怎樣用Arduino編程

您是否擁有產(chǎn)品或項(xiàng)目請注意，您可能會發(fā)現(xiàn)自己需要使用PC以外的硬件或本地硬件商店中可以找到的某些組件。適合初學(xué)者的一件硬件，Arduino，可能只是你的胡同。但是您可以從這樣的設(shè)備中得到什么，它是否適合您的需求？

一個獨(dú)特的硬件控制器

PC，平板電腦和手機(jī)是大多數(shù)人都可以訪問的常用平臺。正因?yàn)槿绱?，許多個人和公司已經(jīng)利用了對軟件的需求并生產(chǎn)了應(yīng)用程序，該行業(yè)每年的收入超過770億美元。但是這些設(shè)備面臨的一個主要問題是它們有限的I/O能力，控制像繼電器這樣簡單的事情可能是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。這是需要不同計(jì)算設(shè)備的地方，對于大多數(shù)新手來說，我想到了兩個主要設(shè)備：Raspberry Pi和Arduino。 Raspberry Pi是一款非常強(qiáng)大的單板計(jì)算機(jī)，具有多個IO連接，包括允許連接電路的通用I/O（GPIO）連接器。但Raspberry Pi也有一些缺點(diǎn)。首先，它需要大量的電力才能運(yùn)行（2A @ 5V），其次，它不是最簡單的工作和程序。這就是Arduino的用武之地！

與Raspberry Pi不同，Arduino是一個小得多的計(jì)算設(shè)備，強(qiáng)調(diào)硬件而不是軟件。因此，雖然Raspberry Pi有4個64位內(nèi)核和1GB內(nèi)存，但Arduino有一個運(yùn)行在16MHz的單核，2KB的RAM和32KB的存儲。但與Pi不同，Arduino有許多IO引腳，可以比Raspberry Pi做更多的工作，包括模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換和PWM（脈沖寬度調(diào)制）。 Arduino也專注于用戶的程序，并且是唯一運(yùn)行的，與Pi不同，它需要操作系統(tǒng)來運(yùn)行用戶程序（這意味著在程序運(yùn)行時，許多其他進(jìn)程也是如此）。

Arduino是如何編程的？

Arduino是圍繞微控制器系列構(gòu)建的使用Atmega328P將Arduino Uno板稱為ATMega。這些微控制器與市場上數(shù)百萬的微控制器非常相似，包括微控制器生產(chǎn)的PIC器件。這些設(shè)備的問題在于它們通常需要專用的編程器設(shè)備來將用戶程序放入其閃存（例如PICKIT 3）中。這使得它們使用起來很復(fù)雜，特別是那些沒有微控制器經(jīng)驗(yàn)的人。但這就是Arduino的不同之處！ Arduino的設(shè)計(jì)人員意識到專用編程器存在問題，因此他們在Arduino中設(shè)計(jì)了一個引導(dǎo)加載程序，允許USB端口加載用戶程序。因此，當(dāng)您將Arduino連接到USB端口時，它將被識別為通用串行端口，并且連接的PC甚至可能將其識別為Arduino。

將Arduino連接到USB端口，我們距離我們的第一個項(xiàng)目更近了一步。但是我們使用什么語言以及我們需要下載什么應(yīng)用來制作Arduino程序？嗯，Arduino的設(shè)計(jì)人員不僅可以輕松地將Arduino連接到PC，而且他們還決定制作一個免費(fèi)的IDE（集成開發(fā)環(huán)境），它可以讓你在安裝后不到五分鐘的時間內(nèi)閃爍LED。可以通過以下鏈接從Arduino網(wǎng)站下載IDE：

Arduino IDE下載頁面

下載后，安裝IDE。完成后，通過啟動Arduino程序運(yùn)行IDE。在Windows 10中，您可以打開開始菜單并鍵入“Arduino”（這應(yīng)該會啟動IDE）。

如果沒有，請查看桌面上的Arduino圖標(biāo)。

如果一切都去了計(jì)劃，你應(yīng)該看到Arduino IDE加載一個空白程序，如下所示。

您的第一個程序

Arduino IDE用于制作Arduino程序的語言是C ++，它是一種面向?qū)ο蟮恼Z言。 C ++本身不會深入討論或教授，因?yàn)楸?a href="http://wenjunhu.com/v/" target="_blank">教程的目的是演示使用Arduino是多么容易。

在你的空白項(xiàng)目中，你應(yīng)該看到兩個不同的功能：setup（）和環(huán)（）。當(dāng)Arduino首次打開并開始運(yùn)行時，它將執(zhí)行setup中的代碼。此功能用于配置硬件和變量，以便您的程序以已知狀態(tài)運(yùn)行，并且所有需要的硬件都已正確配置供您使用（例如打開ADC端口）。在setup（）之后執(zhí)行的下一個main函數(shù)是loop（），它無限運(yùn)行并用于運(yùn)行程序（在執(zhí)行循環(huán)中找到的最后一條指令后，Arduino將跳轉(zhuǎn)到循環(huán)中找到的第一條指令）。在我們的項(xiàng)目中，我們將使用Arduino Uno，我們的目標(biāo)是制作板載LED閃光燈。

