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Arduino 编程语言参考

钱魏Way · · 12 次浏览
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Arduino 特有函数

Arduino 的“特有函数”指的是那些在标准 C/C++ 编程中不常见，但由 Arduino 核心库 (Arduino Core) 提供，专门用于简化微控制器硬件操作的函数。它们让你可以用更直观的方式控制引脚、进行通信、管理时间等，而无需深入了解底层的寄存器操作。

Arduino 特有函数大致可以分为以下几类：

结构与生命周期函数

  • setup():
    • 作用: 这个函数在 Arduino 板上电或复位时只执行一次。
    • 用途: 通常用于初始化设置，例如配置引脚模式（输入/输出）、启动串口通信、初始化库等。
  • loop():
    • 作用: 这个函数在 setup() 执行完毕后无限循环执行。
    • 用途: 你的主要程序逻辑，如读取传感器数据、控制执行器、处理数据等，都放在这里。

数字 I/O (Input/Output)

用于控制数字引脚的输入和输出。

  • pinMode(pin, mode):
    • 作用: 设置指定引脚的模式。
    • 参数: pin (引脚编号), mode (模式，可以是 INPUT、OUTPUT 或 INPUT_PULLUP)。
    • 示例: pinMode(13, OUTPUT); (将引脚13设置为输出模式)
  • digitalWrite(pin, value):
    • 作用: 将数字引脚设置为高电平或低电平。
    • 参数: pin (引脚编号), value (值，可以是 HIGH 或 LOW)。
    • 示例: digitalWrite(13, HIGH); (将引脚13设置为高电平，LED 点亮)
  • digitalRead(pin):
    • 作用: 读取数字引脚的状态（高电平或低电平）。
    • 参数: pin (引脚编号)。
    • 返回值: HIGH 或 LOW。
    • 示例: int buttonState = digitalRead(2); (读取引脚2的状态)

模拟 I/O (Input/Output)

用于处理模拟信号。

  • analogRead(pin):
    • 作用: 从指定的模拟引脚读取模拟值。
    • 参数: pin (模拟引脚编号，如 A0-A5)。
    • 返回值: 一个 0 到 1023 之间的整数值，对应 0V 到 5V 的电压。
    • 示例: int sensorValue = analogRead(A0); (读取模拟引脚A0的值)
  • analogWrite(pin, value):
    • 作用: 在支持 PWM (脉冲宽度调制) 的数字引脚上输出一个模拟值（模拟电压）。
    • 参数: pin (支持 PWM 的数字引脚，如 3, 5, 6, 9, 10, 11), value (值，0 到 255 之间，0 为关闭，255 为完全开启)。
    • 示例: analogWrite(9, 128); (在引脚9输出一半亮度)
  • analogReference(type):
    • 作用: 配置模拟输入的参考电压。
    • 参数: type (参考类型，如 DEFAULT (5V), INTERNAL (1.1V), EXTERNAL 等)。

时间函数

用于控制程序的时间流逝。

  • delay(ms):
    • 作用: 暂停程序执行指定的毫秒数。
    • 参数: ms (毫秒数)。
    • 示例: delay(1000); (暂停 1 秒)
  • delayMicroseconds(us):
    • 作用: 暂停程序执行指定的微秒数。
    • 参数: us (微秒数)。
    • 示例: delayMicroseconds(50); (暂停 50 微秒)
  • millis():
    • 作用: 返回 Arduino 板启动以来经过的毫秒数。
    • 返回值: unsigned long 类型，最大值约 50 天后溢出。
    • 用途: 常用于实现非阻塞延时和计时功能。
    • 示例: unsigned long currentMillis = millis();
  • micros():
    • 作用: 返回 Arduino 板启动以来经过的微秒数。
    • 返回值: unsigned long 类型，最大值约 70 分钟后溢出。
    • 用途: 用于需要更高精度计时的场合。

数学函数

提供一些常用的数学操作，通常与标准 C++ 的 math.h 库有重叠，但这里特指 Arduino 方便使用的。

  • min(x, y): 返回两个数中的最小值。
  • max(x, y): 返回两个数中的最大值。
  • abs(x): 返回数的绝对值。
  • constrain(x, a, b): 将一个数限制在指定范围内。
  • map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh): 将一个值从一个范围映射到另一个范围。
    • 示例: int ledBrightness = map(sensorValue, 0, 1023, 0, 255);
  • pow(base, exponent): 计算幂。
  • sqrt(x): 计算平方根。

