1.4 Arduino編程語言

Arduino編程語言是建立在C/C++語言基礎上的，即以C/C++為語言基礎，把AVR單片機（微控制器）相關的一些寄存器參數設置等進行函數化，以利于開發者更加快速地使用，其主要使用的函數包括：數字I/O引腳操作函數、模擬I/O引腳操作函數、高級I/O引腳操作函數、時間函數、中斷函數、通信函數和數學函數等。

1.4.1 Arduino編程基礎

關鍵字：if，if...else，for，switch，case，while，do...while，break，continue，return，goto。

語法符號：每條語句以分號“；”結尾，每段程序以花括號“{}”括起來。

數據類型：boolean，char，int，unsigned int，long，unsigned long，float，double，string，array，void。

常量：HIGH或者LOW，表示數字I/O引腳的電平，HIGH表示高電平（1），LOW表示低電平（0）。INPUT或者OUTPUT，表示數字I/O引腳的方向，INPUT表示輸入（高阻態），OUTPUT表示輸出（AVR能提供5V電壓40mA電流）。TRUE或者FALSE，TRUE表示真（1），FALSE表示假（0）。

程序結構：主要包括兩部分，void setup（）和void loop（）。其中，void setup（）是聲明變量及引腳名稱（如：int val；int ledPin＝13；），在程序開始時使用，初始化變量和引腳模式，調用庫函數如pinMode（ledPin，OUTPUT）。而void loop（）用在setup（）函數之后，不斷地循環執行，是Arduino的主體。

1.4.2 數字I/O引腳的操作函數

1．pinMode（pin，mode）

pinMode函數用于配置引腳以及設置輸出或輸入模式，是一個無返回值函數。該函數有兩個參數，pin和mode。pin參數表示要配置的引腳，mode參數表示設置該引腳的模式為INPUT（輸入）或OUTPUT（輸出）。

INPUT參數用于讀取信號，OUTPUT用于輸出控制信號。Pin的范圍是數字引腳0~13，也可以把模擬引腳（A0~A5）作為數字引腳使用，此時引腳14對應模擬引腳0，引腳19對應模擬引腳5。該函數一般會放在setup（）里，先設置再使用。

2．digitalWrite（pin，value）

該函數的作用是設置引腳的輸出電壓為高電平或低電平，也是一個無返回值的函數。

pin參數表示所要設置的引腳，value參數表示輸出的電壓HIGH（高電平）或LOW（低電平）。

3．digitalRead（pin）

該函數在引腳設置為輸入的情況下，可以獲取引腳的電壓情況HIGH（高電平）或者LOW（低電平）。

數字I/O引腳操作函數使用例程如下：

1.4.3 模擬I/O引腳的操作函數

1．analogReference（type）

該函數用于配置模擬引腳的參考電壓。它有三種類型，DEFAULT是默認值，參考電壓是5V；INTERNAL是低電壓模式，使用片內基準電壓源2.56V；EXTERNAL是擴展模式，通過AREF引腳獲取參考電壓。

2．analogRead（pin）

用于讀取引腳的模擬量電壓值，每讀取一次需要花100μs的時間。參數pin表示所要獲取模擬量電壓值的引腳，返回為int型。它的精度為10位，返回值為0~1023。

3．analogWrite（pin，value）

該函數是通過PWM（Pulse-Width Modulation，脈沖寬度調制）的方式在引腳上輸出一個模擬量，圖1-23所示為PWM輸出的一般形式，也就是在一個脈沖的周期內高電平所占的比例。它主要用于LED亮度控制，直流電機轉速控制等方面。

Arduino中的PWM的頻率大約為490Hz，Arduino UNO開發板支持以下數字引腳（不是模擬輸入引腳）作為PWM模擬輸出：3、5、6、9、10、11。開發板上帶PWM輸出的都有“~”號。

模擬I/O引腳的操作函數使用例程如下：

1.4.4 高級I/O引腳的操作函數

Pulseln（pin，state，timeout）函數用于讀取引腳脈沖的時間長度，脈沖可以是HIGH或者LOW。如果是HIGH，該函數將先等引腳變為高電平，然后開始計時，一直等到變為低電平停止計時。返回脈沖持續的時間，單位為ms，如果超時沒有讀到時間，則返回0。

例程說明：做一個按鈕脈沖計時器，測量按鈕的持續時間，看誰的反應最快，即誰按按鈕時間最短，按鈕接在引腳3，程序如下：

1.4.5 時間函數

1．delay（）

該函數是延時函數，參數是延時的時長，單位是ms。延時函數的典型例程是跑馬燈的應用，使用Arduino開發板控制四個LED依次點亮，程序如下：

2．delayMicroseconds（）

delayMicroseconds（）也是延時函數，單位是μs，1ms＝1000μs，該函數可以產生更短的延時。

3．millis（）

millis（）為計時函數，應用該函數可以獲取單片機通電到現在運行的時間長度，單位是ms。系統最長的記錄時間為9h22min，超出則從0開始。返回值是unsigned long型。

