【Arduino】生日创意_Scratch少儿编程网

【Arduino】生日创意

网友投稿 2019-08-06 13:41

本文不是教学文章，本人也正在学习中，目前状态半桶水

这几天，友人Fan²就要生日了，时间比较赶，一时间不知道送什么好，正好最近正在学习Arduino，就想着利用这个来做点生日创意为她庆生

简单来说，Arduino就是一个开源的平台，包括硬件和软件，很多东西你都可以自己DIY出来

我用的硬件是Arduino UNO，软件是Arduino IDE。想法是配合着生日歌，显示她的生日日期。嗯，听起来很简单，那我们就开始吧

Arduino UNO

Arduino IDE

零件

接下来就一个一个较为详细的研究了，不过也只讲和今天项目有关的内容，其他就算是基础也不讲，不然内容就太多了

首先就是这个最最最主角的Arduino UNO板子。其中USB插头是通过USB和电脑进行数据交换；而图中的数据交换区域是Arduino板子和所连接的硬件进行数据交换，有很多个端口（2~13）；虽然USB插口可以通过电脑给板子供电，但是总是要随身带着电脑未免有点不方便，所以就有了电源插口，可以通过电池对板子供电；最后的电源区域是板子对硬件进行供电

Arduino UNO示意图

个人困惑？？？

按道理，电源端口和USB端口对板子进行供电的效果应该是一样的，但是不知道为什么本人实际操作的时候总是会出问题

然后就是面包板，这个是方便人们进行电路测试的一种零件。它的内部电路构造很简单，中间部分是横向连接（中间沟处不连通，如绿线）；上下两边的线是纵向连通（如蓝线和红线，这个地方一般被用作零线和火线）

面包板

面包板示意图（来自百度）

蜂鸣器，就是它发声的地方，等会用它来播生日歌。Arduino编程有自己的音调预设[1]

蜂鸣器

高压升压模板(NCH8200HV)，能将板子输出的电压升到170V，供辉光管使用[2]

NCH8200HV

K155ID1，一种集成电路，驱动辉光管用。可以单纯通过控制4个端口来达到控制10个端口的目的

K155ID1

TIPS

购买这些集成电路芯片的时候，请看清型号。我就有买错过的尴尬经历。请注意型号的最后一位是N还是D。N指的是DIP（Dual In-line Package，双列直插式封装），D指的是SOP（Small Out-Line Package，贴片封装）

这个两个都是74CH595，但大的是DIP，小的是SOP，当初就这个买错了

辉光管，在LED被发明前，被用来显示信息。密封的玻璃管里围了网状的金属阳极，还有被包在里面的数字状的阴极，管中充满了低压气体或蒸汽。当阳极金属网和某一个阴极之间被加上了适当的高压，该阴极周围气体就会发出橙黄色光芒，辉光管就是通过这种方式来显示数字的

我使用的是来自前苏联的IN-14（ИН-14）侧显辉光管[3]，现已停产。它除了包含"0~9"的数字之外，左右两边还有小数点。更重要的是，里面充的是水银蒸气，相对来说不那么容易老化，同时发光的时候，橙光周围还有淡淡的蓝色光辉。而且它采用“非蒸散型消气剂”（顶部小圆片），阴极不易中毒，寿命也就更长了。下图右边的两个圈是管子的底座。管子的引脚比较乱，因为是拆机的。拆机的没法保证质量，毕竟已经这么久了，所以可能会有坏管的情况

辉光管IN-14（ИН-14）

ИН-14示意图

连接电路

打开Fritzing设计电路图进行设计

Fritzing

TIPS

学会变通。我现在的电路是经过好几次修改的了，如果出现了问题，就不要一意孤行地死磕，想办法解决。另外，我原本打算一边播歌一边放数字，但得引入SCoop.h才能多线程（一次性只能进行一项任务）。不过在我测试的时候，发现数字停止变动后再放音乐，效果也很赞，就修改了电路图，并把这个方案保留下来了

