù)）與int相同，存儲(chǔ)2字節(jié)。然而，它們只存儲(chǔ)正值，產(chǎn)生0到65535（2^16）-1的有效范圍。Due存儲(chǔ)4字節(jié)（32位）值，范圍從0到4294967295（2^32-1）。

例子

Unsigned int counter = 60 ; // declaration of variable with 
   type unsigned int and initialize it with 60

Word

在Uno和其他基于ATMEGA的板上，一個(gè)word存儲(chǔ)一個(gè)16位無(wú)符號(hào)數(shù)。在Due和Zero上，它存儲(chǔ)一個(gè)32位無(wú)符號(hào)數(shù)。

例子

word w = 1000 ;//declaration of variable with type word and initialize it with 1000

Long

Long變量是用于數(shù)字存儲(chǔ)的擴(kuò)展大小變量，存儲(chǔ)32位（4字節(jié)），從-2147483648到2147483647。

例子

Long velocity = 102346 ;//declaration of variable with type Long and initialize it with 102346

unsigned long

unsigned long變量是用于數(shù)字存儲(chǔ)的擴(kuò)展大小變量，并存儲(chǔ)32位（4字節(jié)）。與標(biāo)準(zhǔn)的long不同，unsigned long不會(huì)存儲(chǔ)負(fù)數(shù)，它們的范圍為0到4294967295（2^32-1）。

例子

Unsigned Long velocity = 101006 ;// declaration of variable with 
   type Unsigned Long and initialize it with 101006

short

short是16位數(shù)據(jù)類型。在所有Arduinos（基于ATMega和ARM）上，一個(gè)short存儲(chǔ)一個(gè)16位（2字節(jié)）值。這產(chǎn)生-32768至32767的范圍（最小值為-2^15，最大值為（2^15）-1）。

例子

short val = 13 ;//declaration of variable with type short and initialize it with 13

float

浮點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)類型是具有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字。浮點(diǎn)數(shù)通常用于近似模擬值和連續(xù)值，因?yàn)樗鼈兊姆直媛矢哂谡麛?shù)。

浮點(diǎn)數(shù)可以大到3.4028235E+38，也可以低到-3.4028235E+38。它們被存儲(chǔ)為32位（4字節(jié)）信息。

例子

float num = 1.352;//declaration of variable with type float and initialize it with 1.352

double

在Uno和其他基于ATMEGA的板上，雙精度浮點(diǎn)數(shù)占用四個(gè)字節(jié)。也就是說(shuō)，double實(shí)現(xiàn)與float完全相同，精度沒(méi)有增益。在Arduino Due上，double具有8字節(jié)（64位）精度。

例子

double num = 45.352 ;// declaration of variable with type double and initialize it with 45.352

6. Arduino 變量和常量

在我們開(kāi)始解釋變量類型之前，我們需要確定一個(gè)非常重要的主題，稱為變量范圍即作用域問(wèn)題。

6.1 什么是變量范圍？

Arduino使用的C語(yǔ)言中的變量具有名為scope（范圍）的屬性。scope是程序的一個(gè)區(qū)域，有三個(gè)地方可以聲明變量。它們是：

• 在函數(shù)或代碼塊內(nèi)部，稱為局部變量。
• 在函數(shù)參數(shù)的定義中，稱為形式參數(shù)。
• 在所有函數(shù)之外，稱為全局變量。

6.2 局部變量

在函數(shù)或代碼塊中聲明的變量是局部變量。它們只能由該函數(shù)或代碼塊中的語(yǔ)句使用。局部變量不能在它們自己之外運(yùn)行。以下是使用局部變量的示例：

Void setup () {
}
Void loop () {
   int x , y ;
   int z ; Local variable declaration
   x = 0;
   y = 0; actual initialization
   z = 10;
}

6.3 全局變量

全局變量在所有函數(shù)之外定義，通常位于程序的頂部。全局變量將在程序的整個(gè)生命周期中保持其真知。

全局變量可以被任何函數(shù)訪問(wèn)。也就是說(shuō)，一個(gè)全局變量可以在整個(gè)程序中聲明后使用。

以下示例使用全局變量和局部變量：

注意：全局變量、靜態(tài)變量、常量應(yīng)使用大寫字母來(lái)命名name，防止混淆且有警示作用。

Int T , S ; //全局變量大寫
float c = 0 ; Global variable declaration
Void setup () {
}
Void loop () {
   int x , y ; // 局部變量小寫
   int z ; Local variable declaration
   x = 0;
   y = 0; actual initialization
   z = 10;
}

【Questions】

1.什么是單片機(jī)？它與個(gè)人計(jì)算機(jī)有什么不同？

Ans：一臺(tái)能夠工作的計(jì)算機(jī)要有這樣幾個(gè)部份構(gòu)成：中央處理單元CPU（進(jìn)行運(yùn)算、控制）、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、存儲(chǔ)器ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入/輸出設(shè)備I/O（串行口、并行輸出口等）。在個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）上這些部份被分成若干塊芯片，安裝在一個(gè)被稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機(jī)中，這些部份全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就稱為單片（單芯片）機(jī)，而且有一些單片機(jī)中除了上述部份外，還集成了其它部份如模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換（A/D）和數(shù)字量/模擬量轉(zhuǎn)換（D/A）等。

2. 為什么用單片機(jī)，如Arduino、STm32，etc.

實(shí)際工作中并不是任何涉及計(jì)算和控制的場(chǎng)合都要求處理器或計(jì)算機(jī)有很高的性能，其應(yīng)用的關(guān)鍵在于使用性能（是否夠用）和經(jīng)濟(jì)性（是否有很好的性能價(jià)格比）。