Arduino入门教程 | 阿杜一诺的小站

第1课：初识Arduino

了解Arduino开发板、基础电学常识与第一个程序

了解不同类型的Arduino和USB接口

Arduino开发板的分类：

UNO、MEGA2560、LEONARDO、NANO、PRO...

不同USB接口的分类：

USB Type-A、USB Type-B、USB Type-C、microUSB、miniUSB

电学常识

与电相关的物理量：

电流 I：单位A（安培）
电压 U：单位V（伏特）
电阻 R：单位Ω（欧姆）

三者的关系为：

I = U / R

电源的分类：

直流电：
- 特点：电流方向不变
- 常见类型：电池/USB供电/单片机开发板供电
交流电：
- 特点：电流方向周期性变化
- 常见类型：市电/插座

Arduino的简单使用

什么是引脚？

引脚（又叫管脚、pin）就是从芯片内部引出向外围电路的接线。

Arduino UNO开发板的三类引脚：

1. DIGITAL 数字引脚：只有0,1两种状态

数字引脚使用前要先定义引脚状态（输入/输出）：pinMode(x, OUTPUT/INPUT);
输出OUTPUT：
- 数字信号输出：digitalWrite(x, HIGH/LOW);
- 模拟信号输出（PWM）：analogWrite(x, 0~255);
输入INPUT：digitalRead(x);

2. ANALOG 模拟引脚：只能作为IN输入

输入：analogRead(Ax);

3. POWER 电源引脚

5V：5V稳压电源正极
3V3：3.3V稳压电源正极
GND：地，电源负极

💡 提示

其中，x均代表引脚号，板载LED灯的引脚号为数字引脚13

可能还会用到的函数：

延时函数：delay(1000);
其中，1000代表毫秒，1000毫秒等于1秒

Arduino单片机开发步骤：

定义引脚：将元器件或模块与Arduino引脚号建立一一对应的联系
接线：按照以上引脚定义，连接电路
编程调试：
1. 编写代码
2. 在编程环境菜单栏中选择工具Tools - 开发板，选择对应使用的开发板
3. 在编程环境菜单栏中选择工具Tools - 端口，选择已连接到电脑上的端口
4. 编译上传

编程中的注释：

注释仅供阅读，为了方便自己和其他人理解代码，不会被编译为程序。

单行注释：两个斜杠 //
多行注释：以/*表示注释开始，以*/表示注释结束

理解程序框架：

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  // 将设置语句放在这里，放在这里的语句仅运行一遍
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  // 将主程序语句放在这里，放在这里的语句将循环执行
}

不通过编程使用Arduino：

通过POWER上的引脚，可以给元器件或模块供电。

🎯 本课任务

编写程序，让板载的LED灯（13号数字引脚）闪烁起来！
如何让其闪烁慢一点？快一点呢？

第2课：LED与彩灯控制

学习LED接线、数字输出与PWM控制

小灯、彩灯控制

1. 引脚定义

小灯和彩灯，都属于输出设备，只能使用数字引脚（DIGITAL）与其相连。

2. 接线

⚠️ 注意

请在学习完本节后再开始接线！接线后才可通电！

区分正负极：

发光二极管是二极管的一种。二极管都有同样的导通特性：正向导通，反向截止。简单来说，就是只有正负极接对了，小灯才会亮。

⚠️ 警告

反向接入小灯，有把小灯击穿的风险，切勿尝试！
如果小灯在正确接入后大量发热，表明小灯已被烧坏，无法继续使用。已烧坏的小灯无法复原。

导通电压：

红色LED：1.5V-2V
黄色LED：2V左右
绿色LED：2.5V-2.9V
蓝色LED：3V以上
白色LED：3V以上

限流：

Arduino的POWER只可提供5V和3.3V的电压，DIGITAL引脚输出电压为5V。如果需要Arduino驱动发光二极管，需要加入限流电阻，一般为220Ω。

扩展：彩灯

彩灯即为三色灯，分别为红r、绿g、蓝b，最长脚为公共端，一般公共端接负极。

3. 编程

假设第一步将小灯引脚定义为Arduino数字3号引脚，以下为正确的程序，现象为小灯闪烁：

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(3, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(3, LOW);
  delay(1000);
}

