程序结构
一个Arduino程序分为两部分: void setup() 在这个函数里防止初始化Arduino的程序,使主循环程序在开始之前设置好相关参数。 void loop() 这是Arduino的主函数。这套程序会一直重复执行,直到电源被断开。
特殊标点及符号 Arduino语言运用了一些符号来描绘程序代码,例如,注释和程序部分。
;(分号) Arduino每条指令(代码行)都以分号结束。这样的语法可以让你自由安排车刚需代码,甚至可以将两条指令放在同一行,只要你用一个分号把它们隔开就行了(然而,这样做会让你的程序代码更难以阅读)。 例如: delay(100);
{}(大括号) 用来注释程序代码的分区。例如,当你为loop()函数编写代码时,必须咱编码的前后用大括号括起来。 例如: void loop(){ serial.println("TSRobot"); }
注释 这是Arduino程序编译中忽略的一部分,但是它有助于提醒你自己或别人这小段程序代码的功能。 在Arduino里有两种形式的注释。 //单行注释:这行会被忽略掉 /*多行注释: 你可以 在这里 写出 一整首诗 */
常量 Arduino语言有一些特殊意义的关键字。
例如:
HIGH和LOW用来表示你打开或关闭(高电平或者低电平);
Arduino的一个引脚(pin),INPUT和OUTPUT用来设定某个特定引脚是输入接口还是输出接口;
INPUT_PULLUP用来设定某个引脚为输入,并且被拉高; True和False,像它们的字面意思一样;表示一个条件或一个运算是真还是假。
变量 变量保存在Arduino内存中,它可以用来保存数据,你可以应用这个变量的数据来计算或者将这个数据应用到程序中。正如字面意思,变量在程序中是可以随便更改的。 因为Arduino是一个非常简单的微处理器,所以当你声明一个变量时,还必须指定它的类型。这意味着告诉处理器为你所要存储的数据留出多大的空间。
下面是一些常见的数据类型: Boolean(布尔) 只能是真或者假两种值。
char(字符) 保存一个字符,如"A"。和任何计算机一样,Arduino将字符存储为一个数字,虽然你拷打的是文字。当字符用数字里存储时,数值范围是-128到127。 注意:在计算机系统里主要有两组有效字符:ASCII和UNICODE。ASCII有127个可用字符,主要用于串行终端之间文本的传输,相应的计算机系统的例子如大型机、小型机之间传送文本。UNICODE在现代计算机操作系统中有大量的实用字符,可以代表多种语言。在传输短字节语言方面,ASCII仍很实用,如只用拉丁文(意大利语、英语)、阿拉伯数字、常见的打印机符号、标点符号等情况。
byte(字节) 存储0-255的数字。像char一样,byte只能用一个字节(8位)的存储空间。
int(整型) 用2个字节表示一个内存空间,从-32768到32767之间的整数,这是用于Arduino的最普遍的数据类型之一。
unsigned int(无符号整型) 像int一样,也用2个字节的空间,但是无符号的前缀意味着它不能存储负数,它的范围是0-65535。
long(长整型) 它是int的两倍大小。能够存储-2147483648到2417483647之间的数字。
unsigned long(无符号长整型) 无符号长整型的范围是0到4294967295
float(浮点型) 它的存储空间很大,能够存储浮点值,你能用它存储带小数的数字,每个浮点型会用掉四个字节,所以要谨慎使用。
double(双精度浮点型) 双精度浮点数最大值为1.797 693 134 862 315 7乘以10的308次方。哇,非常大!
string(字符串) 用一组ASCII字符来存储文本信息(你可以用字符串通过串口发送一条信息、或者在LCD显示屏上展示)。字符串的每一个字符会占用一个字节的存储空间,加上一个零字符。表示字符串的结束。 用两种表达方: char string1[] = "Arduino"; //7个字符 + 1个零字符 char string2[] = "Arduino"; //同上
array(数组) 数组就是通过索引存取的变量列表,它们用来建立数值的表格。例如,如果你想存储不同亮度的LED值,你固然可以创立6个变量,分别为light01、light02等,但更好的方法是用一个像int light[6] = {0,20,50,75,100,150};这样的数组。 array这个词实际上不用在变量声明:数组用符号[]和{}来表示即可。
控制指令 Arduino利用了一些关键字控制了程序的执行流程。
If…else If后面的括号里必须要有一个表示判断的表达式。如果表达式为真,则继续执行下面的语句;如果是假,则下面的代码将被跳过,执行else下的指令代码。你也可以只用if而不搭配else。 例如: If(val == 1){ digtalWrite(LED,HIGH); }
for 用来指明一段代码重复的次数。 例如: for(int I = 0; i< 10; i++){ Serial.print(“TSRobot”); }
switch case 如果说if就像程序的岔路口,那么switch case就像一个多选择环形路口。switch case根据变量的数值让程序有了更多的选择,比起一长串的if函数,switch case可以让程序看上去更为简洁。 例如: switch (sensorValue){ case 23: digitalWrite(13,HIGH); break; case 46: digitalWrite(12,HIGH); break; default: //以上条件都不满足时执行预设指令 digitalWrite(13,LOW); digitalWrite(12,LOW); }
While 当whileh后的条件成立时,执行大括号内的程序代码。 例如: // 当sensor值小于512时,让LED闪烁 sensorValue = analogRead(1); while(sensorValue < 512){ digitalWrite(13,HIGH); delay(100); digitalWrite(13,LOW); delay(100); sensorValue = aalogRead(1); }
