2. Arduino基础

  Arduino编程语言是一种基于类C语言的语法，旨在让初学者更容易地学习和理解编程。和C语言类似，Arduino语法是一种结构化编程语言，其中包含常见的编程结构，例如if语句、for循环、函数和变量。

  与C语言相比，Arduino语法更加简单易懂，更加注重人机交互。例如，Arduino经常使用自然语言的术语，例如“pin”（引脚）和“serial”（串行）作为关键字。此外，Arduino在编程环境中提供了许多内置函数，这些函数可以使编程更加简单。

  Arduino的语法设计旨在让用户可以快速入门，不需要过多专业编程知识。仅仅了解一些基础语法规则和常用函数就可以轻松上手编写代码。简单易懂的语法和逻辑结构也使得Arduino非常适合用于构建简单的物联网设备和机器人等工程项目。以下目录是一些 Arduino 编程的主要组成部分和基本语法。

2.1 结构

Arduino 程序（被称为 “sketch”，草图）通常包括两个主要函数：

• setup(): 这个函数在程序启动时运行一次。通常用于初始化引脚模式、启动库等。
• loop(): 这个函数在setup()函数执行后就反复运行。用于执行程序的主要逻辑。 通常创建一个新工程，都是以setup()和loop()为模板。

2.2 变量和数据类型

Arduino 支持标准的 C/C++ 数据类型，如 int、float、char、boolean 等。变量需要在使用前声明，并可以在声明时赋值。

类型	存储大小	值范围	精度
char	1 字节	-128 到 127 或 0 到 255
unsigned char	1字节	0 到 255
signed char	1字节	-128 到 127
int	2 或 4 字节	-32,768 到 32,767 或 -2,147,483,648 到 2,147,483,647
unsigned int	2 或 4 字节	0 到 65,535 或 0 到 4,294,967,295
short	2 字节	-32,768 到 32,767
unsigned short	2 字节	0 到 65,535
long	4 字节	-2,147,483,648 到 2,147,483,647
unsigned long	4 字节	0 到 4,294,967,295
float	4 字节	1.2E-38 到 3.4E+38	6 位有效位
double	8 字节	2.3E-308 到 1.7E+308	15 位有效位
long double	16 字节	3.4E-4932 到 1.1E+4932	19 位有效位

示例：

int ledPin = 13; // 声明一个名为'ledPin'的整数变量，并设置其值为13
float sensorValue = 0.0; // 声明一个名为'sensorValue'的浮点数变量，初始值为0.0
bool isButtonPressed = false; // 声明一个名为'isButtonPressed'的布尔变量，初始值为false
char receivedChar = 'A'; // 声明一个名为'receivedChar'的字符变量，并设置其值为'A'

经常有人在使用char类型时没有注意值范围，导致了死循环。如下代码：

char number = 0;
for(number = 0; number < 1000; number++ )
{
...
}

以上代码要number自加到1000才会结束for循环，而char的范围是0-255，会导致无法结束循环。

2.3 函数

  函数是一段封装了特定功能的可复用代码块，在程序中可以被调用执行。Arduino编程语言提供了很多的内置函数，可以满足常见的硬件操作和数据处理需求。关于常用的内置函数，我们将在后面各个章节进行讲解。Arduino也支持自定义函数，函数包括返回类型、函数名和参数列表。 下面以实现一个简单的数字计数器为例，来展示Arduino中函数调用的用法。

首先，我们设定一个全局变量counter来表示计数器当前的值：

int counter = 0;

然后，我们定义两个函数inc()和subtract()，分别用来实现计数器加1和相减：

//函数定义：无返回值和参数
void inc()
{
    counter=counter+1;
}

// 函数定义：带返回值和传入参数
int subtract(int a, int b)
{
    int sum = a - b;
    return sum;
}

注意，这里的函数 inc() 没有任何返回值，也没有参数，因为它直接操作了全局变量counter。现在我们已经定义好了两个函数，接下来就可以在程序的其他地方调用它们来实现计数器的加减。

