【Arduino】从一个简单的例子入门Arduino

网友投稿 2019-09-24 12:35

Arduino 是一个基于易用的软硬件的开源电子平台，适用于任何进行交互式项目的人。

Arduino is an open-source electronics platform based on easy-to-use hardware and software. It's intended for anyone making interactive projects.

这是官网对 Arduino 的解释，看了之后可能还是一头雾水，但你一定听说过物联网，这个概念这几年炒得实在太火，物联网即万物相连的互联网，节点是一个个智能设备，而用 Arduino 可以帮助我们创造这些智能设备，帮助我们实现创客梦想。Arduino 很难用一个简单的词或句子来定义，它是一个很庞大的体系，它有软件，有硬件，还有无数人一起交流学习的开源社区。

今天通过完全从零开始手把手地实现一个 Arduino 示例来让大家一起了解 Arduino。示例比较简单，就是让 LED 等以恒定的频率闪烁，实际效果见下方视频。

在开始之前，我认为你具备以下基础知识：

1）初中物理电学知识；

2）基础的编程知识：变量、函数等等。

另外，你最好还要拥有一套 Arduino 开发套装，我这里使用的是 Arduino UNO R3，比较适合初学者，所以你也可以买套这个，在某宝上搜索 “Arduino UNO R3” 即可。

Arduino IDE

打开 Arduino 的官方网站，打开“SOFTWARE - DOWNLOADS”，选择对应操作系统的版本下载，下载完成后进行安装。

拿出 Arduino 开发板以及 USB 方口打印机线，USB 连接电脑，方口连接 Arduino 开发板。

图1. Arduino开发板和数据线

第一次打开 Arduino IDE 需要设置开发板以及端口。选择“工具 - 开发板”，这里可以看到很多类型的开发板，因为我们使用的是 Arduino UNO，所以这里选择 “Arduino/Genuino Uno”。再选择“工具 - 端口”，选择 “Arduino/Genuino Uno” 选项。

图2. 设置开发板和端口

Arduino IDE 启动时，会默认打开一个文件，以“sketch_日期”命名。“Cmd + S” 保存，可以重命名以及指定保存目录。

在 IDE 的左上角有几个按钮，鼠标悬浮在上面时会看到按钮名称，分别是：

验证：编译代码，并且检查程序是否有误；
上传：将代码上传到 Arduino；
新建：新建一个新的文件；
打开：打开本地文件，除了自己历史保存的文件外，还有一些内置的文件；
保存：保存文件。

新建的文件中有两个默认的函数：setup和loop，这个我们后面细说。

Arduino 开发板

这部分带大家一起了解下 Arduino 开发板。

图3. Arduion开发板介绍

微控制器：是开发板的核心原件；
引脚：微控制器上下两排的金属片，是微控制器与外接沟通的途径。通过引脚，微控制器可以向外界元器件发出指令；
数字输入/输出端口：开发板接收数字信号（输入）和发送数字信号（输出）的端口。其中端口 0 是 RX，端口 1 是 TX，是 Arduino 用来与电脑传输数据时使用的，目前阶段我们应该避免使用这两个端口；
模拟输入端口：开发板接收模拟信号的端口；
电源端口：用来给开发板供电的端口，是给开发板供电的三种方式之一，另外两种分别是 USB 接口供电和外部直流电源供电。

更多的介绍也可以参考这篇博客：Arduino Uno R3 中文介绍。

Arduino 示例 - 闪烁的小灯

我们回到文章开头说的示例中，接下来我们使用前面掌握的基本知识完成这个示例。

电路图

如何让一个 LED 小灯亮起来呢？我们看个初中就学过的物理电路图。

图4. LED电路图

图 4 的电路图中电源负责供电，开关打开后电流由 LED 的正极流向负极，LED 便可以亮起来了。当电流从 LED 的正极流向负极的时候，电阻约等于 0，基本相当于一根导线，所以为了防止电源的正负极直连，所以还需要加一个电阻。而当电流从 LED 的负极流向正极的时候，电阻几乎无穷大，基本相当于断路，所以在连接 LED 的时候一定要区分好正负极。对应到实物中，LED 两根引脚中，长的那根是正极，短的那根是负极。

