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Arduino C 硬件编程入门

—— 本文献给2023新年里想和孩子一起学习、成长的家长朋友们！

一、Arduino C是什么？

很多人把Arduino编程语言称为Arduino C，大概是因为它的语言是基于C/C++的。Arduino C封装了Arduino各种硬件的API接口，不需要学习底层知识就可以控制Arduino硬件，这样对孩子和硬件入门者都是非常友好的。

经过多年的开源，Arduino C有非常多实用的开源库，可以直接使用，用来方便的控制各类传感器，比如舵机、超声波、红外等，当然你也可以自己编写好用、实用的库，开源给别人使用，这也是Arduino的精神。

二、Arduino C的开发工具是什么？

我是使用官方的Arduino IDE工具开发和调试Arduino程序的，我在头条发过几期短视频《2分钟硬件编程系列》，里面就是使用的Arduino IDE。虽然相对于我工作中经常使用的VS和Eclipse，Arduino IDE的功能过于简单，不够智能化，但对于简单的硬件接口编程来说，已经够用了。

我目前使用的Arduino IDE工具版本是1.8.9，不过arduino.cc已经推出了最新的稳定版本2.0.3，社区反馈不错，我比较看重的是增加了自动纠错和自动补充功能，可以有效减少代码错误并提高效率，等我试用过后，下期单独写一篇文章详细介绍给大家。

IDE工具怎么得到：Arduino IDE官方https://www.arduino.cc/en/software

我的Arduino IDE1.8.9主界面

三、Arduino C的程序结构

我在《2分钟硬件编程系列》中，每个短视频都详细介绍了每一句代码，和我们大学时代学习的C语言相比，Arduino C非常简单，很容易入门，包括10岁左右的孩子。

一个简单而完整的Arduino C程序，只需编写setup和loop函数就可以了。Setup函数里做初始化工作，而loop函数里则是主程序，所以一个完整的Arduino C程序结构就是这样简单：

• 结构第1部分：引入第三方库，定义引脚。
• 结构第2部分：setup（）初始化代码，只运行一次。
• 结构第3部分：loop（）主程序代码，可反复执行。

四、Arduino C 源码例子详解——超声波避障小车

下面看一段《2分钟硬件编程系列》中超声波小车的源代码，这段代码实现的功能很简单，就是超声波探测到小车前方有障碍物体时，完成自动停车。

源码：

//结构第1部分：

const int leftPin1=5;// 左侧电机引脚

const int leftPin2=6; // 左侧电机引脚

const int rightPin1=11; // 右侧电机引脚

const int rightPin2=3; // 右侧电机引脚

const int trigPin=7; // 超声波trig引脚

const int echoPin=8; // 超声波echo引脚

int disVal=0;//超声波探测距离变量

//问题（1）：为什么定义引脚需要const修饰，而定义disVal不需要const修饰呢？我在后面再讲。

//结构第2部分：

void setup() {

//初始化代码，这里只运行一次：

pinMode(leftPin1,OUTPUT);//电机引脚设置为输出模式

pinMode(leftPin2,OUTPUT); //电机引脚设置为输出模式

pinMode(rightPin1,OUTPUT); //电机引脚设置为输出模式

pinMode(rightPin2,OUTPUT); //电机引脚设置为输出模式

pinMode(trigPin,OUTPUT); //超声波trig引脚设置为输出模式

pinMode(echoPin,INPUT); //超声波echo引脚设置为输入模式

}

//结构第3部分：

void loop() {

//主程序代码，会反复运行：

digitalWrite(trigPin,LOW); //超声波trig引脚输出低电平初始化，以便得到干净的高电平。

delayMicroseconds(2); //延时2微秒。

digitalWrite(trigPin,HIGH); //超声波trig引脚输出高电平，触发超声波发射8个40KHz的方波。

delayMicroseconds(10); //延时10微秒。

digitalWrite(trigPin,LOW); //超声波trig引脚输出低电平结束本次触发动作。

disVal = pulseIn(echoPin,HIGH)/58.0;