我原本打算用移位寄存器74HC595的，就不需要占用那么多的端口，可惜这两天都没有研究懂。另外，由于我手上很多零件这个软件没有，所以后期PS加上去了。图上紫色线指的就是辉光管的很多引脚要接K155ID1的很多引脚，画面太复杂了就这么简化了

随便瞎画的电路图

另外连接电路的时候，还要知道以下内容：

NCH8200HV有四个引脚，A是DC INPUT，连接Arduino板子的5V电源；B是170V的DC OUTPUT，连接辉光管的阳极；剩下两个都是GND（电线接地端），通过零线连接到Arduino的GND就行。可以参考下面的接法（D，，，D我好懒得去接啊）

NCH8200HV接法参考

另外，K155ID1的引脚示意图如下

K155ID1引脚示意图

集成电路芯片DIP一般都有一个U型凹槽来帮忙确认方向。上图中芯片内部的是引脚的序号，周围的是引脚的作用。VCC（Volt Current Condenser）是电路的供电电压，GND是接地端，这两个分别接火线和零线，注意K155ID1的启动电压是4.75V，最大能承受的电压是5.25V，一般供5V电压就行

K155ID1引脚的ABCD是输入端，数字是输出端，通过对输入端不同高低电流的组合供电，可以实现2^4共16种输出，但是我们只要其中的10种输出到输出端就行。比如ABCD全部输入低电流，那0就输出。它的真值表如下（注意，这里的ABCD是倒着过来写的）

K155ID1的真值表

这样一来，我们就要把K155ID1的ABCD连接到Arduino板子的数据交换区域(2~13)，而输出端连接辉光管其中除了小数点之外（因为一般用不到）的10个阴极处

辉光管的话，从底部看，中间有一个小箭头，指的就是阳极的那个引脚，顺时针看下去，接下来就是左小数点，然后1~9，再是0，最后一个右小数点就又绕回阳极了

IN-14引脚示意图

Warning

连接辉光管必须连一个20K欧的电阻防止辉光管烧坏，而且记得，这些电阻都得连在支路上而不是干路上，也就是说每一个灯管都要连一个电阻。我之前懒，连在干路上，结果一个没有亮另一个忽闪忽闪地几个阴极一起亮了。做二极管实验的时候也要每一个二极管连一个电阻

