Arduino 内置示例——数字部分示例

内置示例的数字部分，包含如下实验例程：

image.png

• 不用delay的闪烁：不用delay()函数来闪烁一个LED灯
• 按键：使用一个按键来控制一个LED灯
• 防抖：读取一个按键，然后滤掉噪音
• 数字输入上拉：用pinMode()来声明输出上拉
• 侦察状态改变：计算按键按下的次数
• 音调键盘：一个使用压力传感器和压电扬声器的三键音乐键盘
• 音调旋律：用压力扬声器弹奏一个旋律
• 多重音调：利用tone()命令使多个扬声器发出声音
• 高音追随：根据一个模拟输入来决定压力扬声器的音调

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不用delay的闪烁

有时候你需要同时做两件事。如你可能想闪烁一个LED灯，同时读取一个按键。这种情况下你不能使用delay()。如果Arduino因为delay（）函数被暂停时有按键按下，你的程序会错过这次的按键按下。

实现流程：
这个程序示范怎样不用delay()来闪烁一个LED灯。它打开LED灯，并标注一个时间。然后每次运行完loop（），它都会查一下有没有超过需要的闪烁时间。如果它超过了，它就会切换LED灯为打开或者关闭状态，然后标注新的时间。在这种方法里LED灯不断闪烁，同时这个程序的执行从来没有漏掉一个指令。

追根寻底这个例程教会我们怎样设置一个简单的定时器。

先连接电阻的一端到Arduino的PIN13引脚。再连接LED灯的长引脚（正脚，也叫阳极）到电阻的另一端。最后连接LED灯的短引脚（负脚，也叫负极）到Arduino的GND引脚。如图所示

image.png

大部分Arduino开发板上面就有一个LED灯连接到PIN13。如果你不连接硬件就运行这个例子，你应该也可以看到LED闪烁。

不用delay的闪烁.gif

示例代码：

// constants won't change. Used here to set a pin number:
const int ledPin =  LED_BUILTIN;// the number of the LED pin

// Variables will change:
int ledState = LOW;             // ledState used to set the LED

// Generally, you should use "unsigned long" for variables that hold time
// The value will quickly become too large for an int to store
unsigned long previousMillis = 0;        // will store last time LED was updated

// constants won't change:
const long interval = 1000;           // interval at which to blink (milliseconds)

void setup() {
  // set the digital pin as output:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // here is where you'd put code that needs to be running all the time.

  // check to see if it's time to blink the LED; that is, if the difference
  // between the current time and last time you blinked the LED is bigger than
  // the interval at which you want to blink the LED.
  unsigned long currentMillis = millis();

  if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
    // save the last time you blinked the LED
    previousMillis = currentMillis;

    // if the LED is off turn it on and vice-versa:
    if (ledState == LOW) {
      ledState = HIGH;
    } else {
      ledState = LOW;
    }

    // set the LED with the ledState of the variable:
    digitalWrite(ledPin, ledState);
  }
}

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按键

当你按下按键或者开关时，它们会连接电路的两点。这篇文章举例了当你按下按键时，怎么打开pin13的内置LED灯

image.png

连接3根线到开发板。最开始两根，红和黑，连接到面包板上的两个长垂直行来提供5V电源电压和地。第三根线从数字引脚pin2连接到按钮的一个引脚。按钮的同一个引脚连接下拉电阻（10k ohm）到地。按钮的另一个引脚连接到5V电源。

按钮或者开关连接电路的两点。按钮是断开的（未按），按钮两个引脚是没有接通的，所以这个引脚连接到地（通过一个下拉电阻），读取为低电平或者0。当如果按钮是闭合的（未按），按钮两个引脚是接通的，所以这个引脚连接到5V，读取为高电平，或者1。

当按钮是断开的（没有按下），按钮两个引脚是没有接通的，所以你也可以反方向连接这个电路，上拉电阻使输入引脚为高电平，当按下按钮时引脚变为低电平。如果这样做，程序应该反过来，当你按下按键时，LED正常发光或者熄灭。

如果你没有连接到数字I/O口到任何地方，LED灯可能会不规则闪烁。这是因为输入引脚处于悬浮状态——它没有固定连接到电源或者地，并且它会随机在高电平和低电平之间切换。这是你需要下拉电阻的原因。

这里电源线和底线也可以如下简单连接

按键.gif

示例代码：

// constants won't change. They're used here to set pin numbers:
const int buttonPin = 2;     // the number of the pushbutton pin
const int ledPin =  13;      // the number of the LED pin