//问题（2）：这里通过一个通用的公式得到超声波探测前方障碍物的距离（单位cm），那么，这个公式原理是什么呢？这个问题也放在后面讲。

//判断前方障碍物的距离

if(disVal >10){

//如果前方障碍物的距离超过10厘米，则执行如下前进操作：

analogWrite(leftPin1,0);

analogWrite(leftPin2,130);//启动左侧电机（带动小车左轮）

analogWrite(rightPin1,0);

analogWrite(rightPin2,130); //启动右侧电机（带动小车右轮）

}else{

//如果前方障碍物的距离不超过10厘米，则执行如下停止操作：

analogWrite(leftPin1,0);

analogWrite(leftPin2,0);//停止

analogWrite(rightPin1,0);

analogWrite(rightPin2,0); //停止

}

}

这样就是一个完整的程序了，Arduino IDE编译完成后，通过串口上传至Arduino主控板即可调试。运行效果：2分钟硬件编程(3)：超声波主动避障

我搭建的超声波小车

在前面还留了两个问题：

（1） 为什么定义引脚需要const修饰，而定义disVal不需要const修饰呢？

const作为C语言中的常变量修饰符，一个变量使用const修饰之后，其值将不允许再次被改变，否则编程会出现错误。

比如用const修饰int变量leftPin1（电机引脚）：const int leftPin1=5;

这时leftPin1成为了常变量，其引脚值不能在程序中动态修改。

而超声波探测距离是实时在改变着的，所以变量disVal也是需要不停改变的，所以不能用const修饰，直接这样定义即可：int disVal=0;

（2） pulseIn(echoPin,HIGH)/58.0这个公式原理是什么呢？

超声波发射8个40KHz的方波完成探测后，echo引脚会持续输出高电平，持续时间就是方波发射到返回的时间，pulseIn（）函数可以得到这个时间（微秒单位）。

那么我们如果把这个时间（微秒）转换成距离（厘米）呢？

方波的速度（也就是声速）是340 米/秒，可以换算为0.034cm/微秒，速度乘以时间就是距离，所以0.034*pulseIn()得到的是方波往返的距离，然后需要除2，才是真正到前方障碍物的距离，因此完整的公式是:

0.034*pulseIn()/2

这个公式可以进一步简化为：

pulseIn()/58

所有人，2023，新年好！

Arduino常见函数讲解

今天马克笔设计留学的程老师继续来跟大家讲解Arduino的相关知识。前面我们介绍了很多Arduino的传感器《 》，那这篇文章我们来讲一下Arduino里面的编程语言，也就是一些常见函数的应用。Arduino 是由 C/C++ 混合编写而成。Arduino 语言也继承了 C/C++ 语言的语法。通常所说的 Arduino 语言，是指 Arduino 核心库文件提供的各种应用程序编程接口（Application Programming Interface，简称API）的集合。Arduino程序基本结构由setup() 和loop() 两个函数组成，那我们就先来看看这两个函数是如何使用的。

Arduino控制器通电或复位后，即会开始执行setup() 函数中的程序，我们一般会把要执行的程序写在中括号里，该部分的程序只会执行一次。通常我们会在setup() 函数中完成Arduino的初始化设置，如配置I/O口状态，初始化串口等操作。

在Setup() 函数中的程序执行完后，Arduino会接着执行Loop() 函数中的程序。而Loop()函数是一个死循环，其中的程序会不断的重复运行。通常我们会在loop() 函数中完成程序的主要功能，如驱动各种模块，采集数据等。我们拿一个最简单的灯泡闪烁这个为例，讲一下LOOP这个函数，中括号里面写的内容我们可以解读为：首先LED小灯泡亮，之后延迟一秒，接着LED小灯泡灭，之后又延迟了一秒，最后反复循环这一段程序，从而实现了小灯泡闪烁的效果。

描述：将程序暂停给定参数的时间量（以毫秒为单位）

• 函数原型：delay(ms)
• 参数：ms – 暂停的毫秒数
• 返回值：无

If else 语句是一种选择结构，可以让代码选择执行。所谓选择执行，就是“某些代码可能执行，也可能不执行，有选择地执行某些代码”。If 语句后面可以跟随一个可选的 else if … else 语句，其对于测试各种条件非常实用。

