Arduino学习

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[TOC]

Arduino UNO

解析图

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  1. 电源
  • 通过USB供电，电压为5V；
  • 通过DC电源输入接口供电，电压要求7~12V；
  • 通过电源接口处5V或者VIN供电，5V端口处供电必须为5V，VIN端口处供电为7~12V；
  1. 指示灯
  • ON，电源指示灯
  • TX，串口发送指示灯
  • RX，串口接受指示灯
  • L，可编程指示灯，通过特殊电路连接到13号引脚，当13号引脚为高电平或高阻态时点亮，低电平时不会点亮
  1. 存储空间
  • FLASH 32KB 其中0.5KB作为BOOT区存放引导程序，实现串口下载的功能。另外的31.5KB存放程序
  • SRAM 2KB 内存
  • EEPROM 1KB 电可擦写的可编程只读存储器
  1. 输入/输出端口

Pinout-UNOrev3_latest

  • UART通信，为0（RX）和1（TX）引脚，用于接收和发送串口数据，这两个引脚通过连接到ATmega16U2与计算机通信
  • 外部中断，为2和3引脚，可以输入外部中断信号
  • PWM输出，为3、5、6、9、10和11引脚，可以输出PWM波
  • SPI通信，为10（SS）、11（MOSI），12（MISO）和13（SCK）引脚，可用于SPI通信
  • TWI通信，为A4（SDA），A5（SCL）引脚和TWI接口，可用于TWI通信，兼容IIC通信
  • AREF，模拟输入参考电压的输入端口
  • RESET，复位端口，接低电平会使Arduino复位

Arduino语言及程序结构

程序结构

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void setup()
{
    // put your setup code here, to run once:
}
void loop()
{
    // put your main code here, to run repeatedly:
}

Arduino控制器通电或复位后，执行setup()函数中的程序代码，只会执行一次。setup()函数中的代码执行完以后，会重复执行loop()函数中的程序。

引脚操作

pinMode(pin,value)

pinMode有三种模式

INPUT(0) 输 入 模 式

OUTPUT(1) 输 出 模 式

INPUT_PULLUP（2） 输入上拉模式

digitalWrite(pin,value)

value的值

HIGH(1):高电平

LOW(0):低电平

digitalRead(pin)

将-0.5~1.5V的输入电压作为低电平

将3~5.5v的输入电压作为高电平

模拟量

analogRead(A0)

Arduino有十位精度，5v电压可分为0~1023

analogWrite(9)

Arduino的模拟量输出不需要再setup()中声明，采用的是PWM方式模拟的电压输出，范围为0~255。

analogWrite和analogRead已经完成了引脚的初始化，不用在setup()函数中初始化了。

串口通信

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Serial.begin(9600)

规定串口通信波特率，可用300、600、1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600、115200，单位是(bit)。

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Serial.print(val);
Serial.println(val);//与print不同的是，println输出完之后输出一组回车换行符
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Serial.read()

调用该语句，每次返回1字节的数据，在使用Serial时，Arduino会在SRAM开辟一段64B的空间，串口接收到的数据都放在该空间中。当缓存区中没有数据时，会返回int型值-1。

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millis()

该函数返回Arduino从通电（或复位）到现在的时间，单位为毫秒，类型为unsigned long大概50天会溢出一次。

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micros()

该函数返回系统运行时间，单位是微秒，约70分钟溢出一次。

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delay(1000)

此函数为毫秒级延时

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delayMicroseconds()

此函数为微秒级延时

高级应用

tone(pin,frequency[,duration])

可以指定引脚产生占空比50%的指定频率的方波。

使用tone()函数会影响3号和11号引脚的PWM输出，并且只能作用于一个引脚，对其他引脚使用需使用noTone()函数停止之前使用了tone()函数的引脚。

pulseIn(pin,value[,timeout])

功能：检测指定引脚上的脉冲信号宽度

参数：

pin：读取脉冲的引脚

value：读取的脉冲类型，为HIGH或LOW

timeout：超时时间，单位为微秒，未设置超时时间，默认为1s

返回值：脉冲宽度，单位为微秒，数据类型为无符号长整型，如果未检测到脉冲，则返回0。

超声波模块使用方法：

引脚名称 说明
Vcc 电源5V
Trig 触发引脚
Echo 回馈引脚
GND 地

给Trig引脚至少10$\mu s$的高电平信号触发测距功能，模块会自动发送8个40kHz的超声波脉冲，并自动检测是否有信号返回，若有信号返回，则Echo引脚会输出高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。

设置ADC参考电压

$\mathrm{analogRead}(\mathrm{pin})函数返回值=\frac{被测电压}{参考电压}\times1023$，当没有设置参考电压时，默认使用工作电压(5V)为参考电压。通过$\mathrm{AREF}$引脚输入外部参考电压。使用$\mathrm{analogReference()}$设置参考电压

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analogReference(type);
type 说明
DEFAULT 工作电压作为参考电压
INTERNAL 使用内部参考电压（UNO为1.1V）
EXTERNAL 使用从AREF引脚输入的外部参考电压

❌ 外部参考电压必须大于0，且小于当前工作电压（5V），否则可能会损坏Arduino

外部中断

中断引脚

ArduinoUNO只支持两个中断引脚，分别为2(int0)、3(int1)。

中断模式

模式名称 说明
LOW 低电平触发
CHANGE 电平变化触发，即高变低或低变高
RISING 上升沿触发
FALLING 下降沿触发

中断函数

中断函数不能带有任何参数，且返回类型为空。

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void test()
{
    Serial.println("Hello!");
}