// variables will change:
int buttonState = 0;         // variable for reading the pushbutton status

void setup() {
  // initialize the LED pin as an output:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  // initialize the pushbutton pin as an input:
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop() {
  // read the state of the pushbutton value:
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  // check if the pushbutton is pressed. If it is, the buttonState is HIGH:
  if (buttonState == HIGH) {
    // turn LED on:
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  } else {
    // turn LED off:
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }
}

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防抖

当按下时，按键经常产生错误的开/关变迁，这是机械物理的问题：这些变迁可能被读取为在短时间内多次按下，从而使程序变笨。这个例子示范了怎样使一个输入防抖，这意味着在一个短时间内检查两次来确保这个按键是确实被按下了。如果没有防抖，按一次这个按键可能会引起不可预测的结果。这个程序利用millis（）函数来保持按下的时间间隔。

image.png

以下程序基于Limor Fried的防抖版本，但是她的例子的逻辑是反过来的。在她的例子里，当闭合时开关为低电平，而断开时开关未高电平。这里当按下开关时为高电平，没有按下时为低电平。

示例代码：

// constants won't change. They're used here to set pin numbers:
const int buttonPin = 2;    // the number of the pushbutton pin
const int ledPin = 13;      // the number of the LED pin

// Variables will change:
int ledState = HIGH;         // the current state of the output pin
int buttonState;             // the current reading from the input pin
int lastButtonState = LOW;   // the previous reading from the input pin

// the following variables are unsigned longs because the time, measured in
// milliseconds, will quickly become a bigger number than can be stored in an int.
unsigned long lastDebounceTime = 0;  // the last time the output pin was toggled
unsigned long debounceDelay = 50;    // the debounce time; increase if the output flickers

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  // set initial LED state
  digitalWrite(ledPin, ledState);
}

void loop() {
  // read the state of the switch into a local variable:
  int reading = digitalRead(buttonPin);

  // check to see if you just pressed the button
  // (i.e. the input went from LOW to HIGH), and you've waited long enough
  // since the last press to ignore any noise:

  // If the switch changed, due to noise or pressing:
  if (reading != lastButtonState) {
    // reset the debouncing timer
    lastDebounceTime = millis();
  }

  if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) {
    // whatever the reading is at, it's been there for longer than the debounce
    // delay, so take it as the actual current state:

    // if the button state has changed:
    if (reading != buttonState) {
      buttonState = reading;

      // only toggle the LED if the new button state is HIGH
      if (buttonState == HIGH) {
        ledState = !ledState;
      }
    }
  }

  // set the LED:
  digitalWrite(ledPin, ledState);

  // save the reading. Next time through the loop, it'll be the lastButtonState:
  lastButtonState = reading;
}

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数字输入上拉

这个例子示范了用pinMode（）来上拉输入引脚。在你的Arduino和电脑之间创建一个串口通讯来监视开关的状态。

总的来说，当输入为高电平，开发板上pin13的LED灯将会被打开；而为低电平时，这个LED灯将会熄灭。

image.png

连接两根线到Arduino开发板。黑色线把地和按键的一个引脚连在一起。第二根线连接数字引脚pin 2到按钮的另一个引脚。

当你按下时，按钮或者开关连接电路的两点。按钮是断开的（未按），按钮两个引脚是没有接通的。因为pin2的内置上拉是正极且连接到5V，所以当按钮断开时我们读到的是高电平。当按钮是闭合的，因为pin2连接到地，所以Arduino读到低电平.

image.png

image.png

image.png

image.png

示例代码：

void setup() {
  //开启串口，设置波特率为9600 bits
  Serial.begin(9600);
  //初始化数字引脚pin2，因为你要读取按钮的输出
  pinMode(2, INPUT_PULLUP);
  //把作为LED灯的pin13初始化为输出引脚
  pinMode(13, OUTPUT);

}
/*
初始化完成。当按钮被按下，5V电压会流过你的电路，而当它没有被按下，这个输入引脚就会链接到通过10k ohm电阻连接到地。这是数字输入，意味着开关只有开（1，或者高电平）和关（0，或者低电平）的状态，中间什么都没有。
*/

void loop() {
  //读取开关按键信息
  int sensorVal = digitalRead(2);
  //将信息输出值串口终端
  Serial.println(sensorVal);

/*当你打开Arduino IDE的串口监视器，你会看见“0”的数据流（如果开关打开）或者“1”的数据流（如果开关闭合）
当开关为高电平时，pin13的LED灯会变亮；开关为低电平时，LED灯熄灭
*/
  if (sensorVal == HIGH) {
    digitalWrite(13, LOW);
  } else {
    digitalWrite(13, HIGH);
  }
}