当使用 if … else if … else 语句时，我们需要记住三个要点：

1）一个 if 可以有0或一个else语句，它必须在所有else if之后。2）if 可以有0到多个else if语句，它们必须在else之前。3）一旦 else if 成功，将不会测试剩余的else if或else语句。

我们来举个例子：

HIGH | LOW 表示数字IO口的高低电平。HIGH 表示高电（1），LOW 表示低电平（0）。

INPUT | OUTPUT 表示数字IO口的方向，INPUT 表示输入（高阻态），OUTPUT 表示输出（AVR单片机能提供5V电压 40mA电流）。Arduino中输出的低电平为0V，输出的高电平为当前Arduino的工作电压。例如Arduino UNO的工作电压为5V，其高电平输出也是5V；Arduino UNO工作电压为3.3V，所以高电平输出也就是3.3V。

没有接触过C语言的同学，可能一上来接受这么多知识会觉得有些困难，其实C语言学起来并不是很难，比较友好。我们可以先从一些简单的语句写起来，用一些简单的函数做一些实验，等真正掌握了各个常见函数的应用场景之后，就可以实现复杂的效果了。还要跟大家强调一点，无论是Arduino电路连接还是C语言学习，都需要不断尝试 ，不断试错，只有这样才能真正学会函数的用法。

文章作者：程雅秋英国皇家艺术学院产品设计硕士擅长产品服务系统设计、用户体验设计和硬件Arduino交互

2023年元旦新篇章——我的Arduino C 硬件编程入门，献给家长朋友们

—— 本文献给2023新年里想和孩子一起学习、成长的家长朋友们！

一、Arduino C是什么？

很多人把Arduino编程语言称为Arduino C，大概是因为它的语言是基于C/C++的。Arduino C封装了Arduino各种硬件的API接口，不需要学习底层知识就可以控制Arduino硬件，这样对孩子和硬件入门者都是非常友好的。

经过多年的开源，Arduino C有非常多实用的开源库，可以直接使用，用来方便的控制各类传感器，比如舵机、超声波、红外等，当然你也可以自己编写好用、实用的库，开源给别人使用，这也是Arduino的精神。

二、Arduino C的开发工具是什么？

我是使用官方的Arduino IDE工具开发和调试Arduino程序的，我在头条发过几期短视频《2分钟硬件编程系列》，里面就是使用的Arduino IDE。虽然相对于我工作中经常使用的VS和Eclipse，Arduino IDE的功能过于简单，不够智能化，但对于简单的硬件接口编程来说，已经够用了。

我目前使用的Arduino IDE工具版本是1.8.9，不过arduino.cc已经推出了最新的稳定版本2.0.3，社区反馈不错，我比较看重的是增加了自动纠错和自动补充功能，可以有效减少代码错误并提高效率，等我试用过后，下期单独写一篇文章详细介绍给大家。

IDE工具怎么得到：Arduino IDE官方 https://www.arduino.cc/en/software

我的Arduino IDE1.8.9主界面

三、Arduino C的程序结构

我在《2分钟硬件编程系列》中，每个短视频都详细介绍了每一句代码，和我们大学时代学习的C语言相比，Arduino C非常简单，很容易入门，包括10岁左右的孩子。

一个简单而完整的Arduino C程序，只需编写setup和loop函数就可以了。Setup函数里做初始化工作，而loop函数里则是主程序，所以一个完整的Arduino C程序结构就是这样简单：