字符和字符串函数

用于处理字符和字符串，通常与标准 C/C++ 库有重叠。

  • isAlpha(), isDigit(), isAlphaNumeric() 等：用于字符类型判断。
  • String 对象相关方法: Arduino 提供了 String 对象来方便地处理字符串，虽然它不是纯粹的 C 字符串，但用起来更像高级语言。例如 .length(), .substring(), .indexOf() 等。

随机数函数

  • randomSeed(seed): 为随机数生成器设置种子。
  • random(max): 生成一个 0 到 max-1 之间的随机数。
  • random(min, max): 生成一个 min 到 max-1 之间的随机数。

中断函数

用于响应外部事件而无需持续轮询。

  • attachInterrupt(interrupt, function, mode):
    • 作用: 将一个函数绑定到外部中断引脚，当引脚状态改变时执行。
    • 参数: interrupt (中断号，通常是 digitalPinToInterrupt(pin) 的返回值), function (中断服务函数), mode (触发模式，如 LOW, CHANGE, RISING, FALLING)。
    • 示例: attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), blinkLED, CHANGE);
  • detachInterrupt(interrupt):
    • 作用: 解除中断绑定。

串口通信函数 (Serial Communication)

用于 Arduino 与电脑或其他设备进行数据通信。

  • begin(speed):
    • 作用: 启动串口通信，并设置波特率。
    • 参数: speed (波特率，如 9600, 115200 等)。
    • 示例:begin(9600);
  • print(data) / Serial.println(data):
    • 作用: 将数据打印到串口。println 会在数据后添加换行符。
    • 参数: data (要打印的数据，可以是各种数据类型)。
    • 示例:println(“Hello Arduino!”);
  • available():
    • 作用: 返回串口缓冲区中可读取的字节数。
  • read():
    • 作用: 读取串口缓冲区中的下一个字节。

Arduino 特有变量

除了特有的函数，Arduino 也引入了一些特有变量，它们在 Arduino 编程中扮演着重要角色，帮助你更方便地与硬件交互或管理程序状态。这些变量通常是预定义好的，可以直接在你的代码中使用。

HIGH 和 LOW

  • 类型： 常量 (实际上是宏定义)
  • 作用： 用于表示数字引脚的两种状态。
    • HIGH 代表高电平 (通常是 5V 或3V，取决于 Arduino 板的工作电压)。
    • LOW 代表低电平 (通常是 0V)。
  • 用途： 配合 digitalWrite() 设置引脚输出状态，或作为 digitalRead() 的返回值。
  • 示例：
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // 点亮板载LED
if (digitalRead(buttonPin) == LOW) { // 检测按钮是否按下
  // ...
}

INPUT, OUTPUT, 和 INPUT_PULLUP

  • 类型： 常量 (实际上是宏定义)
  • 作用： 用于设置数字引脚的工作模式。
    • INPUT：将引脚设置为输入模式。这意味着 Arduino 会读取该引脚上的电压，例如连接按钮或传感器。
    • OUTPUT：将引脚设置为输出模式。这意味着 Arduino 可以通过该引脚提供高电平或低电平，例如控制 LED 或电机。
    • INPUT_PULLUP：将引脚设置为输入模式，并同时启用 Arduino 内部的上拉电阻。上拉电阻的作用是在没有外部信号时将引脚拉到高电平。这对于连接按钮等开关特别有用，可以简化外部电路。
  • 用途： 配合 pinMode() 函数。
  • 示例：
pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // 设置按钮引脚为带内部上拉的输入
pinMode(motorPin, OUTPUT);       // 设置电机引脚为输出

LED_BUILTIN

  • 类型： 常量 (实际上是宏定义)
  • 作用： 这是 Arduino 板载 LED 连接的引脚号。在大多数 Arduino Uno 和兼容板上，它通常是数字引脚 D13。
  • 用途： 方便地控制板载 LED，而无需记住具体的引脚号，这使得代码更具可移植性，因为不同 Arduino 板的板载 LED 可能连接到不同的引脚。
  • 示例：
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // 点亮板载LED