然后就可以开始瞎眼的实际接线了，真实眼花

Warning

断路后才触碰电路，尤其这里面有170V的高压，注意用电安全

安装和拔出集成电路芯片的时候要小心，以免弄坏引脚

首先拿出公对母杜邦线（是的，也有母对母，公对公）把辉光管的引脚都安排上

公对母杜邦线

安排上了，但是引脚多余的长度舍不得剪QAQ

头秃眼花又欢乐的连线环节

TIPS

连完线，请务必再检查一下，保证不出错，不要烧了任何东西

编程

接下来就是紧张而刺激且枯燥还耗神的编程环节，让我们一起打开Arduino IDE，一起做秃头预备护理吧

一般了解一个语言，我都是先了解它的注释是怎么写的。注释指的是，程序不读取执行，单纯是写在程序里，给后面的程序员看的

在Arduino IDE里注释符是这么写的（蓝色部分）

//注释

或

注释

Warning

程序的每一句结尾都必须记得加上英语的分号" ; "，否则程序会报错

OK，没问题，开始编程吧

//根据K155ID1真值表定义一个10*4的矩阵//int 是有返回值的定义//{}里是一个整体int numbers[10][4] = {//D,C,B,A{0,0,0,0}, //0{0,0,0,1}, //1{0,0,1,0}, //2{0,0,1,1}, //3{0,1,0,0}, //4{0,1,0,1}, //5{0,1,1,0}, //6{0,1,1,1}, //7{1,0,0,0}, //8{1,0,0,1} //9};
//定义每个辉光管A引脚和蜂鸣器阳极所连的端口，方便未来更改端口的时候，可以随时更改//定义位置参考上面最后连完的图int bulb1 = 2;int bulb2 = 6;int trumpet = 10;
//void是不返回值的定义//setup部分只运行一次void setup() {
//for是循环语句//格式是for (int x = 某个初始值; 在符合此处条件的情况下，for会一直循环; x++是每一次循环，x=x+1，x--则是x=x-1)for(int i=bulb1; i<(bulb1+4); i++){//定义i端口为输出//pinMode是定义端口的函数//格式是pinMode(端口号, INPUT/OUTPUT);注意大小写pinMode(i, OUTPUT);}
//上面是定义第一个辉光管所连接的端口，下面是第二个for(int i=bulb2; i<(bulb2+4); i++){pinMode(i, OUTPUT);}
//定义蜂鸣器阳极所连接的端口为输出端口pinMode(trumpet, OUTPUT);}//setup部分结束
//loop部分会一直循环//loop部分开始void loop() {
//让两个辉光管随意显示0-9任意数字十次for (int p=0; p<10; p++){//num是我们自己定义的函数，它的定义脚本在后面//random就是随机抽取后面括号范围内的整数//后面括号取下限不取上限，即0-9num(random(0,10),random(0,10));//每次循环延迟0.2秒//delay的单位是毫秒//一定要delay，否则一次循环太快了delay(200);}
//辉光管显示" 8 8 "这个数字，这个是友人的生日日期num(8,8);//延迟1秒，即让" 8 8 "显示1秒delay(1000);
//让辉光管从" 00 " 显示到" 19 "，暗示友人的成长过程for (int p=0; p<2; p++){for(int r=0; r<10; r++){num(p,r);delay(100);}}
//最终数字停在" 20 "，这是友人今年的生日num(2,0);delay(200);
//停0.2秒开始播放生日歌，停一小会是为了能让人反应过来，这是辉光管显示"20"的时候才开始播放的song(trumpet);
//等待3s，进入下一个循环delay(3000);}//loop部分结束
//定义刚刚说的，我们自己定义的函数num，这是让两个辉光管显示数字的函数void num(int x, int y){for(int j=bulb1; j<(bulb1+4); j++){//digitalWrite是对端口进行输出，这些端口必须先被定义为输出端口//格式是digitalWrite(端口号, 要输出的数据);digitalWrite(j, numbers[x][bulb1+3-j]);}
for(int k=bulb2; k<(bulb2+4); k++){digitalWrite(k, numbers[y][bulb2+3-k]);}}//函数num定义结束
//对刚刚song函数的定义//生日快乐歌void song(int s){//tone是让蜂鸣器发声的函数//格式为tone(端口号, 要发生音调的编号，具体定义请看附录[1]);tone(s,784);//G5delay(240);//注意，很多东西都是如果你没有去改变它的话，它就会一直保持上一个状态//比如这里的tone，并不是说你让它发声发240毫秒之后它就会停下来了。相反，它会一直响这个音调，直到你修改了这个端口的值，或者切断了电源。所以我们需要noTone的存在//digitalWrite也是如此，所以最后一个数字会在播放音乐的时候一直显示//noTone是让蜂鸣器停止发声的的函数//格式为noTone(端口号);noTone(s);delay(10);tone(s,784);//G5delay(250);tone(s,880);//A5delay(500);tone(s,784);//G5delay(500);//tone(s,1047);//C6delay(500);tone(s,988);//B5delay(1000);//tone(s,784);//G5delay(240);noTone(s);delay(10);tone(s,784);//G5delay(250);tone(s,880);//A5delay(500);tone(s,784);//G5delay(500);//tone(s,1175);//D6delay(500);tone(s,1047);//C6delay(1000);//tone(s,784);//G5delay(240);noTone(s);delay(10);tone(s,784);//G5delay(250);tone(s,1568);//G6delay(500);tone(s,1319);//E6delay(500);//tone(s,1047);//C6delay(500);tone(s,988);//B5delay(500);tone(s,880);//A5delay(500);//tone(s,1397);//F6delay(240);noTone(s);delay(10);tone(s,1397);//F6delay(250);tone(s,1319);//E6delay(500);tone(s,1047);//C6delay(500);//tone(s,1175);//D6delay(500);tone(s,1047);//C6delay(1000);//noTone(s);}//song函数定义结束

测试

编程完后，点击左上角的" √ "，编译一下，看看程序有没有出错