【Arduino实验笔记】机械臂篇（一） 控制板载LED灯闪烁

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前言

很早之前就买了一块Arduino的板子，但一直吃灰到现在。最近花时间学习了一下，发现这块板子简直是小白的必备入门板（底层高度封装，资料丰富）。当然，Arduino虽然简单，这并不影响它强大的功能，相信在学习的过程中，你能收获创造的快乐。

我习惯将所做的实验记录下来，每一章都会介绍一种硬件，以及相关函数。将多个章节结合起来，是为一篇，每一篇结尾，都会做一个综合性的小项目。它将会用到前面章节中所学习的知识。

这是第一篇，我们的目标是做一个机械臂！很酷吧！那么，废话不多说了，我们开始吧！

本系列参考¹

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Arduino介绍

Arduino不特指某个单片机或是开发环境，实际上泛指整个从软件到硬件形成的生态。

Arduino基于Arduino IDE进行开发，底层是C语言和C++，硬件、代码开源。具有生态丰富，跨平台等特点。

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Arduino 开发板

Arduino常用的开发板有Arduino UNO、Arduino Nano、Arduino Mega 2560等。本文使用的是Arduino UNO R3型号开发板，重要参数如下：

• 芯片：基于Atmel公司的ATmega328P单片机
• 晶振：16MHz
• 数字IO：0 - 13，输出数字信号。引脚输出电平电压为5V，最大输出电流为40mA。
  • PWM: 3、5、6、9、10、11，带有~
  • 串口：0、1
• 模拟IO：A0 - A5，具有10位数模转换通道，这也是Arduino的一个优势所在，自带ADC。
• 电源：3.3V/5V输出，最大输出电流为150mA
• 供电：建议12V DC口供电
• 下载：烧录程序
  • USB：下载接口。
  • ICSP：下载接口。

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Arduino IDE

以C语言编写程序，同时兼具C++面对对象的思想。由于Arduino IDE具有丰富的库函数，还有许多封装好的模块，所以入门十分简单。IDE界面如下：

界面十分简洁，左上角一键编译上传，右上角附带串口调试工具。

这里给出 Arduino IDE 官网链接。Arduino IDE的安装不是本文的重点，所以不再赘述。

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配置开发板及端口

打开Arduino IDE，依次打开工具——开发板——Arduino AVR Boards——Arduino Uno。

设置端口前先将开发板用USB数据线连好，并接到电脑端。依次打开工具——端口——COMx。x为端口号。

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硬件介绍

LED介绍

LED的详细介绍请参考另一篇博客《51单片机LED篇》。因为Arduino板载了一个可以控制的LED灯（丝印为L），所以本文无需外接LED，直接对其进行逻辑控制。

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原理图

找到Arduino开发板中丝印为 $L$ 的LED，默认正极接在数字IO的13号引脚上，负极接地（当然，板载经过限流电阻）。也就是说，我们只需要操控13号引脚的电平高低，即可控制LED的亮灭。

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软件实现

Arduino IDE中的程序可以使用C/C++来书写。

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库函数介绍

首先，介绍3个核心库中的函数。详细的移步至官方函数手册。

• 引脚输出输入初始化
  void pinMode(uint8_t pin, uint8_t mode)
  • pin: 引脚号
  • mode: 引脚模式
    • 输出： OUTPUT
    • 输入： INOUT
    • 输入上拉：INPUT_PULLUP
• 数字引脚写入
  void digitalWrite(uint8_t pin, uint8_t val)
  • pin: 引脚号
  • val: 电平高低
    • 低电平： LOW
    • 高电平： HIGH
• 延时函数
  void delay(unsigned long ms)
  • ms: 延时毫秒数

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程序代码

// 2022.11.12
// Author:Qiu

#define LED_L 13    // 引脚号
#define SPEED 1000  // 控制闪烁间隔1000ms

// 参数初始化，仅执行一次
void setup() {
  // 初始化数字引脚13作为输出
  pinMode(LED_L, OUTPUT);
}

// 主循环
void loop() {
  digitalWrite(LED_L, HIGH);  // 向13引脚写入高电平
  delay(SPEED);               // 等待
  digitalWrite(LED_L, LOW);   // 向13引脚写入低电平
  delay(SPEED);               // 等待
}

编译成功后，上传至板子中，实验现象为LED灯以1Hz的频率闪烁。

当然，同样的实现可以在Arduino自带的示例中找到，路径为：文件 - 示例 - Basics - Blink。我建议大家可以自己先实现一遍，毕竟后面我们将会涉及比较复杂的应用，光靠示例是无法满足我们的需求的。

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下一篇的目标

我们希望更加高级的控制LED灯，比如，给它加一个物理开关。我们下一篇再见！

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总结

通过本章，你学会了如何控制数字IO口输出高低电平，并借助延时函数完成了LED的闪烁实验。这一点非常重要，它将会成为我们未来机械臂中的指示灯。请不要轻视这小小的第一步！

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1. B站：太极创客 ↩︎