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侦察状态改变

也可以叫做边沿监测

如果你让按键工作，你经常会想做一些要按下很多次按钮的才有响应的动作。这时你需要知道按钮的从闭合到断开的变化状态，然后记录这个状态发生了多少次。这叫状态变化检测或者边沿检测。在这个教程里我们学习怎样检查状态变化，然后我们把相关信息发送到串口监视器里，并记录4次LED灯的开和关。

image.png

连接3根线到开发板。最开始两根，红和黑，连接到面包板上的两个长垂直行来提供5V电源电压和地。第三根线从数字引脚pin2连接到按钮的一个引脚。按钮的同一个引脚连接下拉电阻（10k ohm）到地。按钮的另一个引脚连接到5V电源。

按钮或者开关连接电路的两点。按钮是断开的（未按），按钮两个引脚是没有接通的，所以这个引脚连接到地（通过一个下拉电阻），读取为低电平或者0。当如果按钮是闭合的（未按），按钮两个引脚是接通的，所以这个引脚连接到5V，读取为高电平，或者1。

如果你没有连接到数字I/O口到任何地方，LED灯可能会不规则闪烁。这是因为输入引脚处于悬浮状态——它没有固定连接到电源或者地，并且它会随机在高电平和低电平之间切换。这是你需要下拉电阻的原因。

示例代码：

下面的代码连续读取按钮的状态。然后通过循环来对比这个按钮的状态和它上一段时间的状态。如果当前按键的状态和之前的状态不一样并且当前状态是高电平，那么这个按键刚从关变为开。然后程序增加按键按下的计数器。

这个程序也检查按键按下次数的值，并且如果它是4的倍数，它会打开pin13的LED灯，否则这个LED灯饰熄灭的。

// this constant won't change:
const int  buttonPin = 2;    // the pin that the pushbutton is attached to
const int ledPin = 13;       // the pin that the LED is attached to

// Variables will change:
int buttonPushCounter = 0;   // counter for the number of button presses
int buttonState = 0;         // current state of the button
int lastButtonState = 0;     // previous state of the button

void setup() {
  // initialize the button pin as a input:
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  // initialize the LED as an output:
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  // initialize serial communication:
  Serial.begin(9600);
}


void loop() {
  // read the pushbutton input pin:
  buttonState = digitalRead(buttonPin);

  // compare the buttonState to its previous state
  if (buttonState != lastButtonState) {
    // if the state has changed, increment the counter
    if (buttonState == HIGH) {
      // if the current state is HIGH then the button went from off to on:
      buttonPushCounter++;
      Serial.println("on");
      Serial.print("number of button pushes: ");
      Serial.println(buttonPushCounter);
    } else {
      // if the current state is LOW then the button went from on to off:
      Serial.println("off");
    }
    // Delay a little bit to avoid bouncing
    delay(50);
  }
  // save the current state as the last state, for next time through the loop
  lastButtonState = buttonState;


  // turns on the LED every four button pushes by checking the modulo of the
  // button push counter. the modulo function gives you the remainder of the
  // division of two numbers:
  if (buttonPushCounter % 4 == 0) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);
  }

}

image.png

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音调键盘

这个例子展示怎么用tone（）命令根据按下的传感器来产生不同的音调。

把扬声器的一端通过一个100 ohm电阻连接到数据引脚pin8，并且把它的另一端接地。

用5V电源为你的三个FSRS(或者其他模拟传感器)并行供电。把传感器分别连到模拟pin0-2上，并且每一个输入都用一个10k电阻下拉到地。

image.png

下面程序读取三个模拟传感器，每个都在数组里匹配一个数值。如果任何传感器都高于给定的阈值，对应的声音就会响起。

程序用一个额外的库文件：pitches.h。这个库文件包括所有典型的音调值。举个例子，NOTE_C4是middle C。NOTE_FS4是F sharp，等等。这个tone（）命令表格是由Brett Hagman写的。无论什么时候你想制作一些音调，你会觉得它很有用。

为了制作pitches.h库文件，点到下图的按钮并选择"New Tab"，或者用快捷键Ctrl+Shift+N.