🎯 本课任务

定义引脚，连接电路，编写程序，使得接入的LED灯闪烁起来！
定义引脚，连接电路，编写程序，使得接入的彩灯闪烁不同的颜色！

第3课：呼吸灯与循环

掌握for循环与analogWrite函数实现呼吸效果

呼吸灯控制（for循环）

1. 引脚定义

呼吸灯需要用到的器材就是小灯或彩灯，属于输出设备，只能使用数字引脚（DIGITAL）与其相连。

如果需要控制小灯亮度（呼吸灯），需要选择带有PWM（脉冲宽度调制）功能的数字引脚（DIGITAL）。

2. 接线

呼吸灯与小灯接线一样，在此不再赘述。

3. 编程

本节课的重点在于两个编程知识点：1. analogWrite函数；2. for循环

analogWrite函数

语法格式：analogWrite(x, 0~255);

其中，x表示引脚号，0~255表示电压范围（即亮度），0表示无电压，255表示5V电压（Arduino所能提供的最高电压）。

假设小灯接到3号数字引脚上，以下程序实现了多个不同亮度闪烁：

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);
}

void loop() {
  analogWrite(3, 0);
  delay(1000);
  analogWrite(3, 80);
  delay(1000);
  analogWrite(3, 150);
  delay(1000);
  analogWrite(3, 255);
  delay(1000);
}

for循环

for循环是本节课的重点和难点，for循环几乎在所有编程语言中都可以使用，只不过语法格式不同。以下只介绍Arduino C中，for循环的用法。

语法格式范例：

for(初始值; 条件; 增量) {
  // 循环体语句
}

初始值：一般用于定义一个循环变量，例如i、j、k，并赋初始值
条件：一般定义循环停止的条件，如i<=10，表示i小于等于10时继续循环
增量：一般定义每次循环执行后要执行的操作，如i++，表示每次循环完，变量i的值都增加1

示例：以下程序实现了10次小灯的闪烁

for(int i = 1; i <= 10; i++) {
  digitalWrite(3, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(3, LOW);
  delay(1000);
}

知识点补充：

变量命名规则：
- 仅可使用：字母（区分大小写）、数字、下划线
- 第一个字符不可为数字
- 不可与保留字冲突（例如不可使用for作为变量名）
赋值与等于：在C语言中，一个等于号表示赋值，两个等于号表示数学上的等于
- a = 10表示将数值10赋值给变量a
- a == 10表示变量a与数值10做比较判断
自增运算：a++即表示a = a + 1
复合赋值：a += 10即表示a = a + 10

使用for循环实现呼吸灯

⚠️ 注意

切忌照搬示例程序！需通过学习，理解程序的原理！

void setup() {
  pinMode(3, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 渐亮
  for(int i = 0; i <= 255; i += 5) {
    analogWrite(3, i);
    delay(10);
  }
  // 渐暗
  for(int i = 255; i >= 0; i -= 5) {
    analogWrite(3, i);
    delay(10);
  }
}

阶段总结

函数使用与接线之间的关系：

digitalWrite(x, HIGH); //与把数字x引脚接到POWER的5V上，效果是一样的
digitalWrite(x, LOW); //与把数字x引脚接到POWER的GND上，效果是一样的
analogWrite(x, 255); //与把数字x引脚接到POWER的5V上，效果是一样的
analogWrite(x, 0); //与把数字x引脚接到POWER的GND上，效果是一样的

🎯 本课任务

自己实现一个灯的呼吸灯
实现一个彩灯的呼吸灯，亮不同的颜色

第4课：按钮与条件判断

学习数字输入、if条件判断与按钮控制

按钮控制（if判断）

1. 引脚定义

按钮属于数字输入设备，只能使用数字引脚（DIGITAL）与其相连。

2. 接线

按钮模块要接3根线，分别是VCC、GND和OUT

原理：按钮按下时导通，释放时断开，通过检测电平变化判断状态。

3. 编程

本节课的重点在于两个编程知识点：1. digitalRead函数；2. if条件判断

digitalRead函数

语法格式：digitalRead(x)