Arduino 实现电路图

那如何用 Arduino 实现电路图中的线路呢？我们看图 5 的模拟图。

图5. Arduino电路图

图 5 的模拟图中，Arduino 开发板被当成了电源，跟电阻相连的导线另一端与 Arduino 的 5 号引脚连接，与 LED 相连的导线的另一端与 Arduino 的 GND 端口连接。这么连接的原理是什么呢？

GND 是 Ground 的缩写，是接地的意思，为电路提供一个基准电位（0V）。当给 Arduino 的 5 号引脚施加大于 0V 的电压时，电路中便产生电流，电流通过 LED 时，LED 便会被点亮。如果 Arduino 的 5 号引脚的电压是 0V，那么电路中便不会产生电流，LED 也不会亮。

面包板

在正式实验之前，还要跟大家介绍一个电路实验的利器 - 面包板。在没有面包板时代，人们想要建立电路，需要使用一种叫“绕线”的技术，但电路复杂的时候，导线交错，一头乱麻。后来人们在切面包的板上固定电路，但还是很麻烦，每次连接电路时都需要焊接。后来就有了现代意义上的面包板。

图6. 面包板

面包板上有很多的小孔，只要将电子元器件插进这些整齐的小孔，便可以产生电路连接，避免了绕线的杂乱和焊接的麻烦。那怎么在面包板上搭建上面的电路呢？

图7. 面包板搭建电路图

对照图 7 的模拟图，我们看下搭建这个电路的步骤。

1）将导线一端插在 Arduino 的 5 号引脚中，另一端插在面包板的任意一个小孔中；

2）将电阻的一端插在跟导线插入的小孔同一列的小孔中。图中看，同一列的 5 个小孔都被标记为绿色，这 5 个小孔虽然看似相互隔离，但内部有金属装置，实际是直接相连的。所以导线和电阻虽然插在了同一列的两个小孔中，但实际上已经相连了；

3）顺着这个思路，我们将电阻和 LED 的正极进行相连；

4）再将 LED 的负极与另一根导线相连；

5）最后将导线插入 Arduino 的 GND 引脚中。

这样，完整的线路就被搭建起来啦！

Arduino 线路搭建

有了图 7 的模拟图，用实际的电子元器件搭建便很简单了。

图8. Arduino真实线路

Arduino 程序

电路搭建好以后，要想让 LED 灯闪烁，我们还需要将程序上传给 Arudino 开发板。

将这段代码复制粘贴到 Arduino IDE 中，依次点击“验证”、“上传”，便可以将编译好的程序上传给 Arduino 开发板，LED 灯便可以闪烁啦~

void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(5, OUTPUT);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
digitalWrite(5, HIGH);
delay(300);
digitalWrite(5, LOW);
delay(300);
}

上面的代码中有两个函数setup和loop，根据官网的解释，setup函数会在 Arduino 开始运行时被调用一次，一般用来初始化变量、引脚状态等等；loop函数是个循环体，在setup执行之后会反复执行。

上面的例子中，setup函数中调用了一次pinMode(5,OUTPUT)，这个函数可以将 Arduino 的 5 号引脚设置为输出模式（OUTPUT），意味着 Arduino 5 号引脚可以提供电流。loop函数中分别调用了两次digitalWrite和delay函数，digitalWrite可以为数字引脚写入高电平（HIGH）或低电平（LOW），这里第一个参数指的是为 5 号引脚写入 HIGH 或 LOW。如图 5 所示，当调用digitalWrite(5,HIGH)时，Arduino 的 5 号引脚会产生 5V 的电压，那么电路中便可以产生电流，LED 灯就会亮，而当调用digitalWrite(5,LOW)时，Arduino 的 5 号引脚处的电压会被设置成 0V，跟另一端 GND 的电压一致，所以电路中便没有电流，LED 灯也不会亮。所以再看loop中的 4 行语句就简单了，digitalWrite(5,HIGH)让 Arduino 的 5 号引脚产生 5V 的电压，电路产生电流，LED 亮，持续 300 毫秒后又通过digitalWrite(5,LOW)让 LED 的两端电压均为 0V，LED 灭，持续 300 毫秒后这一过程循环执行，这样，LED 便可以一闪一闪啦！

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