示例代码：

#include "pitches.h"

const int threshold = 10;    // minimum reading of the sensors that generates a note

// notes to play, corresponding to the 3 sensors:
int notes[] = {
  NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C3
};

void setup() {

}

void loop() {
  for (int thisSensor = 0; thisSensor < 3; thisSensor++) {
    // get a sensor reading:
    int sensorReading = analogRead(thisSensor);

    // if the sensor is pressed hard enough:
    if (sensorReading > threshold) {
      // play the note corresponding to this sensor:
      tone(8, notes[thisSensor], 20);
    }
  }
}

手头没有压力的器件，这里先不演示了。

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音调旋律

用tone（）函数弹奏一个旋律

这个例子展示怎么用tone（）命令来产生音乐。它弹奏一小段你可能听过的旋律。

image.png

示例代码：

程序用一个额外的库文件：pitches.h。这个库文件包括所有典型的音调值。举个例子，NOTE_C4是middle C。NOTE_FS4是F sharp，等等。这个tone（）命令表格是由Brett Hagman写的。无论什么时候你想制作一些音调，你会觉得它很有用。

#include "pitches.h"

// notes in the melody:
int melody[] = {
  NOTE_C4, NOTE_G3, NOTE_G3, NOTE_A3, NOTE_G3, 0, NOTE_B3, NOTE_C4
};

// note durations: 4 = quarter note, 8 = eighth note, etc.:
int noteDurations[] = {
  4, 8, 8, 4, 4, 4, 4, 4
};

void setup() {
  // iterate over the notes of the melody:
  for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) {

    // to calculate the note duration, take one second divided by the note type.
    //e.g. quarter note = 1000 / 4, eighth note = 1000/8, etc.
    int noteDuration = 1000 / noteDurations[thisNote];
    tone(8, melody[thisNote], noteDuration);

    // to distinguish the notes, set a minimum time between them.
    // the note's duration + 30% seems to work well:
    int pauseBetweenNotes = noteDuration * 1.30;
    delay(pauseBetweenNotes);
    // stop the tone playing:
    noTone(8);
  }
}

void loop() {
  // no need to repeat the melody.
}

会有一段音乐通过蜂鸣器响起。

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多重音调

用tone（）函数在多个扬声器上弹奏音调

这个例子展示怎样用tone（）命令在多个输出上弹奏不同的音调。

tone（）命令是通过Atmega的内置定时器来工作的，设置你想要的频率，并且用定时器来产生一个输出脉冲。因为它只用一个定时器，所以你只能一个定时器弹奏一个音调。然而你可以按顺序地在不同的引脚上弹奏音调。为了达到这个目的，你需要在移到下一个引脚前关闭这个引脚的定时器。

image.png

示例代码：
程序在按顺序弹奏每一个扬声器的音调之前先关闭前一个扬声器。每个音调持续时间的注释和它后面的延时是一样的。

void setup() {

}

void loop() {
  // turn off tone function for pin 8:
  noTone(8);
  // play a note on pin 6 for 200 ms:
  tone(6, 440, 200);
  delay(200);

  // turn off tone function for pin 6:
  noTone(6);
  // play a note on pin 7 for 500 ms:
  tone(7, 494, 500);
  delay(500);

  // turn off tone function for pin 7:
  noTone(7);
  // play a note on pin 8 for 300 ms:
  tone(8, 523, 300);
  delay(300);
}

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高音追随

用tone（）函数来高音追随

这个例子展示怎么用tone（）命令来产生一个模拟输入的音调。用上光敏电阻器，你的Arduino或Genuino开发板会变成一个简单的轻电子琴。

image.png

把扬声器的一段通过一个100 ohm电阻连接到数字引脚pin9，而另一端连接到地。用5V为光敏电阻提供电源，然后把它的另一端连接到模拟引脚A0，并在上面加上一个4.7k下拉电阻（连接到地）。

示例代码：

这个例子的代码是很简单的。只是把一个模拟输入和它的值放到在可听见范围的音调。人类能听到20-20，000Hz的声音，而这个程序最好工作在120-1.500Hz会比较好点。

你需要获得你模拟输入值的实际范围。在所示电路里，模拟输入值范围在400-1000之间。用map（）命令来改变这个值来匹配你传感器的范围。

void setup() {
  // initialize serial communications (for debugging only):
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // read the sensor:
  int sensorReading = analogRead(A0);
  // print the sensor reading so you know its range
  Serial.println(sensorReading);
  // map the analog input range (in this case, 400 - 1000 from the photoresistor)
  // to the output pitch range (120 - 1500Hz)
  // change the minimum and maximum input numbers below depending on the range
  // your sensor's giving:
  int thisPitch = map(sensorReading, 400, 1000, 120, 1500);

  // play the pitch:
  tone(9, thisPitch, 10);
  delay(1);        // delay in between reads for stability
}