Arduino Uno R3开发板系列学习教程（第1章：数字信号）

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Arduino Uno R3开发板系列学习教程（第1章：数字信号） 本文

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第 1 章：数字信号（数字IO）

对于零基础的同学，建议按顺序学习本系列教程，因为本系列教程教学为连续型教学

本篇学习如果出现无法正常烧录的情况，不要惊慌，我会在下一篇文章进行说明解释

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一、软件知识之输入输出模式（实验一与实验二）

Arduino IDE 与 Platform IO的编程语言均为 C++ ，C语言同样适用

1、认识初界面

环境配置和软件下载在上一篇文章中 文章链接

（1）Arduino IDE

红色箭头标识的为两个极为常用的按键，一般写程序都会用到

蓝色标注的是 Arduino 的程序框架，需要大家清楚的记住它们各自的含义

一般板子只要接入电脑，都会自动下载驱动，并且Arduino IDE也会自动更新驱动并连接，所以大家一般不需要做什么操作。如果有同学无法自动连接，那么需要手动连接，如下：

如果上方小框是这个，那就无需进行设置

如果没有，鼠标右击此电脑，选择展示更多选项，选择管理

或者右击开始，选择设备管理器

点击设备管理器，点击端口，CH340的那个端口就是开发板连接的端口（每个人可能不一样，比如我的是 COM 5）

回到 IDE点击工具选择开发板，找到 Arduino Uno ，点击选择

然后回到主界面，点击这个小框选择刚才的那个端口就好了

（2）Platform IO

首先打开VS code

点击 new project

第一个选项自己起个名字（要符合命名规则），然后第二个选项点击输入Arduino Uno，第三个为默认，选择 Finish

第一次创建会很慢，如果长时间不行，建议重启电脑并使用手机热点再做尝试

选择 “是”

找到 main.cpp 文件 , 并点击

有些同学可能和我界面一样，也有可能不一样(但和IDE的界面一样)，都无所谓，只是我的模板给我先定义了一个函数

具体功能如下图：

C++是高级语言，机器只能读懂低级语言（也就是机器语言），而调试的作用就是查错和将高级语言翻译为低级语言，所以建议先调试找错，无误后在上传

平时我们要养成保存的好习惯（快捷指令为 ctrl + s），防止遇到突发情况出现代码丢失

2、配置引脚模式

使用到了函数 “ pinMode（pin，Mode); ”

一般只有数字信号的处理需要用到配置引脚模式

pinMode（pin，Mode);
//其中 pin 为引脚 ==> 指数字信号的引脚
/*
Mode为模式，其中包括三大模式为 :  
	⇒ OUTPUT （输出）
	⇒  INPUT  （输入）
	⇒  INPUT_PULLUP (输入上拉模式)	
*/

//后续我会一一带大家认识这些模式

3、数字信号输出模式

使用到了函数 “ digitalWrite(pin，val); ”

需要配合配置引脚模式的函数一起使用，并且需要设置为输出模式，它的作用是将某个引脚设置为高电平或者低电平

digitalWrite 可以放在loop中也可以放在setup中，只是循环使用，和使用一次的区别

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(pin,OUTPUT);//一定要配置引脚模式
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalWrite(pin, val);
  //其中 val 为 value 为数字电平，包括：
 /*
  ⇒ HIGH (高电平)
  ⇒ LOW  (低电平)
 */
}

4、数字信号输入模式

使用到了函数 “ digitalRead(val); ”

需要配合配置引脚模式的函数一起使用，并且需要设置为输入模式，它的作用是读取引某个引脚的输出模式并返回

同理 digitalRead 可以放在loop中也可以放在setup中，只是循环使用，和使用一次的区别

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(pin,INPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalRead(pin);
}

int A;

void setup() {
  pinMode(13,INPUT);
    //假设需要读取13号引脚的模式
}

void loop() {
  A = digitalRead(13);
	//此时 A 有两种结果 HIGH or LOW
	//即 A == HIGH (或者 LOW )
	//digitalRead会返回这两个值的其中一个
}

5、布尔型变量

定义一个布尔型变量 ⇒ A

boolean A; //或者 bool A;
// A会等于 1 或者 0 （真 或 假）

6、逻辑运算符

 &&		 ⇒ <且> 
 
 ||    	 ⇒ <或>
 
 ! 		 ⇒ <非>

并且他们有几个很重要的性质:

1 && 1 = 1		 	 1 && 0 = 0 		 0 && 0 = 0

1 || 1 = 1  		 1 || 0 = 1			 0 || 0 = 0

!1 = 0				 !0 = 1

7、条件语句（if语句）

//if语句的基本格式
//其中条件为一个布尔量（真或假）
if（条件1）
{
	语句1；
}
else if（条件2）
{
	语句2；
}
else
{
	语句3；
}