do…while 与while相似,但不同之处在于:while函数是先判断while后的表达式;而do…while是先执行do后的程度段,再对while后的表达式进行判断。因此do…while的主程序段至少会被执行一次。 例如: do { digtialWrite(13,HIGH); delay(100); digtialWrite(13,LOW); delay(100); sensorVaule = analogRead(1); } while(sensorVaule < 512);
break 这个语句可以让程序跳出一个循环,然后继续执行循环之后的程序代码段。也用于分隔switch case语句的不同部分。 例如: // 当sensor值小于512时,让LED闪烁。 do { // 当按键按下时跳出循环 If(digitalRead(7) == HIGH) Break; digtialWrite(13,HIGH); delay(100); digtialWrite(13,LOW); delay(100); sensorVaule = analogRead(1); } while(sensorVaule < 512);
continue 在循环程序中使用,能让你跳过程序里的某些部分,然后再次判断表达式。 例如: for( light = 0; light <255; light++){ // 忽略介于140至200之间的数值 If((x > 140) && (x < 200)) continue; analogWrite(PWMpin, light); delay(10); }
return 用return在一个函数的结尾返回一个数值。例如,现在有一个函数叫做computeTemperature(),你想要传回储存在目前变量中的温度值,你可以这样写程序: int computeTemperature(){ int temperature = 0; temperature = (analogRead(0) + 45) / 100; return temperature; }
运算符 你可以通过特殊语法让Arduino去做一些复杂的运算。+和-就是我们在学校学习的加减法,乘法用*表示,除法用/表示。 例如: a = 2 + 2; light = ((12 * sensorValue) – 5 ) / 2; remainder = 3 % 2; // 返回1,因为3除以2余1
比较运算符 当你在运用if,while,for,函数时,可以用到下列比较运算符: ==等于 !=不等于 <小于 >大于 <=小于等于 >=大于等于
布尔运算符 当你要结合多个判断条件时,可以用到布尔运算符。 例如,你要检测一个传感器的返回值是否是5至10之间的数,你可以这样写程序: if((sensor >= 5) && (sensor <= 10)) 布尔运算符有三种:&&逻辑与、||逻辑或、!逻辑非
复合运算符 这些运算符常用唉类似于“递增”这些常见的函数中,让程序代码看上去更整洁。 例如,让变量自身加1可以写成: value = value + 1; 但也可以使用复合运算符把上面的式子简化成: value++;
递增和递减(++和 --) 当对一个数值进行递增或递减时,要注意一点,那就是i++和++i之间的不同。i++是将i的值加1使i的值等于i+1;而当使用++i时,i在第一次执行程序时是i,直到第二次执行程序时才会被加1。这个原理同样适用于--。 +=,-=,*=及/= 这些运算符可以使程序运算式更加精简,下面是两个等价式: a = a + 5; a += 5;
输入输出函数 Arduino有一些处理输入输出功能的函数,在书中的一些例程里我们已经用到了一些。
pinMode(pin, mode) 将一个引脚配置成输入或者输出。 例如: pinMode(7, INPUT); // 将引脚7定义为输入接口
digitalWrite(pin, value) 打开一个数值引脚并将其赋值高电平或者低电平,此引脚必须是前面定义过的输入或者输出模式,否则digitalWrite不生效。 例如: digitalWrite(8, HIGH); // 给8号引脚高电平
int digitalRead(pin) 读取一个输入状态的引脚值。当引脚处于高电平状态时返回HIGH,否则返回LOW。 例如: val = digitalRead(7); // 读取7号引脚的值并赋值给val
int analogRead(pin) 读取模拟输入引脚的值,并将其表示为0至1023之间的数值,对应0至5V的电压。 例如: val = analogRead(0); // 读取模拟接口0的值,并赋值给val
analogWrite(pin, value) 改变该引脚的PWM输出数值,引脚(pin)可以是3、5、6、9、10、11。PWM值的改变范围是0至255,对应的电压输出值是0至5V。 例如: analogWrite(9, 128); // 将9号引脚的LED点亮至50%亮度
shiftOut(dataPin, clockPin, bitOrder, value) 发送数据到移位寄存器,用来扩大数字输出范围,此函数使用时有一个引脚作为数据输出,另一个引脚用来表示时钟,bitOrder用来表示字节的格式(LSBFIRST是最低有效位,MSBFIRST是最高有效位),value则要输出字节的值。 例如: shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, 255);
unsigned long pulseIn(pin, value) 读取一个引脚的脉冲持续时间,例如使用红外传感器或者加速度计时。它们都是利用单位时间不同的脉冲来获得状态值的传感器。 例如: time = pulseIn(7,HIGH); // 读取7号引脚持续为高电平的时间
时间函数 计算与控制芯片执行程序的时间。 unsigned long millis() 检测程序执行开始到当前的时间。 例如: duration = millis()-lastTime; //表示从lastTime到当前的时间
delay(ms) 延迟一定毫秒的时间。 例如: delay(500); // 延迟500ms
