Arduino编程

### Arduino编程基础

参考资料：http://jsrun.net/t/YdpKp
#### 关键字
if、[if……else](http://jsrun.net/t/fdpKp "if……else")、for、switch、case、while、do……while、break、coninue、return、goto 。
#### 语法符号
每条语句以“;”结尾，每段程序以“{}”括起来。
#### 数据类型
boolean、char、int、unsigned int、long、unsigned long、float、double、string、array、void。
#### 常量
- HIGH或者LOW，表示数字I/O引脚的电平（1、0）；
- INPUT或者OUTPUT，表示数字I/O引脚的方向，INPUT表示输入（高阻态），OUTPUT表示输出（AVR能提供5V电压，40mA电流）；
- TRUE或者FALSE,表示真假（1、0）；

#### 程序结构
主要包括两部分，即void setup()和void loop() 。

void setup()：
声明变量(`int val`)及引脚名称(`ledPin = 13`)、初始化变量和引脚模式(`pinMode(ledPin,OUTPUT)`)、调用库函数等。

void loop()：
编程主体，不断地循环执行。
### 运算符
#### 算数运算符
加 + ，减 - ，乘 * ，除 / ，取余 %
#### 关系运算符
相等： ==
不等： !=
小于<，大于>，小于等于<=，大于等于>=
#### 逻辑运算符
或： ||
与： &&
非： ！

#### 递增递减运算符
加1： ++
将运算符左边的值自增1，例如： x++ ,表示在使用x之后，再使x值加1。

减1： -\-
将运算符左边的值自减1，例如： x-\- ,表示在使用x之后，再使x值减1。
### 函数
#### 数字I/O引脚
`pinMode(pin,mode)` 一般在setup()里，先设置再使用
pin 参数表示要配置的引脚；mode设置模式为INPUT（输入）或OUTPUT（输出）。

`digitalWrite(pin, value)`
设置引脚的输出电压电压为高电平或低电平。value参数HIGH（高电平）或LOW（低电平）。

`digitalRead(pin)`
设置引脚为输入时，可以获取引脚的电压情况：HIGH（高电平）或LOW（低电平）。
```cpp
//使用时需先在void setup()中初始化
  pinMode(pin,INPUT);// 引脚用作输入
  digitalWrite(pin, HIGH);// 引脚通过一个开关连接到接地，这里预设它默认值是HIGH
```

#### 模拟I/O引脚
`analogReference(type)` 一般不使用
用于配置模拟引脚的参考电压，type类型参数3个，分别为：
- DEFAULT 默认模式，参考电压是5V；
- INTERNAL 低电压模式，使用片内基准电压2.56V；
- EXTERNAL 扩展模式，通过AREF引脚获取参考电压。

注意：若不使用该函数，默认参考电压是5V。若使用AREF作为参考电压，需接一个5k欧的上拉电阻。

`analogRead(pin)`  **模拟量输入**
读取引脚的模拟量电压值，每读取一次需要用100微秒。参数pin为要取值的引脚，返回类型是int 。（返回值：0~1023）

`analogWrite(pin,value)`  **模拟量输出**
通过PWM（脉冲宽度调制）的方式在引脚（带“~”号的）上输出模拟量。主要应用于LED亮度、直流电机转速等控制。
value参数范围：0 ~ 255

#### 高级I/O引脚
`pulseIn(pin,state,timeout)`  用于读取引脚脉冲的时间长度
state参数HIGH或LOW。如果是HIGH，该函数先将引脚变为高电平，然后开始计时，直到变为低电平停止计时。返回脉冲持续时间（单位ms），超时则返回0 （timeout参数也可以不填）。

#### 时间函数
`delay()`  延时函数，单位毫秒 ms
参数是延时时长 。延时1秒示例：`delay(1000);`

`delayMicroseconds()`  延时函数，单位微秒 μs
1ms = 1000μs

`millis()`  计时函数，单位是ms
单片机通电到现在运行的时间长度，单位是ms，最长记录到9小时22分钟（超出从0开始）。返回值`j = millis();`,是unsigned long型。

`micros（）`  计时函数，单位微秒 μs
单片机通电到现在运行的时间长度，70min（分钟）溢出。

#### 中断函数
`attachInterrupt(interrupt,function,mode)`  用于设置中断
interrupt  中断源，可选0或1，对应数字引脚2或3号。

function  中断处理函数，是一段子程序，当中断发生时执行。

mode  触发模式，有4种：
- LOW（低电平触发）
- CHANGE(变化时触发)
- RISING(低电平变为高电平触发)
- FALLING(高电平变为低电平触发)

`detachInterrupt(interrupt)`  取消中断
interrupt参数是要取消的中断源。

#### 串口通信函数
`Serial.begin()`  用于设置串口的波特率 例如：`Serial.begin(9600);`

`Serial.available()`  判断串口是否收到数据，返回值为int型，不带参数。

`Serial.read()`  该函数不带参数，只将串口数据读入。返回值为串口数据，int型。

`Serial.print()`  该函数向串口发送数据，可以发送变量或字符串
- Serial.print("Hello");  //发送字符串
- Serial.print(x, DEC);  //以十进制发送变量x
- Serial.print(x, HEX);  //以十六进制发送变量x

