Arduino编码基础知识全解析

风筝

Arduino：一个开源社区

自从Arduino开源平台推出以来，该品牌已经成为众多开源社区的核心。Arduino生态系统包含各种型号的硬件和软件。 它以其自身的多功能性及简单界面迅速成为世界各地业余爱好者、设计师、艺术家等众多用户设计产品原型的首选工具。

Arduino开发板通过USB连接到计算机，并连接到Arduino开发环境（IDE）。用户在IDE中写入Arduino代码，然后将其上传到微控制器，执行代码、与输入和输出（例如传感器、电机和指示灯）进行交互。

初学者和专家都可以获得丰富的免费资源和材料来支持他们。用户可以查看关于如何设置其开发板的信息，甚至可以查看如何在Arduino上编写代码。 Arduino背后的开源使它对新用户和有经验的用户特别友好。网上有成千上万个Arduino代码示例。在这篇文章中，我们将带您了解Arduino编码的一些基本原理。

Arduino编码环境和基本工具

Arduino代码是用C ++语言编写的，增加了一些特殊的方法和函数，我们稍后会提到。 C ++是一种人类可读的编程语言。当你创建一个'草图（SKETCH）'（Arduino代码文件的名字）时，它将被处理并编译成机器语言。

Arduino IDE

Arduino集成开发环境（IDE）是用于编程Arduino的主要文本编辑程序。在将代码上传到想要编程的电路板之前，您可以在其中输入代码。 Arduino代码被称为草图。

注意：使用最新版本的Arduino IDE非常重要。可以在这里检查更新。

正如你所看到的，IDE具有简约的设计。菜单栏上只有5个子菜单，以及下面的一系列按钮可供您验证和上传草图。本质上，IDE将您的草图翻译并编译成Arduino可以理解的代码。一旦编译了Arduino代码，它就会上传到电路板的内存中。

所有用户必须做的才能开始编译他们的草图是按下一个按钮。

如果在Arduino代码中有任何错误，则警告消息将标记提示用户进行更改。由于Arduino严格的语法要求，大多数新用户经常遇到编译困难。如果您在使用Arduino时在标点符号上发生任何错误，代码将无法编译，您将遇到错误消息。

串行监视器和串行绘图仪

通过单击IDE右上方的放大镜图标或工具下方可打开Arduino串行监视器（Serial Monitor）。串行监视器主要用于使用计算机与Arduino板进行交互，并且是实时监视和调试的好工具。为了使用显示器，您需要使用Serial类。

您从circuito.io下载的代码有一个测试部分，可帮助您使用串行监视器测试每个组件，如以下屏幕截图所示：

Arduino串行绘图仪（Serial Plotter）是Arduino IDE的另一个组件，它允许您生成串行数据的实时图形。串行绘图仪使您更容易通过可视化显示来分析数据。您可以创建图表、负值图表和进行波形分析。

调试Arduino代码和硬件

与其他软件编程平台不同，Arduino没有板载调试器。用户可以使用第三方软件，也可以使用串行监视器来打印Arduino的活动进程以进行监视和调试。

通过使用Serial类，您可以打印到串行监视器，来调试变量的注释和值。对于大多数的Arduino型号，Serial类使用连接到USB端口的串行引脚0和1。

风筝

代码结构

库Libraries

与其他优秀的编程平台非常相似，在Arduino编程环境中，内置大量的库文件，以提供基本的功能。另外，它还可以导入其他库，以及扩展Arduino板卡的功能和特性。这些库大致分为与特定组件进行交互的库或实现新功能的库。

要导入新库，您需要转到"Sketch > Import Library”。

另外，在.ino文件的顶部，您需要使用'#include'来包含外部的库文件。您还可以创建自定义库以在单独的草图中使用。

引脚定义

要使用Arduino引脚，您需要定义使用哪个引脚及其功能。一种定义使用的引脚的便捷方式是使用：

1. '#define pinName pinNumber'。

复制代码

该功能可以是输入或输出，并且可以setup部分中使用pinMode()方法进行定义。

声明变量

无论何时使用Arduino，都需要声明全局变量和实例以供稍后使用。简而言之，变量允许您命名和存储将来使用的值。例如，您将存储从传感器获取的数据以便稍后使用。要声明变量，只需定义其类型、名称和初始值。

值得一提的是，声明全局变量不是绝对必要的。但是，建议您声明变量，以便更容易地使用您的值。

实例声明

在软件编程中，类是一个集合在一起的函数和变量。每个类都有一个称为构造函数的特殊函数，用于创建类的实例。为了使用这个类的功能，我们需要为它声明一个实例。

Setup()函数

每个Arduino草图都必须具有Setup()函数。这个函数定义了Arduino引导时的初始状态，并且只运行一次。

在这个部分，我们将定义以下内容：

1.    使用pinMode函数定义引脚功能

2.    引脚的初始状态

3.    初始化类

4.    初始化变量

5.    代码逻辑

loop()函数

loop()函数对每个Arduino草图都是必须的，并且在setup()运行完成后执行。这个是主要的函数，并且如其名称所示，它一遍又一遍地循环运行。loop函数描述了电路的主要逻辑。

