《Arduino技術(shù)及應(yīng)用》課件-第3章Arduino語言及程序結(jié)構(gòu)

1、Arduino技術(shù)及應(yīng)用第3章 Arduino語言及程序結(jié)構(gòu)Arduino技術(shù)及應(yīng)用第3章 Arduino語言及程序結(jié)目錄2嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用1就業(yè)前景 Arduino語言 Arduino程序結(jié)構(gòu)目錄2嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用1就業(yè)前景 Arduino語言 Ardu3.1 Arduino語言Arduino語言是建立在C/C+基礎(chǔ)上的，其實(shí)質(zhì)是基礎(chǔ)的C語言，Arduino語言把相關(guān)的一些參數(shù)設(shè)置都函數(shù)化，用戶不用了解其底層，對(duì)于不了解AVR單片機(jī)（微控制器）的同學(xué)也能輕松上手，跨入Arduino語言的學(xué)習(xí)行列。3.1 Arduino語言Arduino語言是建立在C/C3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)Arduino

2、程序可以分為三個(gè)主要部分：結(jié)構(gòu)，數(shù)值（變量與常量）和函數(shù)。一些描繪程序碼的符號(hào)見下表3-1。結(jié)構(gòu)數(shù)值函數(shù)程序結(jié)構(gòu)常量數(shù)字 I/Osetup( )loop( )HIGH | LOWINPUT | OUTPUTtrue | falseinteger constantsfloating point constantspinMode( )digitalWrite( )digitalRead( )表3-1 一些描繪程序碼的符號(hào)3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)Arduino程序可以分為三個(gè)3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)控制結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型模擬 I/Oifif.elseforswitch casewhiledo. w

3、hilebreakcontinuereturngotoVoidbooleancharunsigned charbyteintunsigned intwordlongunsigned longfloatdoublestring - char arrayString - objectarrayanalogReference( )analogRead( )analogWrite( ) - PWM3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)控制結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型模擬 I/Oif3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)進(jìn)階語法轉(zhuǎn)換高級(jí) I/O;(semicolon)(curly braces)/(single line comment)

4、/* */(multi-line comment)#define#includechar( )byte( )int( )word( )long( )float( )tone( )noTone( )shiftOut( )shiftIn( )pulseIn( )3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)進(jìn)階語法轉(zhuǎn)換高級(jí) I/O;(se3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)算術(shù)運(yùn)算符時(shí)間= (assignment)+ (addition)- (subtraction)* (multiplication)/ (division)% (modulo)millis( )micros( )delay( )delayMicrosec

5、onds( )3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)算術(shù)運(yùn)算符時(shí)間= (assig3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)比較運(yùn)算符數(shù)學(xué)=(equal to)!=(not equal to)(greater than)=(greater than or equal to)min( )max( )abs( )constrain( )map( )pow( )sqrt( )3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)比較運(yùn)算符數(shù)學(xué)=(equal3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)布爾運(yùn)算符三角函數(shù)&(and)|(or)!(not)sin( )cos( )tan( )復(fù)合運(yùn)算符號(hào)通信+(increment)-(decrement)+=(compo

6、und addition)-=(compound subtraction)*=(compound multiplication)/=(compound division)&= (compound bitwise and)|= (compound bitwise or)SerialStream3.1.1 描繪程序碼的符號(hào)布爾運(yùn)算符三角函數(shù)&(and3.1.2 注釋、常量1、注釋程序的注釋就是對(duì)代碼的解釋和說明，編寫注釋有助于程序設(shè)計(jì)師（或其他人）了解代碼的功能。Arduino處理器在對(duì)程序碼進(jìn)行編譯時(shí)會(huì)忽略注釋的部份。Arduino語言中的編寫注釋有兩種方式：?jiǎn)涡凶⑨專?注釋內(nèi)容多行注釋：/*注

7、釋內(nèi)容1注釋內(nèi)容2 */3.1.2 注釋、常量1、注釋3.1.2 注釋、常量2、常量constants常量是在Arduino語言里預(yù)定義的變量。它們被用來使程序更易閱讀。我們按組將常量分類。（1）邏輯層定義，true與false（布爾Boolean常量）在Arduino內(nèi)有兩個(gè)常量用來表示真和假：true和 false。false在這兩個(gè)常量中false更容易被定義。false被定義為0（零）。truetrue通常被定義為1，這是正確的，但true具有更廣泛的定義。在布爾含義（Boolean sense）里任何非零整數(shù)為true。所以在布爾含義內(nèi)-1，2和-200都定義為ture。需要注意的是

