Arduino 单板机入门学习记录

创作立场声明：本文记录介绍自己学习Arduino的初步过程，完全自创

折腾理由

最近有点空余时间，回想起小时候没啥玩的，能凑齐几个电灯柱电池就和不容易了，为了弥补确实，准备玩一玩电子小玩具，网上看了看，觉得Arduino是个很不错的玩具，其实是个功能强大的工具。树莓派一类其实也很强大，是一个完整的ARM平台linux系统了，之前玩过类似的板子不过是当成迷你电脑使用。这次是纯粹为了玩的简单，而且为了可以带小孩玩找点乐子，因此选择了更简单的Arduino单板机。

Arduino介绍

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)。由一个欧洲开发团队于2005年冬季开发。其成员包括Massimo Banzi、David Cuartielles、Tom Igoe、Gianluca Martino、David Mellis和Nicholas Zambetti等。

它构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。主要包含两个的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是Arduino IDE，你的计算机中的程序开发环境。你只要在IDE中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板后，程序便会告诉Arduino电路板要做些什么了。

Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程是通过 Arduino编程语言 (基于 Wiring)和Arduino开发环境(基于 Processing)来实现的。基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，他们之间进行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)来实现。（以上文字来自百度百科。）

Arduino电路板设计使用各种微处理器和控制器。这些电路板配有一组数字和模拟I/O引脚，可以连接各种扩展板或面包板（屏蔽板）和其他电路。这些电路板具有串行通信接口，包括某些型号上的通用串行总线（USB），也用于从个人计算机加载程序。微控制器通常使用C/C++编程语言。除了使用传统的编译工具链之外，Arduino项目还提供了一个基于Processing语言项目的集成开发环境。

Arduino项目始于2003年，作为意大利伊夫雷亚地区伊夫雷亚交互设计研究所的学生项目，目的是为新手和专业人员提供一种低成本且简单的方法，以创建使用传感器与环境相互作用的设备执行器。适用于初学者爱好者的此类设备的常见示例包括简单机器人、恒温器和运动检测器。（以上文字来自维基百科。）

Arduino的来源应该是，创始者之一觉得当时的单板机都比价复杂不适合普通人使用，因此和一个电子设备工程师一拍即合，用市场上场用的单片机芯片开发了一个电路板，最重要的是做了一个简化的编程开发工具-Arduino IDE，使得使用控制Arduino变得简单易学，很容易上手。

Arduino功能

从功能上来说，Arduino和一般的单板机也没什么很大差别，主要是拥有多个GPIO引脚，可以编程控制引脚的输入输出，达到和外围设备通讯，控制外围设备的功能。

Arduino最大的特点是开源，硬件也是开源，软件也是开源，基本都不需要额外费用。因此在天朝也产生了大量的兼容产品和外围配件，价格相当给力。当然官方产品的价格也还可以不算天价。

下面是网的入门级学习产品，大多数人都是从UNO板子开始学起，淘宝正版官方产品标价138软妹币，兼容版本（山寨版本的悦耳名称）从10几元到几十元不等，可以说是相当给力，而且Arduino相当开放，这些兼容版本都能使用官方的软件开发工具。

下面是x宝上的类似兼容产品：

从学习角度，官方版和兼容版没啥差异，编程工具一样，功能也几乎一样的。当然我们总会给你惊喜，比如下面这个：基于ESP8266芯片的部分兼容板，自带wifi网络功能价格也只要10几块就能买到，兼容大部分UNO的功能，引脚数量和功能有些差异。对于初学者也没啥问题，只是传输速度稍慢，针脚标号有差异。