A0, A1, A2, A3, A4, A5

  • 类型： 常量 (实际上是宏定义)
  • 作用： 用于表示 Arduino Uno 等板上的模拟输入引脚。这些宏将模拟引脚映射到内部的数字表示，方便在 analogRead() 中使用。
  • 用途： 读取模拟传感器的值。
  • 注意： 在一些函数中，你也可以直接使用数字来表示模拟引脚，例如 analogRead(0) 等同于 analogRead(A0)。
  • 示例：
int sensorValue = analogRead(A0); // 读取A0引脚的模拟值

PI

  • 类型： 常量 (浮点数)
  • 作用： 圆周率 π 的值，精确到小数点后几位（通常是14159265358979323846）。
  • 用途： 在进行数学计算时使用。
  • 示例：
float circumference = 2 * PI * radius;

DEC, HEX, OCT, BIN

  • 类型： 常量 (实际上是宏定义)
  • 作用： 用于指定print() 或 Serial.println() 函数打印数字时的进制。
    • DEC：十进制 (Decimal)
    • HEX：十六进制 (Hexadecimal)
    • OCT：八进制 (Octal)
    • BIN：二进制 (Binary)
  • 用途： 方便地以不同进制格式输出数据进行调试或显示。
  • 示例：
int num = 255;
Serial.println(num, DEC); // 输出 255
Serial.println(num, HEX); // 输出 FF
Serial.println(num, OCT); // 输出 377
Serial.println(num, BIN); // 输出 11111111

true 和 false

  • 类型： 布尔常量
  • 作用： 用于表示布尔逻辑值。
    • true：逻辑真，通常在内部表示为非零值 (1)。
    • false：逻辑假，通常在内部表示为零 (0)。
  • 用途： 在条件判断、循环控制和函数返回值中使用。
  • 示例：
bool lightOn = true;
if (sensorReading > 100) {
  lightOn = false;
}

NULL

  • 类型： 空指针常量
  • 作用： 表示一个空指针，即不指向任何有效内存地址的指针。
  • 用途： 在处理指针时，检查指针是否为空，或将指针初始化为空。
  • 示例：
char* myString = NULL;
if (myString == NULL) {
  // ...
}

如何知晓 Arduino 有哪些特有函数/变量？

了解和查找 Arduino 特有函数主要有以下几种方法：

  • Arduino 官方语言参考 (Arduino Language Reference):
    • 最佳资源！ 这是最权威、最详细的官方文档。它列出了所有 Arduino 核心库提供的函数，并提供详细的说明、参数、返回值、示例代码以及相关函数链接。
    • 访问方式:
      • 在线: 前往 https://www.arduino.cc/reference/en/
      • 离线 (通过 IDE): 在 Arduino IDE 中，点击 帮助 (Help) > 参考 (Reference)。这会打开你的默认浏览器并跳转到官方在线参考页面。
    • 使用建议: 当你看到不认识的函数时，立即查阅这个参考文档。养成这个习惯会大大加速你的学习进程。
  • Arduino IDE 的示例代码 (Examples):
    • 通过 文件 (File) > 示例 (Examples) 菜单，你可以找到大量的官方示例代码。
    • 这些示例不仅展示了如何使用各种硬件，更重要的是，它们展示了如何将各种特有函数组合起来以实现特定功能。通过阅读和理解这些示例代码，你可以自然地学习到很多特有函数的用法。
  • 在线教程和社区论坛:
    • 许多 Arduino 教程网站（如 Instructables、Adafruit Learn、SparkFun Learn 等）都会详细介绍 Arduino 特有函数的使用方法。
    • 在 Arduino 官方论坛或其他技术社区（如 Stack Overflow）中，你可以找到大量关于特定函数使用的问题和解答。
  • 智能代码补全 (如果使用 VS Code + Arduino 扩展):
    • 如果你使用像 VS Code 这样带有强大 IntelliSense (智能代码补全) 功能的 IDE，当你输入函数名的一部分时，IDE 会自动提示可能的函数，并显示其参数和简要说明。这能帮助你快速发现和了解函数。

这些特有变量极大地简化了 Arduino 编程，让你能够更专注于应用程序的逻辑，而不用去记忆底层的硬件细节或数值表示。

参考链接：

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