8、true和false常量，不同于HIGH，LOW，INPUT和OUTPUT，需要全部小寫。注意：arduino是大小寫敏感語言（case sensitive）。3.1.2 注釋、常量2、常量constants3.1.2 注釋、常量（2）引腳電壓定義，HIGH和LOW當(dāng)讀?。╮ead）或?qū)懭耄╳rite）數(shù)字引腳時(shí)只有兩個(gè)可能的值：HIGH和LOW。HIGHHIGH（參考引腳）的含義取決于引腳（pin）的設(shè)置，引腳定義為INPUT或OUTPUT時(shí)含義有所不同。當(dāng)一個(gè)引腳通過pinMode被設(shè)置為INPUT，并通過digitalRead讀?。╮ead）時(shí)。如果當(dāng)前引腳的電壓大于等于3V，微控制器將

9、會(huì)返回為HIGH。引腳也可以通過pinMode被設(shè)置為INPUT，并通過digitalWrite設(shè)置為HIGH。輸入引腳的值將被一個(gè)內(nèi)在的20K上拉電阻控制在HIGH上，除非一個(gè)外部電路將其拉低到LOW。當(dāng)一個(gè)引腳通過pinMode被設(shè)置為OUTPUT，并digitalWrite設(shè)置為HIGH時(shí)，引腳的電壓應(yīng)在5V。在這種狀態(tài)下，它可以輸出電流。例如，點(diǎn)亮一個(gè)通過一串電阻接地或設(shè)置為L(zhǎng)OW的OUTPUT屬性引腳的LED。3.1.2 注釋、常量（2）引腳電壓定義，HIGH和LOW3.1.2 注釋、常量LOWLOW的含義同樣取決于引腳設(shè)置，引腳定義為INPUT或OUTPUT時(shí)含義有所不同。當(dāng)一個(gè)引

10、腳通過pinMode配置為INPUT，通過digitalRead設(shè)置為讀?。╮ead）時(shí)，如果當(dāng)前引腳的電壓小于等于2V，微控制器將返回為L(zhǎng)OW。當(dāng)一個(gè)引腳通過pinMode配置為OUTPUT，并通過digitalWrite設(shè)置為L(zhǎng)OW時(shí)，引腳為0V。在這種狀態(tài)下，它可以倒灌電流。例如，點(diǎn)亮一個(gè)通過串聯(lián)電阻連接到+5V，或到另一個(gè)引腳配置為OUTPUT、HIGH的的LED。3.1.2 注釋、常量LOW3.1.2 注釋、常量（3）數(shù)字引腳（Digital pins）定義，INPUT和OUTPUT數(shù)字引腳當(dāng)作 INPUT 或 OUTPUT都可以。用pinMode( )方法使一個(gè)數(shù)字引腳從INPUT

11、到OUTPUT變化。引腳（Pins）配置為輸入（Inputs）Arduino（Atmega）引腳通過pinMode( )配置為輸入（INPUT）即是將其配置在一個(gè)高阻抗的狀態(tài)。配置為INPUT的引腳可以理解為引腳取樣時(shí)對(duì)電路有極小的需求，即等效于在引腳前串聯(lián)一個(gè)100兆歐姆(Megohms)的電阻。這使得它們非常利于讀取傳感器，而不是為L(zhǎng)ED供電。3.1.2 注釋、常量（3）數(shù)字引腳（Digital pin3.1.2 注釋、常量引腳（Pins）配置為輸出（Outputs）引腳通過pinMode( )配置為輸出（OUTPUT）即是將其配置在一個(gè)低阻抗的狀態(tài)。這意味著它們可以為電路提供充足的電流。

12、Atmega引腳可以向其他設(shè)備/電路提供（提供正電流positive current）或倒灌（提供負(fù)電流negative current）達(dá)40毫安（mA）的電流。這使得它們利于給LED供電，而不是讀取傳感器。輸出（OUTPUT）引腳被短路的接地或5V電路上會(huì)受到損壞甚至燒毀。Atmega引腳在為繼電器或電機(jī)供電時(shí)，由于電流不足，將需要一些外接電路來實(shí)現(xiàn)供電。3.1.2 注釋、常量引腳（Pins）配置為輸出（Outpu3.1.2 注釋、常量（4）整數(shù)常量integer constants 整數(shù)常量是直接在程序中使用的數(shù)字，如123。默認(rèn)情況下，這些數(shù)字被視為int，但可以通過U和L修飾符進(jìn)行更