还应在$\mathrm{setup()}$中使用$\mathrm{attachInterrupt()}$对中断引脚进行初始化。

attachInterrupt(interrupt,function,mode)

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attachInterrupt(0,test,LOW);

如果不需要中断，可以使用$\mathrm{detachInterrupt()}$来关闭中断。

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detachInterrupt(interrupt);

串口通信

Arduino硬件集成了串口，IIC，SPI三种常见的通信方式。

串口通信示意图

数据帧格式：

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  • 起始位总是低电平
  • 数据位默认使用8位数据位
  • 校验位可以设置奇校验或偶校验或无校验，默认无校验。
  • 停止位表示数据帧传输结束，停止位总为高电平，可设置1位或2位，默认为1位。

函数

available()

功能：获取串口接受缓存区的字节数，缓存区最多保存64B

begin()

初始化串口，配置各项参数

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Serial.begin(speed[,config])

speed：波特率

config：数据位、校验位、停止位配置。

end()

结束串口通信，可使该串口所在的数字引脚作为普通数字引脚使用。

find()

从串口缓存区读取数据直到读到指定的字符或字符串。

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Serial.find(target);

返回true(找到)，false(没有找到)。

findUntil()

从串口缓存区读取数据，直到读到指定的字符串或指定的停止符。

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Serial.findUntil(target,terminal);

target：需要搜索的字符串或字符。

terminal：停止符。

无返回值。

flush()

等待正在发送的数据发送完成。

parseFloat()

从串口缓存区返回第一个有效的float数据。

parseInt()

从串口流中查找第一个有效的整型数据。

peek()

返回1字节的数据，但不会从接收缓存区删除该数据，如无可读数据，返回-1。

print()

将数据输出到串口，以ASCII码形式输出。

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Serial.print(val,format);

format:

  1. 输出的进制形式
  • BIN（二进制）
  • DEC（十进制）
  • OCT（八进制）
  • HEX（十六进制）
  1. 指定float型数据带小数的位数。

println()

功能与print()相同，只是会加回车换行。

read()

从串口读取1个字节数据，并将其从接受缓存区移除。

readBytes()

从缓存区读取指定长度的字符，并将其存入一个数组中。

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Serial.readBytes(buffer,length);

buffer：数组

length：读取的字符长度，如果没有找到有效的数据，则返回0；

readBytesUntil()

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Serial.readBytesUntil(character,buffer,length)

character：停止符。

setTimeout()

设置超时时间，用于设置readBytes()和readBytesUntil()等待串口数据时间。

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Serial.setTimeout(time)

time单位为毫秒

write()

输出数据到串口

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Serial.write(val);
Serial.write(str);
Serial.write(buf,len)

print()和write()的区别：

print是将数据转换为ASCII码再发送出去，如输出整型变量123，会输出123。

write发送的是数值本身，串口监视器接收到数据后，会将数值当作ASCII码形式显示，所以write输出整型变量123，会显示{。

串口事件

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void serialEvent()
{
    //Put the code here;
}

当串口接收缓存区中有数据时，会触发该事件。会在两次loop()循环之间检测串口缓冲区是否有数据，如果有就执行serialEvent函数。

串口缓冲区

串口缓冲区默认为64字节，通过宏定义可以增大读写缓冲区的空间。

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#define SERIAL_TX_BUFFER_SIZE 128
#define SERIAL_RX_BUFFER_SIZE 128

软件模拟串口通信——SoftwareSerial

软串口是由程序模拟生成的，使用不如硬串口稳定，使用之前需先声明包含SoftwareSerial.h头文件，其成员函数与硬串口类似，有available()、begin()、write()、print()、println()、peek()等。

SoftwareSerial()

初始化软串口

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SoftwareSerial mySerial(rxPin,txPin);

listen()

开启软串口监听状态。Arduino同一时间内只能监听一个软串口

isListening()

检测软串口是否处于监听状态

overflow()

检测缓冲区是否已经溢出，软串口缓冲区最多可保存64B数据

当切换不同的软串口时，需要对要监听的软串口使用port.listen()启动监听。

IIC总线使用

使用IIC协议可以通过两根双向的总线（数据线SDA和时钟线SCL）使Arduino连接最多128个IIC从机。IIC又称TWI(Two-Wire serial Interface)

IIC是一种半双工通信方式。

Arduino使用第三方类库Wire来进行IIC通信

IIC通信函数示意图

begin([address])

未指定address，则以主机模式加入IIC总线，address可设置成0~127中的任意地址。

requestFrom(address,quantity[,stop])

quantity：请求的字节数

stop：当为true时，发送停止信息，释放IIC总线，当为false，继续保持IIC总线有效连接。

beginTransmission(address)

开始向从机发送数据

endTransmission(stop)

当为true时，释放IIC总线，为false继续保持有效连接。

返回值：byte

  • 0，成功
  • 1，数据过长，超过发送缓存区
  • 2，在地址发送时接收到NACK信号
  • 3，在数据发送时接收到NACK信号
  • 4，其他错误

write()

将要发送的数据加入发送队列

available()

返回接收到的字节数

read()

读取1B的字节

onReceive(handler)

当从机接收到主机发送的数据时触发

OnRequest(handler)

当从机接收到主机的数据请求时触发

连线

可以通过SCL、SDA接口或A4、A5接口一一连接来建立IIC连接