`Serial.println()`  与Serial.print()类似，只是多了换行功能

#### Arduino的库函数
与C、C++一样，也有相关的库函数，与C语言的头文件使用类似，需要#include 语句，如`#include <Servo.h>`

### 程序实例
环境：win10电脑安装Arduino IDE 1.8.16软件（113MB；下载：[国内](https://www.arduino.cn/thread-5838-1-1.html "国内")、[官方](https://www.arduino.cc/en/software "官方")），通过usb线连接Arduino UNO开发板usb口。
#### 串口打印Hello World
```cpp
void setup() {
  Serial.begin(9600);//打开串口，设置波特率为9600bps
}

void loop() {
  Serial.println("Hello world!");
  delay(1000);
}
```

#### 串口接收单字符数据
```cpp
int ledPin = 13;
int val;

void setup() {
  pinMode(ledPin,OUTPUT);
  Serial.begin(9600);//打开串口，设置波特率为9600bps
}

void loop() {
  val = Serial.read();
  if(-1 != val){
    Serial.println(val);
    if('H' == val){
      digitalWrite(ledPin, HIGH);
      delay(1000);
      digitalWrite(ledPin, LOW);
      }
    }

}
```

#### 串口接收多个字符数据
参考：[[Arduino] 在串口读取多个字符串，并且转换为数字数组](https://www.cnblogs.com/jqmtony/p/3764846.html "[Arduino] 在串口读取多个字符串，并且转换为数字数组")
```cpp
int sensor = A0;
int led = 9;

int ledPin = 13;
int val;

//定义一个comdata字符串变量，赋初值为空值
String comdata = "";
int mark = 0;

void setup() {
  pinMode(ledPin,OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
   //不断循环检测串口缓存，一个个读入字符串，
    while (Serial.available() > 0)
    {
      //读入之后将字符串，串接到comdata上面。
      comdata += char(Serial.read());
      //延时一会，让串口缓存准备好下一个数字，不延时会导致数据丢失，
      delay(2);
      //标记串口读过数据，如果没有数据的话，直接不执行这个while了。
      mark = 1;
    }
     
    if(mark == 1)  //如果接收到数据则执行comdata分析操作，否则什么都不做。
    {
      //显示刚才输入的字符串（可选语句）
      Serial.println(comdata);
      //显示刚才输入的字符串长度（可选语句）
      Serial.println(comdata.length());
      Serial.println(comdata[0]); ////接收的第1位字符
      Serial.println(comdata[1]); //接收的第2位字符

//Serial.println(comdata);
      if('H' == comdata[0] && 'A' == comdata[1]) {
        digitalWrite(ledPin, HIGH);
        Serial.println("LED H on");
        delay(3 * 1000);
        digitalWrite(ledPin, LOW);
        Serial.println("LED H off");
      }
      if('A' == comdata[0]){
        digitalWrite(ledPin, HIGH);
        Serial.println("LED H5 on");
        delay(1000);
        digitalWrite(ledPin, LOW);
        Serial.println("LED H5 off");
        
        delay(1000);
        digitalWrite(ledPin, HIGH);
        Serial.println("LED H5 on");
        delay(1000);
        digitalWrite(ledPin, LOW);
        Serial.println("LED H5 off");
      }
      if ('g' == comdata[0] && 'a' == comdata[1]) {
        get_a();
      }

comdata = "";
        mark = 0;

}  //if(mark == 1)
}

void get_a() 
  {
  int v; 
  v = analogRead(sensor);
  Serial.println(v,DEC);//观察读取的模拟量
  analogWrite(led,v/4);//读取值范围是0~1023，除以4才能得到0~255的区间值
  }
```

#### 控制13号引脚LED小灯亮灭

```cpp
/*
 重复开关LED间隔1000ms=1s
 */
//多数Arduino开发板的13引脚都有LED
//定义引脚名称
int led = 13;
//setup()程序通电时执行一次
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(led, OUTPUT);
}
//loop()程序不断重复执行
void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalWrite(led, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(led, LOW);
  delay(1000);
}
```
#### 用按钮（数字引脚）控制LED小灯
```cpp
int button = 9;
int ledPin = 13;

void setup() {
  pinMode(button,INPUT);// 9号口用作输入
  digitalWrite(button, HIGH);// 9号口通过一个开关连接到接地，这个口其实只会有两个状态：HIGH，LOW，这里预设它默认值是HIGH 
  pinMode(ledPin,OUTPUT);
}

void loop() {
  if(digitalRead(button) == LOW) 
    digitalWrite(ledPin,HIGH);
  else 
    digitalWrite(ledPin,LOW);
}
```
#### 用9号引脚（输出）控制舵机
```cpp
#include <Servo.h>
Servo myservo;
int pos = 0;
void setup(){
  myservo.attach(9);
}

void loop(){
  //左转
  for(pos = 0; pos <= 180; pos += 1)
  {
    myservo.write(pos);
    delay(0);
  }
  //右转
  for(pos = 180; pos >= 0; pos -= 1)
  {
    myservo.write(pos);
    delay(30);//控制速度
  }

}
```

#### 模拟输入控制输出
A0引脚连电位器信号输出脚；D9连LED小灯
```cpp
int sensor = A0;
int led = 9;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  int v; 
  v = analogRead(sensor);
  Serial.println(v,DEC);//观察读取的模拟量
  analogWrite(led,v/4);//读取值范围是0~1023，除以4才能得到0~255的区间值
}
```