13、多的限制。通常情況下，整數(shù)常量默認(rèn)為十進(jìn)制，但可以加上特殊前綴表示為其他進(jìn)制。進(jìn)制例子格式備注10（十進(jìn)制）123無2（二進(jìn)制）B1111011前綴“B”只適用于8位的值（0到255）字符0-1有效8（八進(jìn)制）0173前綴“0”字符0-7有效16（十六進(jìn)制）0 x7B前綴“0 x”字符0-9，A-F，A-F有效表 3-2 整數(shù)常量不同進(jìn)制表示3.1.2 注釋、常量（4）整數(shù)常量integer cons3.1.2 注釋、常量小數(shù)是十進(jìn)制數(shù)。如果一個(gè)數(shù)沒有特定的前綴，則默認(rèn)為十進(jìn)制。二進(jìn)制以2為基底，只有數(shù)字0和1是有效的。示例: 101 /和十進(jìn)制5等價(jià)（1*22 + 0*21 + 1*20）二

14、進(jìn)制格式只能是8位的，即只能表示0-255之間的數(shù)。如果輸入二進(jìn)制數(shù)更方便的話，你可以用以下的方式：myInt = (B11001100 * 256) + B10101010; / B11001100 作為高位。八進(jìn)制是以8為基底，只有0-7是有效的字符。前綴“0”（數(shù)字0）表示該值為八進(jìn)制。0101 / 等同于十進(jìn)制數(shù)65 (1 * 82) + (0 * 81) + 1) 警告：八進(jìn)制數(shù)0前綴很可能無意產(chǎn)生很難發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，因?yàn)槟憧赡懿恍⌒脑诔Ａ壳凹恿藗€(gè)“0”，結(jié)果就悲劇了。3.1.2 注釋、常量小數(shù)是十進(jìn)制數(shù)。如果一個(gè)數(shù)沒有特定的前3.1.2 注釋、常量十六進(jìn)制以16為基底，有效的字符為0-

15、9和A-F。十六進(jìn)制數(shù)用前綴“0 x”（數(shù)字0，字母愛克斯）表示。請(qǐng)注意，A-F不區(qū)分大小寫，就是說你也可以用a-f。示例：0 x101 / 等同于十進(jìn)制257 (1 * 162) + (0 * 161) + 1)U & L 格式默認(rèn)情況下，整型常量被視作int型。要將整型常量轉(zhuǎn)換為其他類型時(shí)，請(qǐng)遵循以下規(guī)則：u or U 指定一個(gè)常量為無符號(hào)型。（只能表示正數(shù)和0）例如： 33ul or L 指定一個(gè)常量為長(zhǎng)整型。（表示數(shù)的范圍更廣）例如：100000Lul or UL 這個(gè)你懂的，就是上面兩種類型，稱作無符號(hào)長(zhǎng)整型。例如：32767ul3.1.2 注釋、常量十六進(jìn)制以16為基底，有效的字符

16、為0-3.1.2 注釋、常量浮點(diǎn)常量 floating point constants和整型常量類似，浮點(diǎn)常量可以使得代碼更具可讀性。浮點(diǎn)常量在編譯時(shí)被轉(zhuǎn)換為其表達(dá)式所取的值。例子：n = .005; 浮點(diǎn)數(shù)可以用科學(xué)記數(shù)法表示。E和e都可以作為有效的指數(shù)標(biāo)志。浮點(diǎn)數(shù)被轉(zhuǎn)換為被轉(zhuǎn)換為10.0102.34E52.34 * 10523400067E-1267.0 * 10-120.000000000067表 3-3 浮點(diǎn)常量的轉(zhuǎn)換3.1.2 注釋、常量浮點(diǎn)常量 floating point3.1.3 字元，位元組1、字元char字元(metacharacters)即字符，漢字是2個(gè)，字母和數(shù)字是1

17、個(gè)。單一字元例如A，和一般的電腦做法一樣Arduino 將字元儲(chǔ)存成一個(gè)數(shù)字，即使你看到的明明就是一個(gè)文字。用數(shù)字表示一個(gè)字元時(shí)，它的值有效范圍為-128到127。注意：有兩種主流的電腦編碼系統(tǒng)ASCII 和UNICODE。ASCII 表示了127個(gè)字元，用來在序列終端機(jī)和分時(shí)計(jì)算機(jī)之間傳輸文字。UNICODE可表示的字元量比較多，在現(xiàn)代電腦作業(yè)系統(tǒng)內(nèi)它可以用來表示多國語言。在位元數(shù)需求較少的資訊傳輸時(shí)，例如意大利文或英文這類由拉丁文，阿拉伯?dāng)?shù)字和一般常見符號(hào)構(gòu)成的語言，ASCII仍是目前主要用來交換資訊的編碼法。3.1.3 字元，位元組1、字元char3.1.3 字元，位元組2、位元組byt