例如，在setup()函数中，我们可以通过调用inc()函数来将计数器初始化为1：

//只执行一次
void setup()
{
    //串行端口初始化
    Serial.begin(115200);
    // counter值加1，因为只执行一次，所以计数器初始化为1
    inc();
}

在loop()函数中，我们可以通过检测按钮的状态来调用inc()或dec()函数来实现计数器的加减：

//循环显示
void loop()
{
      // 检测按钮是否被按下
      if(digitalRead(BUTTON_PIN) == HIGH)
      {
          inc(); // 按钮按下，计数器加1
      }
      else
      {
          subtract(counter，1); // 按钮没有按下，计数器减1
      }

      // 在串行端口显示计数器的值
      Serial.println(counter);
      // 延时100毫秒
      delay(100);
}

  这个例子中，我们通过调用inc()和subtract()函数来实现计数器的加减，并使用Serial.println()函数将计数器的值输出到串行端口上。

2.4 控制结构

Arduino 支持标准的 C/C++ 各种控制结构，如 if、else、switch、for、while 和 do-while。这些结构用于条件判断和循环。

1. 条件语句（if-else语句）：该结构根据给定条件来执行不同的代码分支。

if (条件) {
// 代码块1
} else {
// 代码块2
}

当条件成立时，执行代码块1；当条件不成立时，执行代码块2；例如：

int value = 0;

if( value == 0 )
{
    value = 10;
}
else
{
    value = 20;
}

当执行以上代码时，value的值为10。

2. 循环语句（for循环、while循环、do-while循环）：这些结构会重复执行一段代码，直到满足特定条件。

 for (初始化; 循环条件; 更新表达式) {
 // 代码块
 }

while (条件) {
// 代码块
}

do {
// 代码块
} while (条件);

例如：

int value = 0;
//----------------------------------
for (value = 2; value > 0; value--)
{
//将执行两次
}
//----------------------------------
while (value < 5)
{
    value++;//将执行5次
}
//----------------------------------
do
{
    value--;//将执行5次
} while (value > 0);

3. 开关语句（switch-case语句）：用于根据不同的情况执行不同的代码块。

   switch (变量) {
      case 值1:
      // 代码块1
      break;
      case 值2:
      // 代码块2
      break;
      // ...
      default:
      // 默认代码块
      break;
   }

2.5 库

  Arduino 中有许多现成的函数库，用于实现特定功能或与特定硬件交互。库可以通过 #include 指令包含在程序中，然后就可以使用库中的功能了。

  Arduino是一种开源电子平台，它提供了一个简单易用的软硬件环境，用于制作各种互动项目和原型。Arduino库是为了帮助开发者更方便地编写代码而提供的软件组件集合。这些库提供了各种功能和功能模块，用户可以直接在Arduino项目中使用它们，而无需从头开始编写底层代码。 以下是一些常用的Arduino库：

序号	名称	作用
1	Wire库	用于I2C（双线串行总线）通信
2	SPI库	用于SPI（串行外设接口）通信
3	Serial库	用于串行通信（例如与计算机或其他设备进行通信）
4	WiFi库	用于使用WiFi连接到网络
5	Servo库	用于控制舵机
6	SD库	用于读写SD卡存储器
7	Stepper库	用于控制步进电机
8	DHT库	用于与DHT系列温湿度传感器进行通信

  这些只是一小部分Arduino库的例子。除了官方库之外，还有许多由Arduino社区开发的第三方库可供使用。在使用Arduino库时，通常需要在代码的顶部包含库的头文件，通过 #include 指令包含在程序中，然后就可以使用库中的功能了。

2.6 简单应用验证

以下是一个简单的 Arduino 程序示例，它在输出引脚GPIO13上循环闪烁一个 LED：

//定义一个常量，int类型的名称为ledPin，赋初值为13
const int ledPin = 13;

//只执行一次
void setup() {
    //调用函数pinMode， 设置 ledPin 引脚为OUTPUT（输出模式）
    pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
//持续循环
void loop() {
    //调用内置函数digitalWrite，设置 ledPin 引脚输出HIGH（高电平）
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    //调用内置函数delay，延时100毫秒
    delay(1000);
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    delay(1000);
}