Arduino IDE及编程语法

一、简介

Arduino语法是建立在C/C++基础上的，其实也就是基础的C语法，Arduino语法只不过把相关的一些参数设置都函数化。

Arduino板通过串行通信的方式与Arduino IDE通信，实现串口数据的发送接收。从Arduino IDE向Arduino板烧录程序（Arduino IDE中称为上传），即将编译好的二进制程序代码写入ATmega单片机的程序存储器，这一过程也是通过串行通信实现的。因此，在使用Arduino之前必须确保串行通信的正常工作。由于当前多数电脑均不再配置对外的串行通信接口，所以采用USB转串口（TTL电平）的方式来实现。

Arduino所采用的USB转串口的方式主要有两种：一是采用专用芯片（Arduino官方采用的主要是FT232RL），一是采用内置转换功能的单片机（如ATmage 16U2等），其中NANO采用的是前者，UNO采用的是后者。不论采用哪一种方式，必须正确安装相应芯片的驱动程序，才能确保其与Arduino IDE正常通信。

官网地址：https://www.arduino.cc/en/Guide

文档地址：https://docs.arduino.cc/

二、设置

1、示例程序

Arduino IDE的文件-示例菜单中包含了大量实例程序，这是学习Arduino编程开发的宝贵资源，值得我们充分利用。另外，添加了标准格式的Arduino库之后，也会在这个菜单项里找到库所带的示例程序。

这些示例程序也是我们进行各种测试的便捷工具。在安装完成IDE后，通常我们会打开文件-示例Basics-Blink项目来进行编译和上传程序的测试。

  • Basic / Blink，该程序功能是让Arduino板载的LED灯（连接Arduino 13号GPIO）进行频率为0.5Hz的闪烁(亮灭各1S循环往复)，可以检测编译、上传(烧录)以及Arduino板的电路运行是否正常。
  • Communications / ASCII Table，该程序功能是系统上电后通过串口以9600bps波特率输出ASCII码表，可以验证串口通信功能。

示例程序文档地址：https://docs.arduino.cc/built-in-examples

2、设置

正确上传（烧录）程序需要进行的三项设置：工具菜单，分别设定开发板、处理器和端口三个项目。

  • 开发板设置：按照所使用的Arduino板的型号名称进行设置

    常用的Arduino UNO选择Arduino/Genuino UNO，Arduino NANO选择Arduino NANO。

  • 处理器设置：选择开发板对应的Atmega单片机型号

    需要注意的是

    • 对于Arduino NANO，Arduino官方于2018年1月更新了Bootloader代码，而早期及非官方版本的Arduino NANO有些仍然采用老版本的Bootloader代码，因此必须特别注意选择ATmega328P (Old Bootloader)，否则会出现上传代码时长时间停留在上传……经一段时间后提示上传失败的现象。对于2018年1月后官方版的NANO，选择ATmega328P。对任何版本的UNO，由于没有更新Bootloader，因此没有ATmega328P (Old Bootloader)这一选项，选择ATmega328P即可。
    • 如果使用内置新Bootloader的NANO，但Arduino IDE却是老版本（如1.8.4），则需要升级到新版本，否则也会因为Bootloader不匹配而导致上述故障。

  • 端口设置

    注意选择当前Arduino板连接的COM端口号

正确设置以上参数后，单击工具栏上的右向箭头图标即可完成“编译+上传”的过程，也可以使用菜单项目-上传。工具栏上的对号图标是仅编译，与菜单项目-验证/编译功能一致。以上是使用Arduino板载USB口上传程序时使用的，若使用其他编程器进行上传，则需首先在工具-编程器菜单中选择对应型号的编程器，在确保编程器与Arduino板正确连接的情况下，使用项目-使用编程器上传来上传程序。

3、串口监控

三、电路常识

1、数字电平

Arduino Uno的引脚0-13用作数字输入/输出引脚。其中，引脚13连接到板载的LED指示灯；引脚3、5、6、9、10、11具有PWM功能

需要注意的是：

● 每个引脚可提供/接收最高40 mA的电流。但推荐的电流是20毫安。

● 所有引脚提供的绝对最大电流为200mA。

数字是一种表示1位电压的方式：0或1。

Arduino上的数字引脚是根据用户需求设计为输入或输出的引脚。数字引脚可以打开或关闭。开启时，它们处于5V的高电平状态，当关闭时，它们处于0V的低电平状态。在Arduino上，

  • 当数字引脚配置为输出时，它们设置为0或5V

  • 当数字引脚配置为输入时，电压由外部设备提供。该电压可以在0-5V之间变化，并转换成数字表示（0或1）。为了确定这一点，有2个阈值：

    • 低于0.8v - 视为0
    • 高于2.0v - 视为1

将组件连接到数字引脚时，确保逻辑电平匹配。如果电压在阈值之间，则返回值将不确定。

2、PWM

通常，脉宽调制（PWM）是一种调制技术，用于将消息编码为脉冲信号。 PWM由两个关键部分组成：频率和占空比。 PWM频率决定了完成单个周期（周期）所需的时间以及信号从高到低的波动速度。占空比决定信号在总时间段内保持高电平的时间。占空比以百分比表示。

在Arduino中，支持PWM的引脚产生约500Hz的恒定频率，而占空比根据用户设置的参数而变化。见下图：

四、编程语法

文档地址：https://docs.arduino.cc/language-reference/

1、变量及常量

  • HIGH | LOW 表示数字IO口的电平，HIGH 表示高电平（1），LOW 表示低电平（0）。
  • INPUT | OUTPUT 表示数字IO引脚（Digital pins）的方向，INPUT 表示输入（高阻态），OUTPUT 表示（AVR单片机能提供5V电压，40mA输出）。输入还有INPUT_PULLUP
  • true | false 逻辑层定义
  • integer constants整数常量
  • floating point constants浮点常量