18、e位元組即字節(jié)（byte），是計(jì)算機(jī)信息技術(shù)用于計(jì)量存儲(chǔ)容量的一種計(jì)量單位，也表示一些計(jì)算機(jī)編程語言中的數(shù)據(jù)類型和語言字符。一個(gè)位元組存儲(chǔ)8位無符號(hào)數(shù)，儲(chǔ)存的數(shù)值范圍為0到255。如同字元一樣，位元組型態(tài)的變數(shù)只需要用一個(gè)位元組（8位元）的內(nèi)存空間儲(chǔ)存。3、不同數(shù)量級(jí)間換算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是以10進(jìn)制表示，數(shù)據(jù)傳輸是以2進(jìn)制表示的，所以1KB不等于1000B。3.1.3 字元，位元組2、位元組byte3.1.3 字元，位元組1KB=1024B；1MB=1024KB=10241024B。其中1024=210。1B（byte，字節(jié)）= 8 bit（比特）；1KB（Kibibyte，千字節(jié)）=1024B=

19、210 B；1MB（Mebibyte，兆字節(jié)，百萬字節(jié)，簡(jiǎn)稱“兆”）=1024KB= 220 B；1GB（Gigabyte，吉字節(jié)，十億字節(jié)，又稱“千兆”）=1024MB= 230 B；1TB（Terabyte，萬億字節(jié)，太字節(jié)）=1024GB= 240 B；1PB（Petabyte，千萬億字節(jié)，拍字節(jié)）=1024TB= 250 B；此處沒有列舉完全，更大單位的換算可自行查詢。3.1.3 字元，位元組1KB=1024B；1MB=10243.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)1、整數(shù)（1）整數(shù)int整數(shù)是基本數(shù)據(jù)類型，占用2字節(jié)。整數(shù)的范圍為-32,768到32,767（-215（215)-1）。整數(shù)類型使用

20、2的補(bǔ)碼方式存儲(chǔ)負(fù)數(shù)。最高位通常為符號(hào)位，表示數(shù)的正負(fù)。其余位被“取反加1”。格式：int var = val; var變量名val賦給變量的值3.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)1、整數(shù)3.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)示例：int ledPin = 13;注意：當(dāng)變量數(shù)值過大而超過整數(shù)類型所能表示的范圍時(shí)（-32,768到32,767），變量值會(huì)“回滾”。 int x; x=-32,768; x=x-1; /x現(xiàn)在是32,767 x=32,767; x=x+1; /x現(xiàn)在是-32,7683.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)示例：int ledPin = 13.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)（2）無號(hào)整數(shù)unsigned int無符號(hào)

21、整型（unsigned int）與整型數(shù)據(jù)同樣大小，占據(jù)2字節(jié)。它只能用于存儲(chǔ)正數(shù)而不能存儲(chǔ)負(fù)數(shù)，范圍065,535(216)-1)。無符號(hào)整型和整型最重要的區(qū)別是它們的最高位不同，既符號(hào)位。在Arduino整型類型中，如果最高位是1，則此數(shù)被認(rèn)為是負(fù)數(shù)，剩下的15位為按2的補(bǔ)碼計(jì)算所得值。格式：unsigned int var = val; var無符號(hào)變量名稱val給變量所賦予的值3.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)（2）無號(hào)整數(shù)unsigned i3.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)例子：unsigned int ledPin=13; 注意：當(dāng)變量的值超過它能表示的最大值時(shí)它會(huì)“滾回”最小值，反向也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)

22、象。unsigned int x; x=0; x=x-1; /x現(xiàn)在等于65535-向負(fù)數(shù)方向滾回 x=x+1; /x現(xiàn)在等于0-滾回3.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)例子：unsigned int le3.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)2、長(zhǎng)整數(shù)（1）長(zhǎng)整數(shù)long長(zhǎng)整數(shù)型變量是擴(kuò)展的數(shù)字存儲(chǔ)變量，它可以存儲(chǔ)32位（4字節(jié)）大小的變量，從-2,147,483,648到2,147,483,647。格式：long var=val;var長(zhǎng)整型變量名var賦給變量的值例子：long speedOfLight=186000L;/參見整數(shù)常量L的說明3.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)2、長(zhǎng)整數(shù)3.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)（2）無號(hào)長(zhǎng)整