delayMicroseconds(us) 延迟一定微秒的时间。 例如: delayMicroseconds(1000); //延时1000us
数学函数 Arduino也有很多自带的数学函数,包括三角函数等。 min(x, y) x和y中返回最小值。 例如: val = min(10, 20); // val 的值为10
max(x, y) x和y中返回最大值。 例如: val = max(10, 20); // val 的值为20
abs(x) 传回x的绝对值,正数的绝对值是其本身,负数的绝对值是其相反的数。例如: val = abs(-5); // val 的值是5
constrain(x, a, b) 判断x与a和b的关系,若x小于a,则传回a;若x介于a与b之间,则传回x本身;若大于b,则传回b。 例如: val = constrain(analogRead(0), 0, 255); // 忽略大于255的数
map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh) 将value的值按照fromLow与fromHigh的范围,对等转换至toLow与toHigh的范围。通常应用于读取相似信号,并将其转换到程序中所需的范围。 例如: val = map(analogRead(0), 0,1023, 100, 200); //将模拟接口0读取的0~1023的值转换成0~100的值
double pow(base, exponent) 传回一个数(base)的指数(exponent)的值 例如: double x = pow(y, 32); //使x是y的32次方
double sqrt(x) 去x的平方根。 例如: double a = sqrt(1138); // 1138的平方根是33.73425674438
double sin(rad) 传回某个角度(用弧度单位)的正弦值。 例如: double sine = sin(2); // 2弧度的正弦值近似为0.90929737091
double cos(rad) 传回某个角度(用弧度单位)的余弦值。 例如: double cosine = cos(2); // 2弧度的余弦值近似为 -0.41614685058
double tan(rad) 传回某个角度(用弧度单位)的正切值。 例如: double tangent = tan(2); // 2弧度的正切值近似为 -2.18503975868
随机数函数 如果你需要随机数,你可以利用Arduino的随机数函数来产生随机数。 randomSeed(seed) 复位Arduino的随机数发生器,会产生一系列的随机数,虽然这些数字貌似是随机产生,但是它们的顺序其实还是可以被预测的。所以如果我们需要真正的一组随机数,我们就要重新设定随机数的种子。若我们没有连接一个模拟值引脚,它可以从周围环境(无线电波、宇宙射线、手机或者荧光灯的电磁干扰等)获得随机噪声。 例如: randomSeed(analogRead(5)); // 利用5号引脚的噪声
long random(max) long random(min, max) 传回指定区间的长整型随机数。如果没有规定最小值,则默认最小值为0。 例如: long randnum = random(o, 100); //传回一个介于0~100之间的数 long randnum = random(11); //传回一个介于0~10之间的数
串行通信 前面实验课我们介绍过,可以通过USB与Arduino进行串口通信。下面我们介绍一些相关串口通信的函数。 Serial.begin(speed) 为与Arduino串口通信做准备,我们可以通过Arduino的上位机软件检测返回值,这里设置通信的波特率,我们通常使用9600,我们也可以使用其他的通信波特率,但最大值是115200. 例如: Serial.begin(9600);
Serial.print(data) Serial.print(data, encoding) 将数据通过串口传回,encoding指明数据传回类型,默认为纯文本格式。 例如: Serial.print(75); //显示75 Serial.print(75, DEC); //同上 Serial.print(75, HEX); //“4B”(75的十六进制表达) Serial.print(75,OCT); //“113”(75的八进制表达) Serial.print(75, BIN); //“1001011”(75的二进制表达) Serial.print(75, BYTE); //“K”(K的ASCII码值是75)
Serial.println(data) Serial.println(data, encoding) 与Serial.print(data)相同,只是在传回数据的末尾多加一个换行符(\r\n)。换行符的意义就等于你在输入一些文字后敲入的回车键。 例如: Serial.println(75); //显示“75\r\n” Serial.println(75, DEC); //同上 Serial.println(75, HEX); //“4B\r\n” Serial.println(75,OCT); //“113\r\n” Serial.println(75, BIN); //“1001011\r\n” Serial.println(75, BYTE); //“K\r\n”
int Serial.available() 传回一个数值,告诉上位机有多少字节没有被read()函数读取,若Serial.available()返回值是0,则代表串行数据都已被read()读取。 例如: int count = Serial.available();
int Serial.read() 读取一个字节的串行数据 例如: int data = Serial.read();
Serial.flush() 因为数据传输的速度要大于Arduino程序处理速度,所以Arduino会将数据先存放在缓存区中。如果有需要,我们可以利用Serial.flush()函数来清空缓存区,以确保缓存区的数据是最新的。 例如: Serial.flush();
语法的学习很重要,它是我们与Arduino主板交流互动的桥梁,当然你也不用一口气全学会,可以先学习基础的,以后的实验中再累积! |