开始入门学习

工具推荐：

1. 购买一个UNO版，官方，兼容，部分兼容都可以。

2. 购买一些LED灯珠，简单外围设备，比如温度湿度，红外，超声波传感器，数码显示管LED，按钮，面包板，杜邦线等等，当然也可以买个入门学习套件。

3. 资源网站
   

1. 官网和官方的学习资源

   入门教程

   语法速查

   一些学习者范例

对初学者的基本要求，知道一些基本的电路原理，比如接一个灯泡回路 。最好是有过学习编程语言的经历，否则你要从怎么使用挂号，怎么使用引号开始学习写语句了。

说Arduino简单易用，一方面它做了同一版型的单板机，不用再弄个芯片用面包板来从头搭起，另外最重要的就是它的编程工具和语言。

Arduino自己制作了开发工具Arduino Software IDE，采用C语言的语法，有众多的基础库和第三方库可以使用，大大简化了编程难度。

开始学习先介绍一下GPIO，GPIO（英语：General-purpose input/output），通用型之输入输出的简称，功能类似8051的P0—P3，其接脚可以供使用者由程控自由使用，PIN脚依现实考量可作为通用输入（GPI）或通用输出（GPO）或通用输入与输出（GPIO），如当clk generator, chip select等。

简单来说，就是你可以通过程序，让这些GPIO针脚输出高低电平，或者PWM信号，读取数字，模拟信号等。那么这些有啥用呢，其实最直接的就是，1，通讯：用串口232，SPI，I2C等方式和外围数字传感器，显示设备，网络界面等等进行通讯，获取或者传输数据。2，通过输出输入高低电平，控制外围设备，比如继电器，点亮小功率的LED发光二极管等。

下面从0基础学习的第一部，点亮一个LED发光二极管开始，这个也是官方教程的第一个学习示例：

GPIO本身属于信号控制类接口，不能输出交大电流，因此只能点亮小功率的LED发光二极管，点亮其他灯珠之类的，可能无法驱动或者会损坏接口。

IDE有web在线版和离线桌面版，支持win，linux，mac等多平台，随意选择。下面截图是win桌面版。Arduino把程序叫成 Sketch。

程序结构: 最简单的程序结构如下，学过编程的基本很容易看懂，尤其是学过C的。基本上使用的是C的语法，很多函数，变量等都是和C一样的。

第一部分Setup（），这里主要放置一些程序的初始化设置语句，就是整个程序只需要开始的时候运行一次的功能。

第二部分loop（），这里放置主要的运行功能，这里的语句会被无限循环运行，除非arduino关闭或者死机。

在第一部分之前，可以放置需要载入的资源库描述，定义常量，定义全局变量等语句。

自定义函数可以放在这2个范围以外的地方

1. void setup() { //void 表示无返回变量，setup和loop都必须是void类型

2. // put your setup code here, to run once: //表示注释, 这个刮号里的语句只运行一次

3. }

   
   

4. void loop() {

5. // put your main code here, to run repeatedly: //这个刮号里的语句无限循环运行

6. }
   

初学者的第一个程序Sketch：Blink，让LED发光二极管闪烁

(IDE中本身就带有大量库和范例，可以直接调用范例学习）

Blink

1. // the setup function runs once when you press reset or power the board

2. void setup() {

3. // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.//注释行，初始化数字引脚，定义它为输出针脚

4. pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); //具体可以参考网站语法

5. //定义pinMode，LED_BUILTIN指板上的指示灯，当然我们可以指定其他针脚比如 2

6. }

7. // the loop function runs over and over again forever
   

8. void loop() {

9. digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

10. delay(1000); // wait for a second

11. digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW

12. delay(1000); // wait for a second

13. }

上面这个程序运行结果是，板载的LED指示灯会点亮一秒，熄灭一秒的间隔，持续闪烁。是不是很容易理解。

当然我们，如果不是使用板载LED，使用自己的LED发光二极管，记得串联一个电阻，限制电流别太大，记得LED正负极别接反。

UNO的针脚定义见下图，电路板上也有明确的标识。

第一个学会了，就简单了。

入门的其他几个就不一一讲了，可以去看前面介绍的网站，官网的如下：英文

呼吸灯

读取按钮状态

读取输入电压

当然这里要学会这几个函数命令，这个是以后控制针脚输入输出的全部：

数字 I/O

pinMode() ----初始化设置针脚，具体语法查 pinMode(#pin，OUTPUT); pinMode(#pin，INPUT);