2、结构

初始函数

  • setup() 初始化，只执行一次。

    当Arduino板起动时setup()函数会被调用。用它来初始化变量，引脚模式，开始使用某个库，等等。该函数在Arduino板的每次上电和复位时只运行一次。

  • loop() 循环执行体，无限循环

    在创建setup函数，该函数初始化和设置初始值，loop()函数所做事的正如其名，连续循环，允许你的程序改变状态和响应事件。可以用它来实时控制arduino板。

控制结构

  • if 如果，满足条件执行
  • if...else 如果，，，否则
  • for 有限循环体，变量，条件，步进
  • switch case 多项判断，case 值: break终止，default:条件之外的部分
  • while 满足条件执行循环
  • do... while 先执行后判断条件
  • break 跳出，用在for和while，switch中
  • continue 继续下一循环，不跳出循环体，跳出当前条件
  • return 返回，跳出循环，后面的代码是无法执行的。
  • goto 定向跳转，用的较少

算数运算符

  • =（赋值运算符）
  • +（加）
  • -（减）
  • *（乘）
  • /（除）
  • %（模）取余

比较运算符

  • ==（等于）
  • !=（不等于）
  • <（小于）
  • >（大于）
  • \<=（小于等于）
  • >=（大于等于）

布尔运算符

  • &&（与） 条件同时满足

  • ||（或） 条件只要满足一个

  • !（非） 取反，布尔型或=号时用

指针运算符

  • 取消引用运算符

  • & 引用运算符

位运算符

  • & (bitwise and)

  • | (bitwise or)

  • ^ (bitwise xor)

  • ~ (bitwise not)

  • << (bitshift left)

  • >> (bitshift right)

复合运算符

  • ++ (increment)

  • -- (decrement)

  • += (compound addition)

  • -= (compound subtraction)

  • *= (compound multiplication)

  • /= (compound division)

  • &= (compound bitwise and)

  • |= (compound bitwise or)

3、函数

数字I/O

  • digitalWrite(uint8_t pin, uint8_t value) ：写数字引脚, 对应引脚的高低电平. 在写引脚之前, 需要将引脚设置为OUTPUT模式，pin值为0～13，value为HIGH或LOW
    • 模拟引脚也可以当作数字引脚使用, 编号为14(对应模拟引脚0)到19(对应模拟引脚5).

  • digitalRead(uint8_t pin)：读数字引脚, 返回引脚的高低电平. 在读引脚之前, 需要将引脚设置为INPUT模式，pin值为0～13。比如可以读数字传感器

    • 如果引脚没有链接到任何地方, 那么将随机返回 HIGH 或 LOW.

  • pinMode(uint8_t pin, uint8_t mode)：配置引脚为输入或输出模式，pin为引脚编号，值为0～13， mode表示为INPUT、OUTPUT 或 INPUT_PULLUP。

    • 模拟引脚也可以当作数字引脚使用, 编号为14(对应模拟引脚0)到19(对应模拟引脚5).

数学

  • abs(x)：计算绝对值

  • constrain(x, a, b))：约束函数，下限a，上限b，x必须在ab之间才能返回。

  • map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh) : 约束函数，value必须在fromLow与toLow之间和fromHigh与toHigh之间。

  • max(x, y)：求最大值

  • min(x, y)：求最小值

  • pow(base, exponent)：开方函数，base的exponent次方

  • sq(x)：平方

  • sqrt(x)：开根号

位与字节操作

  • bit()：

  • bitClear()：

  • bitRead()：

  • bitSet()：

  • bitWrite()：

  • highByte()：

  • lowByte()：

模拟I/O

  • analogRead(pin)： 模拟IO口读函数，pin表示为0～5。比如可以读模拟传感器（10位AD，0～5V表示为0～1023）。

  • analogWrite(pin, value)： PWM 数字IO口PWM输出函数，Arduino数字IO口 标注了PWM的IO口可使用该函数，pin表示3, 5, 6, 9, 10, 11，value表示为0～255。

  • analogWriteResolution()：

  • analogReadResolution()：

  • analogReference()： : 默认5V. INTERNAL: 低功耗模式. ATmega168和ATmega8对应1.1V到2.56V. EXTERNAL: 扩展模式. 通过AREF引脚获取参考电压.

三角函数

  • cos()：

  • sin()：

  • tan()：

外部中断

  • attachInterrupt()：

  • detachInterrupt()：

  • digitalPinToInterrupt()：

高级 I/O

  • noTone()：

  • pulseIn()：

  • pulseInLong()：

  • shiftIn()：

  • shiftOut()：

  • tone()：

Characters

  • isAlpha()：

  • isAlphaNumeric()：

  • isAscii()：

  • isControl()：

  • isDigit()：

  • isGraph()：

  • isHexadecimalDigit()：

  • isLowerCase()：

  • isPrintable()：

  • isPunct()：

  • isSpace()：

  • isUpperCase()：

  • isWhitespace()：

中断

  • interrupts()：

  • noInterrupts()：

时间

  • delay()：延时函数（单位ms）

  • delayMicroseconds() ：延时函数（单位us）

  • micros()：

  • millis()：

随机数

  • random()：

  • randomSeed()：

通信

  • SPI：

  • Print：

  • Serial：

  • Stream：

  • Wire：

USB

  • Keyboard：

  • Mouse：

Wi-Fi

  • Wi-Fi Overview：

  • WiFi Network：

  • IPAddress：

  • WiFiClient：

  • WiFiServer：

  • WiFiUDP：

参考

Copyright Curiouser all right reserved，powered by Gitbook该文件最后修改时间： 2025-02-02 18:57:55

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