該函數適合作為定時器使用，不影響單片機的其他工作（而使用delay函數期間無法進行其他工作）。計時時間函數使用示例，延時10s后自動點亮LED，程序如下：

4．micros（）

micros（）也是計時函數，該函數返回開機到現在運行的時間長度，單位為μs。返回值是unsigned long型，70min溢出。程序如下：

1.4.6 中斷函數

什么是中斷？在日常生活中，中斷非常常見，如圖1-24所示。

你在看書，電話鈴響，于是在書上做個記號，去接電話，與對方通話；門鈴響了，有人敲門，你讓打電話的對方稍等一下，去開門，并在門旁與來訪者交談，談話結束，關好門；回到電話機旁，繼續通話，接完電話后再回來從做記號的地方接著看書。

同樣的道理，在單片機中也存在中斷概念，如圖1-25所示。在計算機或者單片機中中斷是由于某個隨機事件的發生，計算機暫停主程序的運行，轉去執行另一程序（隨機事件），處理完畢后又自動返回主程序繼續運行的過程。也就是說高優先級的任務中斷了低優先級的任務。在計算機中中斷包括如下幾部分：

中斷源——引起中斷的原因，或能發生中斷申請的來源。

主程序——計算機現行運行的程序。

中斷服務子程序——處理突發事件的程序。

1．attachInterrupt（interrput，function，mode）

該函數用于設置中斷，有3個參數，分別表示中斷源、中斷處理函數和觸發模式。中斷源可選0或者1，對應數字引腳2或者3號；中斷處理函數是一段子程序，當中斷發生時執行該子程序部分；觸發模式有4種類型，LOW（低電平觸發）、CHANGE（變化時觸發）、RISING（低電平變為高電平觸發）、FALLING（高電平變為低電平觸發）。例程功能如下：

引腳2接按鈕開關，引腳4接LED1（紅色），引腳5接LED2（綠色）。在例程中，LED3為板載的LED，每秒閃爍一次。使用中斷0控制LED1，中斷1控制LED2。按下按鈕，馬上響應中斷，由于中斷響應速度快，LED3不受影響，繼續閃爍。使用不同的4個參數，例程1試驗LOW和CHANGE參數，例程2試驗RISING和FALLING參數。

例程1：

例程2：

2．detachInterrupt（interrput）

該函數用于取消中斷，參數interrupt表示所要取消的中斷源。

1.4.7 串口通信函數

串行通信接口（Serial Interface）使數據一位一位地順序傳送，其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現雙向通信的接口，如圖1-26所示。

串行通信接口出現在1980年前后，數據傳輸率是115~230kb/s。串行通信接口出現的初期是為了實現計算機外設的通信，初期串口一般用來連接鼠標和外置Modem/老式攝像頭和寫字板等設備。

由于串行通信接口（COM）不支持熱插拔及傳輸速率較低，因此目前部分新主板和大部分便攜計算機已開始取消該接口，串口多用于工控和測量設備以及部分通信設備中。包括各種傳感器采集裝置、GPS信號采集裝置、多個單片機通信系統、門禁刷卡系統的數據傳輸、機械手控制和操縱面板控制直流電機等，特別是廣泛應用于低速數據傳輸的工程應用，主要函數如下：

1．Serial.begin（）

該函數用于設置串口的波特率，即數據的傳輸速率，每秒鐘傳輸的符號個數。一般的波特率有9600、19200、57600、115200等。

例如：Serial.begin（57600）；

2．Serial.available（）

該函數用來判斷串口是否收到數據，函數的返回值為int型，不帶參數。

3．Serial.read（）；

該函數不帶參數，只將串口數據讀入。返回值為串口數據，int型。

4．Serial.print（）

該函數向串口發數據。可以發送變量，也可以發送字符串。

例1：Serial.print（“today is good”）；

例2：Serial.print（x，DEC）；以10進制發送變量x

例3：Serial.print（x，HEX）；以16進制發送變量x

5．Serial.println（）

該函數與Serial.print（）類似，只是多了換行功能。

串口通信函數使用例程：

1.4.8 Arduino的庫函數

與C語言和C++一樣，Arduino平臺也有相關的庫函數，提供給開發者使用，這些庫函數的使用，與C語言的頭文件使用類似，需要#include語句，將函數庫加入Arduino的IDE編輯環境中，如#include“Arduino.h”語句。

在Arduino開發中主要庫函數的類別如下：數學庫主要包括數學計算；EEPROM庫函數用于向EEPROM中讀寫數據；Ethernet庫函數用于以太網的通信；LiquidCrystal庫函數用于液晶屏幕的顯示操作；Firmata庫函數實現Arduino與PC串口之間的編程協議；SD庫函數用于讀寫SD卡；Servo庫函數用于舵機的控制；Stepper庫函數用于步進電機控制；WiFi庫函數用于WiFi的控制和使用等。諸如此類的庫函數非常多，還包括一些Arduino愛好者自己開發的庫函數。例如下列數學庫中的函數：

例如：

數學庫函數random（small，big），返回值為long。

     long x;
     x=random(0,100);可以生成從0~100的整數