Arduino学习笔记day1——流水灯

前言

最近刚刚参加完校招并成功签约，在公司的签约会午餐上和人正吹着逼呢，老前辈们说让我们自我介绍一下。这一下可不得了，一桌6个应届生，除了我以外的5个人都是全国电子大赛获奖者，还有拿了一等奖马上要去人民大会堂领奖的，我的内心：？？？怎么办？？？！！！要怎么才能不被人发现我是个FW？？？

所以我很急，马上要上班了，同志们都这么恐怖，我能咋办？为了参加工作之后尽可能地被少几个人发现我是FW的这个事实，我觉得有必要自我加强一下，随便学点东西，所以想到了玩下硬件。上学的时候接触过不少开发板，想了一下自己学的话，为了基础能扎实一点，经济压力能小一点，想了想还是从Arduino入手吧，于是果断淘宝买了一组开发板和器件，从零开始学习硬件开发。

首先先了解一下Arduino的功能和硬件实现：
Arduino Uno引脚分配和定义
Arduino硬件设计解析

了解得差不多了之后，板子也刚好到了，直接上手做做实验，Arduino的开发可以使用官方的Arduino IDE或者是图形编程软件mBLOCK或Mixly（米思奇），第一回上手，先试试Arduino IDE。以前在学校用Arduino设计过婴幼儿用智能腰带，所以上手还是比较快的，先试着Hello Arduino一下：

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(19200);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  Serial.println("Hello Arduino");
  delay(1000);
}

结果：

在这里我发现delay出来的1000ms并不是严格的1000ms，粗略估计误差在2%以内，上网找了一下资料，最详细的可能是这一条（这是对microbit的误差解释，我想对于arduino应该原理上是大同小异的）：

单片机电子时钟利用内部定时，计数器溢出产生中断（12MHz晶振一般为50ms）再乘以相应的倍率，来实现秒、分、时的转换。从定时，计数器产生中断请求到响应中断，需要3_8个机器周期。定时中断子程序中的数据人栈和重装定时，计数器的初值还需要占用数个机器周期。此外。从中断人口转到中断子程序也要占用一定的机器周期。在编程时的库一般会把平均值6个机器周期加入定时/计数器的初值中。但是，从定时，计数器溢出中断请求到执行中断需要几个机器周期（3~8个机器周期）。就很难确定准确值，正是这一原因导致了电子时钟计时的不准。解决方案比较难，需要修改固件，同时每块板子都不一样，首先换高精度晶振，然后从程序人手，采用动态同步修正方法给定时，计数器赋初值。动态同步修正方法如下：由于定时，计数器溢出后，又会从O开始自动加数，故在给定时/计数器再次赋值前，先将定时，计数器低位（TLO）中的值和初始值相加，然后送人定时，计数器中，此时定时，计数器中的值即为动态同步修正后的准确值。采用同步修正方案后，电子时钟的精度虽然提高了很多，但是由于晶振频率的偏差和一些其他未知因素的影响（同一块电路板、同样的程序换了一片单片机后，走时误差不一样，不知是何原因），时间长了仍然会有积累误差。为此，可采用自动调整方案。实际上是一种容错技术。其自动调整原理为：实测出误差Is所需的时间，然后每隔这样一段时间后就对秒进行加“1”或减“1”调整。
总结下来因为成本限制，每块microbit的计时器精度都没有你想象中的高，同样受限于成本每块板子出厂矫正的可能性也不大。
这么便宜的板子，编程教育入门用的，你还要什么自行车。

行吧，现在先不要自行车了，之后有需求再仔细研究一下这个容错技术。

接下来试一试最简单的LED流水灯

根据模拟电路的知识，发光二极管通常用元素周期表Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓等制成。这种管子通过电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。光谱范围是比较窄的，其波长由所使用的基本材料而定。

发光二极管的反向击穿电压为 5v。 其正伏安特性曲线太陡，必须与限流电阻串联，以便在使用时控制流过管道的电流。 限流电阻 R可通过以下公式获得:
$$R=(E-V_F)/I$$
公式中，E为电源电压，V_F 是LED的正向压降，I为LED的工作电流。一般来说，LED的正向压降为1.5V至2.0V，工作电流通常为10mA到20mA，因此在5V逻辑电路中，我们可以使用220Ω电阻作为限流电阻。
电路图如下：