例如：

注意：'void'意味着函数不返回任何值。

基本的Arduino代码逻辑

基本的Arduino代码逻辑是一个“if-then”结构，可以分为4个块：

●    设置 - 通常会写入Arduino代码的Setup部分，并执行只需要执行一次的操作，例如传感器校准。

●    输入 - 在loop函数的开始处，读取输入信号。 这些值将用作条件（“if”），例如使用analogRead()从LDR读取环境光强度。

●    操作数据 - 本节用于将数据转换为更方便的形式或执行计算。 例如，AnalogRead()输出0-1023的读数，其可以被映射到0-255的范围，以用于PWM（参见analogWrite()）。

●    输出 - 本节根据上一步计算的数据定义逻辑的最终结果（“then”）。 参看我们的LDR和PWM示例，只有当环境光照水平低于某个阈值时才打开LED。

风筝

Arduino代码库

库library结构

库是由一些包含C ++（.cpp）代码文件和C ++（.h）头文件的文件组成的文件夹。

●    .h文件描述了库的结构并声明了它的所有变量和函数。

●    .cpp文件包含函数实现。

导入库

您需要做的第一件事是从网上提供的许多库中找到您想要使用的库。下载到您的计算机后，您只需打开Arduino IDE，并单击 Sketch > Include Library > Manage Libraries。然后，您可以选择要导入IDE的库。一旦该过程完成后，该库就可以在草图菜单中可用。

在circuito.io提供的代码中，而不是像前面提到的那样添加外部库，我们以固件文件夹的形式提供。在这种情况下，当使用#include时，IDE知道如何找到它们。

从软件到硬件

关于Arduino的软件功能还有很多需要说的，但重要的是要记住，该平台包含软件和硬件。两者协同运行一个复杂的操作系统。

代码→编译→上传→运行

Arduino的核心是能够编译和运行代码的。

在IDE中编写代码之后，您需要将其上传到Arduino。点击Upload按钮（向右箭头图标），将编译代码并在编译通过时上传。上传完成后，程序将自动开始运行。

你也可以一步步来做到这一点：

1.  首先，编译代码。要做到这一点，只需点击检查图标（或点击菜单栏中的sketch > Verify / Compile）。

如上图所示，检查图标位于最左侧，菜单栏“File”标签的下方。

一旦你点击图标后，Arduino将开始编译。一旦完成，你会收到一个看起来像这样的完成消息：

正如你所看到的，页面底部的绿线告诉你，你已经完成了编译。如果您的代码无法运行，您将在同一部分得到通知，并且有问题的代码将突出显示以进行编辑。

一旦你编写了草图，就可以上传它了。

2.  选择Arduino当前连接的串口。点击菜单中的Tools > Serial port来指定您选择的串口（如上所示）。然后您可以上传编译过的草图。

3.  要上传草图，请点击勾号旁边的上传图标。或者，您可以转到菜单并单击 File> upload。一旦数据传输完毕，您的Arduino LED将闪烁。

完成后，您将收到一条完成消息，提示Arduino已完成上传。

设置您的IDE

为了将Arduino开发板连接到您的计算机上，您需要USB电缆。使用Arduino UNO开发板时，USB将程序中的数据直接传送到主板中。 USB电缆用于为您的arduino供电。您还可以通过外部电源运行Arduino。

在您上传代码之前，您需要配置一些设置。

●    选择使用的开发板 - 您需要指定使用的Arduino主板。通过单击Tools > Board > Your Board。

●    选择处理器 - 有某些电路板你需要指定使用的哪种处理器型号（例如Arduino pro-mini）。在tools > processor > 选择您的处理器型号。

●    选择端口 - 选择你的主板所连接的端口，进入tools > Port > COMX Arduino（这是Arduino的串行端口）。

如何安装非本地主板（例如NodeMCU）

一些电路板模型并未预先安装在Arduino IDE中，因此您需要先安装它们才能上传代码。

要安装非本地板（如NodeMCU），您需要：

1.   点击tools> Boards> Boards Manager；

2.   在搜索栏中搜索要添加的电路板，然后单击“install”。

一些开发板无法通过开发板管理器找到。在这种情况下，您需要手动添加它们。因此，您需要：

1.    点击Files > Preferences；

2.    在“Additional Boards Manager”字段中，粘贴板卡安装包的URL。例如，对于nodeMCU，请添加以下URL：http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

3.    点击OK；

4.    转到tools > Boards > Boards Manager；

5.   在搜索栏中搜索要添加的电路板，然后单击“install”。

一旦你完成了这一步，你会在tools下的板子列表中看到已安装的板子。

注意：对于不同的电路板，过程可能会有所不同。

Arduino：非常通用的平台

Arduino不仅仅是一个简单的微控制器。凭借其强大的IDE和大量的硬件配置，Arduino成为一个真正多元化的平台。其各种库和直观的设计使其成为新手和有经验的创客的最爱。有成千上万的社区资源可帮助您开始使用硬件和软件。