23、數(shù)unsigned long無符號(hào)長(zhǎng)整型變量擴(kuò)充了變量容量以存儲(chǔ)更大的數(shù)據(jù)，它能存儲(chǔ)32位(4字節(jié))數(shù)據(jù)。與標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)整型不同無符號(hào)長(zhǎng)整型無法存儲(chǔ)負(fù)數(shù)，其范圍從0到4,294,967,295（2 32 - 1）。格式：unsigned long var = val;var你所定義的變量名val給變量所賦的值3.1.4 整數(shù)，長(zhǎng)整數(shù)（2）無號(hào)長(zhǎng)整數(shù)unsigned l3.1.5 浮點(diǎn)數(shù)，字串1、浮點(diǎn)數(shù)（1）浮點(diǎn)數(shù)floatfloat，浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，就是有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字。浮點(diǎn)數(shù)經(jīng)常被用來近似的模擬連續(xù)值，因?yàn)樗麄儽日麛?shù)更大的精確度。浮點(diǎn)數(shù)的取值范圍在3.4028235 E+38 -3.4028235E

24、 +38。它被存儲(chǔ)為32位（4字節(jié)）的信息。float只有6-7位有效數(shù)字。這指的是總位數(shù)，而不是小數(shù)點(diǎn)右邊的數(shù)字。與其他平臺(tái)不同的是，在那里你可以使用double型得到更精確的結(jié)果（如15位），在Arduino上，double型與float型的大小相同。浮點(diǎn)數(shù)字在有些情況下是不準(zhǔn)確的，在數(shù)據(jù)大小比較時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生奇怪的結(jié)果。例如6.0 / 3.0可能不等于2.0。你應(yīng)該使兩個(gè)數(shù)字之間的差額的絕對(duì)值小于一些小的數(shù)字，這樣就可以近似的得到這兩個(gè)數(shù)字相等這樣的結(jié)果。3.1.5 浮點(diǎn)數(shù)，字串1、浮點(diǎn)數(shù)3.1.5 浮點(diǎn)數(shù)，字串浮點(diǎn)運(yùn)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于執(zhí)行整數(shù)運(yùn)算，例如，如果這個(gè)循環(huán)有一個(gè)關(guān)鍵的計(jì)時(shí)功能，并

25、需要以最快的速度運(yùn)行，就應(yīng)該避免浮點(diǎn)運(yùn)算。程序員經(jīng)常使用較長(zhǎng)的程式把浮點(diǎn)運(yùn)算轉(zhuǎn)換成整數(shù)運(yùn)算來提高速度。格式：float var = val; var您的float型變量名稱val分配給該變量的值舉例： float myfloat; float sensorCalbrate = 1.117;3.1.5 浮點(diǎn)數(shù)，字串浮點(diǎn)運(yùn)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于執(zhí)行整數(shù)運(yùn)算，示例代碼： int x; int y; float z; x = 1; y = x / 2; / Y為0，因?yàn)檎麛?shù)不能容納分?jǐn)?shù) z = (float)x / 2.0; / Z為0.5（你必須使用2.0做除數(shù)，而不是2）示例代碼：3.1.5 浮點(diǎn)數(shù)，字串

26、（2）double雙精度浮點(diǎn)數(shù)（double），占用4個(gè)字節(jié)。目前的arduino上的double實(shí)現(xiàn)和float相同，精度并未提高。注意：如果你從其他地方得到的代碼中包含了double類變量，最好檢查一遍代碼以確認(rèn)其中的變量的精確度能否在arduino上達(dá)到。3.1.5 浮點(diǎn)數(shù)，字串（2）double3.1.5 浮點(diǎn)數(shù)，字串2、字串string字串用來表達(dá)文字信息，它是由多個(gè)ASCII字元組成（你可以透過序串端口發(fā)送一個(gè)文字信息或者將之顯示在液晶顯示器上）。字串中的每一個(gè)字元都用一個(gè)組元組空間儲(chǔ)存，并且在字串的最尾端加上一個(gè)空字元以提示Ardunio處理器字串的結(jié)束。下面兩種宣告方式是相同的：char string1=Arduino; /7字元+1空字元char string28=Arduino; /與上行相同3.1.5 浮點(diǎn)數(shù)，字串2、字串string3.2.1 void s