digitalWrite() ----设置针脚输出，digitalWrite(#pin, HIGH) ; digitalWrite(#pin, LOW);

digitalRead() ----读取针脚状态 digitalRead(pin#)；

模拟 I/O

analogReference() -----模拟电压参考基准，设置模拟输入的基准电压，默认是3.3或者5V看板子说明

analogRead() -----读取一个针脚的模拟量数值，一般数字用0-255数字量标示

（有些兼容板0-1023），对应模拟电压

analogWrite() --------设置针脚输出一个模拟量，用PWM方式输出 analogWrite（pin,value）

会了这几个函数，就可以知道如何控制针脚，很简单就告诉它写低写高，写多少比例。

学会输入输出后，就是要按照示例和语法手册，学习其他的语句，比如定义变量，变量类型，运算符号，数学函数，控制语句，串口输出语句等。串口输出可以把需要看的东西通过串口传回到你的电脑上，有助于了解程序运行情况和找错误时候显示标志。

结构控制

• if 判断语句

• if...else 多次判断

• for 计数循环

• switch case 查表对照

• while 条件循环

• do... while

• break

• continue

• return

• goto

算数运算符

• =（赋值运算符）

• +（加）

• -（减）

• *（乘）

• /（除）

• %（模）

比较运算符

• ==（等于）

• !=（不等于）

• <（小于）

• >（大于）

• <=（小于等于）

• >=（大于等于）

布尔运算符

• &&（与）

• ||（或）

• !（非）

  
  

就不一个个罗列了，可以去这里看，一共没多少个

语法学完后，就可以用各种外围设备做单个实验进一步学习。

三色LED

三色LED

8x8点阵LED最好买带MAX7219芯片驱动的，否则需要16根输出脚

8x8点阵LED最好买带MAX7219芯片驱动的，否则需要16根输出脚

LCD显示屏

LCD显示屏

步进马达

步进马达

超声波测距

超声波测距

4位数码显示管

4位数码显示管

3轴加速度，倾角传感器

以上图片来自官网

上面都是单个外围设备功能学习，当单个功能的学好了就可以做下面这种复杂一点的了，会用到多个输入输出组合控制，比如用距离加速度颜色传感器识别状态，控制小车行走转弯等。

4WD小车

以下，是我自己这几天为了学习编程做了这些。

流水灯

流水灯

闪跳灯

闪跳灯

温湿度交替显示，带驱动数码管

温湿度交替显示，带驱动数码管

温度

温度

湿度

湿度

超声波测距加OELD屏幕显示

超声波测距加OELD屏幕显示

即时屏显测距数据

动态屏显测距数据

无驱动4位数码管，uno直接控制显示

最后这个是利用的国产的ESP8266芯片的兼容板子，利用示例的web服务程序，制作的了一个简单文本web服务

通过web上面的指令遥控开启关闭设备，并同时显示接入的温度传感器数据

wifi网络远程控制开启关闭灯泡，继电器，同时显示温度传感器数据

折腾总结：

Arduino的确是个针对非专业电子控制人员设计的开发板，是个很好玩的玩具，而且外围设备丰富，不需要很高的技术技巧，中小学生就可以开始玩。初始玩玩简单的测量显示，遥控等等。

到后面，更多高级玩法，很多写字机，小型数控画图，数控雕刻，自由行走小车，机器人灯都可以用这个来完成。玩的过程中可以学会很多技巧。

对于喜欢制作点小玩具的人来说是个很好的东西，简单易学，功能强大。

推荐玩友可以学学，最好的是可以带着自己小孩一起玩，避免小孩总是看电视玩手机，这个乐趣度很高，可以让小孩没时间玩手机平板看电视