• 结构第1部分：引入第三方库，定义引脚。
• 结构第2部分：setup（）初始化代码，只运行一次。
• 结构第3部分：loop（）主程序代码，可反复执行。

四、Arduino C 源码例子详解——超声波避障小车

下面看一段《2分钟硬件编程系列》中超声波小车的源代码，这段代码实现的功能很简单，就是超声波探测到小车前方有障碍物体时，完成自动停车。

源码：

//结构第1部分：

const int leftPin1=5;// 左侧电机引脚

const int leftPin2=6; // 左侧电机引脚

const int rightPin1=11; // 右侧电机引脚

const int rightPin2=3; // 右侧电机引脚

const int trigPin=7; // 超声波trig引脚

const int echoPin=8; // 超声波echo引脚

int disVal=0;//超声波探测距离变量

//问题（1）：为什么定义引脚需要const修饰，而定义disVal不需要const修饰呢？我在后面再讲。

//结构第2部分：

void setup() {

//初始化代码，这里只运行一次：

pinMode(leftPin1,OUTPUT);//电机引脚设置为输出模式

pinMode(leftPin2,OUTPUT); //电机引脚设置为输出模式

pinMode(rightPin1,OUTPUT); //电机引脚设置为输出模式

pinMode(rightPin2,OUTPUT); //电机引脚设置为输出模式

pinMode(trigPin,OUTPUT); //超声波trig引脚设置为输出模式

pinMode(echoPin,INPUT); //超声波echo引脚设置为输入模式

}

//结构第3部分：

void loop() {

//主程序代码，会反复运行：

digitalWrite(trigPin,LOW); //超声波trig引脚输出低电平初始化，以便得到干净的高电平。

delayMicroseconds(2); //延时2微秒。

digitalWrite(trigPin,HIGH); //超声波trig引脚输出高电平，触发超声波发射8个40KHz的方波。

delayMicroseconds(10); //延时10微秒。

digitalWrite(trigPin,LOW); //超声波trig引脚输出低电平结束本次触发动作。

disVal = pulseIn(echoPin,HIGH)/58.0;

//问题（2）：这里通过一个通用的公式得到超声波探测前方障碍物的距离（单位cm），那么，这个公式原理是什么呢？这个问题也放在后面讲。

//判断前方障碍物的距离

if(disVal >10){

//如果前方障碍物的距离超过10厘米，则执行如下前进操作：

analogWrite(leftPin1,0);

analogWrite(leftPin2,130);//启动左侧电机（带动小车左轮）

analogWrite(rightPin1,0);

analogWrite(rightPin2,130); //启动右侧电机（带动小车右轮）

}else{

//如果前方障碍物的距离不超过10厘米，则执行如下停止操作：

analogWrite(leftPin1,0);

analogWrite(leftPin2,0);//停止

analogWrite(rightPin1,0);

analogWrite(rightPin2,0); //停止

}

}

这样就是一个完整的程序了，Arduino IDE编译完成后，通过串口上传至Arduino主控板即可调试。运行效果：

我搭建的超声波小车

在前面还留了两个问题：

（1） 为什么定义引脚需要const修饰，而定义disVal不需要const修饰呢？

const作为C语言中的常变量修饰符，一个变量使用const修饰之后，其值将不允许再次被改变，否则编程会出现错误。

比如用const修饰int变量leftPin1（电机引脚）：const int leftPin1=5;

这时leftPin1成为了常变量，其引脚值不能在程序中动态修改。

而超声波探测距离是实时在改变着的，所以变量disVal也是需要不停改变的，所以不能用const修饰，直接这样定义即可：int disVal=0;

（2） pulseIn(echoPin,HIGH)/58.0这个公式原理是什么呢？

超声波发射8个40KHz的方波完成探测后，echo引脚会持续输出高电平，持续时间就是方波发射到返回的时间，pulseIn（）函数可以得到这个时间（微秒单位）。

那么我们如果把这个时间（微秒）转换成距离（厘米）呢？

方波的速度（也就是声速）是340 米/秒，可以换算为0.034cm/微秒，速度乘以时间就是距离，所以0.034*pulseIn()得到的是方波往返的距离，然后需要除2，才是真正到前方障碍物的距离，因此完整的公式是:

0.034*pulseIn()/2

这个公式可以进一步简化为：

pulseIn()/58

五、Arduino C 近期一些源码例子推荐

我的红外超声波小车

再有10分钟就是新年了！

2022年注定是所有人刻骨铭心的一年，很多人永远地离开了，包括自己的一些亲人。但我们依旧希望这个世界一年比一年好。

虽然会很难，但”希望“永远是人类存在的价值，我们相信希望，我们带着美好的希望在新的2023年里继续努力，希望可以激发学习和生活的动力，希望可以激发创造的力量，希望可以让文明更进步。

借用《基督山伯爵》的结尾，人生的智慧都集中在两个词，希望与等待。

所有人，2023，新年好！

本文作者及来源:Renderbus瑞云渲染农场https://www.renderbus.com