if语句是可以嵌套的，如上题答案所示，并且 else if 可以有多次条件，例如：

if（条件1）
{
	语句1；
}
else if（条件2）
{
	语句2；
}
else if（条件3）
{
	语句3；
}

同时除了 if 其他都是可有可无的，但其他只要出现，必须要有 if；

else会与上方最近的并且没有配队的 if 进行匹配；

并且只要前方有一个条件满足，后面的条件会自动跳过；

if语句还可以这么写：

if（条件1）
	语句1；
else if（条件2）
	语句2；
else
	语句3；

但前提是只能运行一个分号结尾的语句，嵌套函数除外

例如：

if（条件1）
	if（条件11）
	{
		语句11；
		语句12；
	}
else（条件2）
	语句2；

8、赋值运算符与关系运算符

“ = ” 为赋值运算符，意思是将右侧某值赋值给左侧变量
“ == ”为数学中相等的意思

关系运算符有：
⇒ 等于（ == ）
⇒ 大于等于（ >= ）
⇒ 小于等于（ <= ）
⇒ 大于（ > ）
⇒ 小于（ < ）

int A = 1, B = 2, C;
C = B;//C = 2
C = A == B;//C = 0（假）
C = A <= B;//C = 1（真）

二、硬件知识（实验一）

1、面包板（免焊接）

红色一般指电源轨（上方有标正负极），红色黄色部分是指连通的轨道（内部就是导电的金属片）

面包板本身无自带电源

2、杜邦线

可以配合面包板进行布线，可以免除焊接的麻烦

并且包含两种头，上图为公头，下图为母头，而上图就是公对公的杜邦线

3、电阻

首先必须要知道怎么读电阻上的色环，下图为对照表

下图左侧黄色的为碳膜电阻，右侧蓝色为金属膜电阻（价格较贵）

4、LED（发光二极管）

需要注意区分LED的正负极，一般 “长正短负”

注：要注意LED的额定电压、额定电流和功率，不同种类、不同颜色的LED均不同，长时间处于不正常的电路中会加速电子元器件的老化和损坏，下图公式要会使用

三、实践 ⇒ 实验一：控制LED

学了以上知识就可以尝试点灯了，这里的灯指LED小灯珠

1、点亮一个LED

可以选择连接一个红色LED，也可以不连接，因为13号引脚有一个串联的LED，但如果需要连接一个小灯珠一定要串联一个 220 Ω 的电阻，因为Arduino Uno开发板的高电平为 5V ，而红色LED的额定电压为 1.8 - 2.4 V。

没有 220Ω 电阻的同学们，也可以不连接，因为 LED 小灯珠很便宜，并且容易更换

如上图连接好后，让我们开始写代码吧

代码示例：

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalWrite(13, HIGH);
}

也可以这么实现，都会使LED常亮

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(13, OUTPUT);
  digitalWrite(13, HIGH);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
}

点击调试，没有报错后，点击上传，LED就亮起来了，如果大家配置的是13号引脚，可以看到13号引脚旁边的 LED 也正常亮了起来。

这个与13号引脚串联着的LED是开发板出厂测试用的

2、点亮多个LED

实现原理相同，只是多配置几个引脚就好了，大家可以自己尝试

3、让 LED 闪烁起来

想要实现闪烁，只需让LED亮与灭交错连续的进行就好了，可是怎么让LED灭呢？只需再将引脚输出低电平，而低电平为 0V ，两个负极相连不就相当于没有接通电源。

连接如图所示的电路：

代码示例：

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalWrite(13, HIGH);
  digitalWrite(13, LOW);
}

点击调试，没问题后，点击上传

???,道理都懂，为什么不仅没有闪烁，亮度还减少了呢？

这是因为开发板的处理速度非常快，LED实际上实在闪烁，但无可奈何闪烁的太快了，人眼察觉不到这个过程，和帧率类似，帧率越高所呈现的画面就越细致。

那么我们让LED亮一会，等一会，是不是就可以被察觉到了呢，可是又怎么实现呢？

要想实现这个功能，只需引入两个新的函数：

⇒ delay(毫秒)；
⇒ delayMicroseconds（微秒）；

他们就是传说中的延迟函数，会让代码在此行停留设置好的一段时间。

好，知道了原理让我们开始实践吧。

代码示例：

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalWrite(13, HIGH);
  delay(1000);//延迟1秒
  digitalWrite(13, LOW);
  delay(1000);
}

点击调试，没问题后，点击上传

此时LED就正常闪烁了，在此基础上大家可以尝试多连接几个LED，做一个流水灯玩玩。

对于使用 IDE 的同学，可以点击菜单栏 “文件” “示例” “01.Basics” “blink”，此时就会进入一个新的窗口，里面是官方给的示例文件，是不是和我们编写的差不多呢。

官方示例代码：

/*
  Blink

  Turns an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.

  Most Arduinos have an on-board LED you can control. On the UNO, MEGA and ZERO
  it is attached to digital pin 13, on MKR1000 on pin 6. LED_BUILTIN is set to
  the correct LED pin independent of which board is used.
  If you want to know what pin the on-board LED is connected to on your Arduino
  model, check the Technical Specs of your board at:
  https://www.arduino.cc/en/Main/Products

  modified 8 May 2014
  by Scott Fitzgerald
  modified 2 Sep 2016
  by Arturo Guadalupi
  modified 8 Sep 2016
  by Colby Newman

  This example code is in the public domain.

  https://www.arduino.cc/en/Tutorial/BuiltInExamples/Blink
*/

// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);                      // wait for a second
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);                      // wait for a second
}

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实验一总结

对于零基础的同学，建议按顺序学习本系列教程，因为本系列教程教学为连续型教学

本篇学习如果出现无法正常烧录的情况，不要惊慌，我会在下一篇文章进行说明解释

本实验学习了数字引脚的输出模式，并且完成了实践，其中比较重要的是如果使用数字信号引脚，一定要提前使用 “ pinMode（pin，Mode）； ” 函数配置好要使用的引脚，这样才有控制引脚输出高低电平的功能。

本部分所提函数：

//配置引脚函数
pinMode(pin，OUTPUT);
pinMode(pin, INPUT);

//配置数字引脚功能函数
digitalWrite(pin, val);

//延迟函数
delay();
delayMicroseconds();

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