其中，x表示引脚号。本函数经计算后会返回一个值，HIGH(1)或者LOW(0)

HIGH/LOW表示高低电平状态（即按钮状态），LOW表示无电压，即按钮为释放状态，HIGH表示5V电压，即按钮为按下状态。

💡 注意

也有些按钮是LOW表示按钮按下，HIGH表示按钮释放！请根据实际情况调整代码。

if条件判断

if条件判断是本节课的重点和难点，if条件判断几乎在所有编程语言中都可以使用，只不过语法格式不同。

语法格式范例：

if(条件) {
  // 条件为真时执行的语句
} else {
  // 条件为假时执行的语句
}

综合使用

假设按钮接到3号数字引脚上，使用13号引脚板载LED作为输出显示，注意3号引脚的pinMode函数参数要改为INPUT输入：

void setup() {
  pinMode(3, INPUT);
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  if(digitalRead(3) == HIGH) {
    digitalWrite(13, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(13, LOW);
  }
}

⚠️ 注意

切忌照搬示例程序！需通过学习，理解程序的原理！

🎯 本课任务

实现按钮控制灯的亮灭，按住按钮时，灯亮，释放按钮时，灯灭

第5课：按钮与循环控制

掌握while循环与按钮状态检测进阶

按钮控制（while循环）

本节课的目标是实现等待按钮按下并释放的功能。

1. 引脚定义

按钮属于数字输入设备，只能使用数字引脚（DIGITAL）与其相连。

2. 接线

按钮模块要接3根线，分别是VCC、GND和OUT。（同第4课）

3. 编程

本节课的重点是理解等待按下并释放功能的代码表达形式。

while循环

while循环是本节课的重点和难点，while循环判断几乎在所有编程语言中都可以使用，只不过语法格式不同。

语法格式范例：

while(条件) {
  // 语句块（循环体）
}

💡 说明

语句块可以用一条语句代替。这标明了循环的内容（即循环体），若使用语句块，则语句块中的内容都会被循环执行，若不使用语句块，则循环内容仅为while循环后的第一条语句。

空语句

若一个语句只有一个分号，则称之为空语句。空语句的作用为什么都不干。

"等待按下"的代码表示（难点）

想要用代码表示"等待按下"：

首先理解判断释放的语句：digitalRead(3) == LOW
- 这行代码的意思是判断3号引脚是否为低电平（释放），如果释放，返回1(true)，如果按下，返回0(false)
然后再理解等待按下的概念：
- "等待按下" 等价于 "一直为释放的状态"
- "一直为释放的状态" 也就是 "按钮释放时，什么都不做"
- "按钮释放时，什么都不做" 的代码表示为：while(digitalRead(3) == LOW);
- 注意本句话后面的分号！分号是一条空语句，表示什么都不做。
加入delay(10);的目的是防止按钮的机械抖动。

综合示例

假设按钮接到3号数字引脚上，小灯接到13号数字引脚上。以下程序实现了：等待按钮按下并释放后，灯亮；再次等待按钮按下并释放后，灯灭。

void setup() {
  pinMode(3, INPUT);
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 等待按下（当前为释放状态就一直等待）
  while(digitalRead(3) == HIGH);
  delay(10);
  // 等待释放（当前为按下状态就一直等待）
  while(digitalRead(3) == LOW);
  delay(10);

  digitalWrite(13, HIGH);  // 灯亮

  // 再次等待按下
  while(digitalRead(3) == HIGH);
  delay(10);
  // 再次等待释放
  while(digitalRead(3) == LOW);
  delay(10);

  digitalWrite(13, LOW);   // 灯灭
}

⚠️ 注意

切忌照搬示例程序！需通过学习，理解程序的原理！

🎯 本课任务

实现按钮控制灯的亮灭，按下释放一次，闪烁一次，再按下释放，闪烁一次
实现按钮控制彩灯的颜色，按下释放一次，换一个颜色

🎉 课程结束

恭喜您完成了Arduino入门教程的全部5节课程！您已经掌握了：

Arduino基础与电学常识
LED与彩灯控制（数字输出、PWM）
for循环与呼吸灯效果
按钮检测与if条件判断
while循环与状态等待

继续探索，创造更多精彩项目！

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