值得慶幸的是，IDE的設(shè)計(jì)者已經(jīng)包含了許多示例，我們將加載閃爍示例，這可以通過單擊文件》示例》 01.Basics》 Blink來完成。如果一切順利，你應(yīng)該看到以下代碼（你上面可能有一些灰色的注釋，但這沒關(guān)系）：

在我們繼續(xù)前進(jìn)之前，我們必須告訴我們的IDE是我們正在使用的Arduino板。在我的情況下，我有一個Arduino Uno，所以我需要通過工具》 Board》 Arduino Uno/Genuino Uno來選擇它。

現(xiàn)在我們打開了blink示例并選擇了正確的板，現(xiàn)在是時候使用這段代碼對Arduino進(jìn)行編程了。執(zhí)行此操作的第一項(xiàng)任務(wù)是編譯代碼，單擊驗(yàn)證圖標(biāo)（如下所示）：

編譯代碼后，您應(yīng)該會在底部控制臺窗口中看到以下消息：

最后一步是將程序加載到Arduino中。第一項(xiàng)任務(wù)是確保IDE知道要使用哪個串口，因此，為此，我們導(dǎo)航到工具》端口，然后選擇串口。值得慶幸的是，大多數(shù)現(xiàn)代設(shè)備沒有串行端口，因此應(yīng)該有兩種選擇之一：COM1和其他一些COM。 COM1通常不是可訪問的串行端口，并且由OS內(nèi)部使用，因此請選擇備用COM端口。例如，我的是COM8。被警告！計(jì)算機(jī)可能決定在將來更改COM端口，因此如果IDE在連接時找不到Arduino，請轉(zhuǎn)到端口列表并查找備用端口。例如，我的Arduino曾經(jīng)是COM7，但由于某種原因改為COM8。

現(xiàn)在可以通過點(diǎn)擊上傳按鈕對Arduino進(jìn)行編程！

結(jié)果？

IDE成功上傳后閃爍程序，您應(yīng)該看到板載LED亮一秒鐘，關(guān)閉一秒鐘，然后重復(fù)。但是我們的計(jì)劃如何運(yùn)作？ Arduino如何打開和關(guān)閉LED？

我們之前討論過，Arduino Uno的核心是Atmel Atmega328微控制器，它有許多金屬引腳連接到集成電路（我假設(shè)你在這里有一定程度的電路知識）。其中一些引腳用于供電，一些用于外部振蕩器，其余用于輸入和輸出（如開關(guān)，LED，數(shù)據(jù)端口等）。 Uno上的LED連接到引腳13，因此為了使用LED，我們必須將該引腳配置為輸出（可以控制外部設(shè)備的輸出）。

為此，我們使用一個名為pinMode（）的簡單函數(shù)。該函數(shù)有兩個參數(shù)：我們正在配置的引腳，以及引腳的類型，無論是輸出還是輸入。因此，在我們的代碼中，我們將LED引腳配置為輸出。您可能想知道為什么該功能使用LED_BUILTIN而不是13.這是因?yàn)椴煌腁rduino板可能使用不同的引腳用于內(nèi)置LED，因此Arduino IDE的設(shè)計(jì)者巧妙地創(chuàng)建了一個名為LED_BUILTIN的變量。當(dāng)您選擇電路板類型（Uno，Nano等）時，此變量將更改為內(nèi)置LED連接的正確引腳，因此您的閃爍項(xiàng)目仍然有效！

設(shè)置Arduino后，執(zhí)行主循環(huán)功能。我們遇到的第一條指令是digitalWrite（），它用于打開或關(guān)閉輸出（HIGH或LOW）。這個函數(shù)有兩個參數(shù)：我們寫的引腳和值。第一條指令通過將HIGH（1）寫入LED引腳來打開LED。

打開LED后執(zhí)行的下一條指令是延遲（1000）。此函數(shù)使Arduino延遲n毫秒，其中n是傳遞給延遲函數(shù)的參數(shù)。換句話說，延遲（1000）將等待1000ms，等于一秒。如果調(diào)用delay（1），Arduino將延遲1ms。

最后兩條指令類似于之前執(zhí)行的兩條指令，除了不打開LED，我們通過寫入LOW將其關(guān)閉LED引腳使用digitalWrite（）函數(shù)。一旦關(guān)閉，Arduino會在無限期重復(fù)整個循環(huán)之前執(zhí)行最后一秒鐘的延遲。

結(jié)論

雖然這個例子看似簡單，但它證明了編寫和編寫Arduino是多么容易。存在其他微控制器，例如PIC系列，但它們需要定制電路和專用編程器，而Arduino只需要USB端口和USB B電纜。當(dāng)然，在需要精確控制的某些情況下，Arduino是不實(shí)用的，例如高級傳感器，中斷控制，DMA和數(shù)字信號處理。因此，如果您的產(chǎn)品是簡單的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或機(jī)器人控制器，那么Arduino可能只適合您！