在封装中，LED长脚为正，短脚为负，我在第一次连电路时出现错误，8个LED灯没有一个亮的，尝试了换线、换电阻（有点色弱怕色环看错了）、换LED，最后发现实际上是LED接反了，此时右边的V_cc 改为GND可正常运行。因此我认为正确的思路应该将检查电路放在第一步。
流水灯代码如下：

int led_array[8] = { 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 } ;
int flash_speed = 500 ;

/* flash led form left to right one by one */
void led_flash(void)
{
    int i ;
    for( i = 0 ; i < 8 ; i++ )
    {
        digitalWrite(led_array[i],LOW);
        delay(flash_speed);
        digitalWrite(led_array[i],HIGH);
    }
}

/* turn on all led form left to right */
void led_turn_on(void)
{
    int i ;
    for( i = 0 ; i < 8 ; i++ )
    {
        digitalWrite(led_array[i],LOW);
        delay(flash_speed);
    }
}

/* turn off all led  */
void led_turn_off(void)
{
    int i ;
    for( i = 0 ; i < 8 ; i++ )
    {
        digitalWrite(led_array[i],HIGH);
        delay(flash_speed);
    }
}
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
    int i ;
    Serial.begin(115200);
    for( i = 0 ; i < 8 ; i++ )
    {
        pinMode(led_array[i],OUTPUT);
        digitalWrite(led_array[i],HIGH);    // set led control pin defalut HIGH turn off all LED
    }
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
    Serial.println("start flash led !");
    led_flash();
	  led_turn_off();
    led_turn_on();
}

运行结果：

既然都已经连好了，来试试不同的点亮方式，先来个简单的依此闪烁：

int led_array[8] = { 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 } ; 
int flash_speed = 500 ;

void led_flash(void) { /* flash led form left to right one by one */
  int i ;
  for ( i = 0 ; i < 8 ; i++ ) {
    digitalWrite(led_array[i], LOW);
    delay(flash_speed);
    digitalWrite(led_array[i], HIGH);
  }
} /* turn on all led form left to right */ 

void setup()  { // put your setup code here, to run once:   
  int i ;   
  Serial.begin(9600);   
  for( i = 0 ; i < 8 ; i++ ) {     
    pinMode(led_array[i],OUTPUT);     
    digitalWrite(led_array[i],HIGH);  //set led control pin defalut HIGH turn //off all LED    } }
  }
}
void loop()  
{   // put your main code here, to run repeatedly:   
  Serial.println("start flash led !");   
  led_flash();   
}

运行结果：

然后试试花里胡哨的：

int led_array[8] = { 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 } ; 
int flash_speed = 500 ;

void led_flash_mode(void) { /* flash led form left to right one by one */
  int i,j ;
  for ( i = 3, j = 4 ; i>=0 ; i--, j++ ) {
    digitalWrite(led_array[i], LOW);
    digitalWrite(led_array[j], LOW);
    delay(flash_speed);
    digitalWrite(led_array[i], HIGH);
    digitalWrite(led_array[j], HIGH);
  }
} /* turn on all led form left to right */ 

void setup()  { // put your setup code here, to run once:   
  int i ;   
  Serial.begin(9600);   
  for( i = 0 ; i < 8 ; i++ ) {     
    pinMode(led_array[i],OUTPUT);     
    digitalWrite(led_array[i],HIGH);  //set led control pin defalut HIGH turn //off all LED    } }
  }
}
void loop()  
{   // put your main code here, to run repeatedly:   
  Serial.println("start flash led !");   
  led_flash_mode();   
}

运行结果：

总结

重新开始玩板子，希望能一直坚持下去，我目前想到了一些好点子，不仅仅是玩板子，而是把板子结合到其他创作中，再接再励吧。
目前算是重新温习一下Arduino，色环电阻，LED，C语言等相关知识，以后再深入学习。

生命不息，学习不已。——沃·兹基·硕德