Arduino编程语言怎么学？-杰瑞科技汇

Arduino 编程语言终极教程

本教程将分为以下几个部分：

（图片来源网络，侵删）

第一部分：Arduino 简介
- 什么是 Arduino？
- Arduino 编程语言是什么？
- 你需要准备什么？
第二部分：第一个程序 - "Hello, World!"
- 安装 Arduino IDE
- 连接 Arduino 板
- 编写并上传你的第一个程序（Blink）
第三部分：Arduino 编程语言核心
- 结构：setup() 和 loop()
- 数据类型
- 变量与常量
- 运算符
- 控制结构
- 函数
第四部分：核心库函数详解
（图片来源网络，侵删）
- pinMode(), digitalWrite(), digitalRead()
- analogWrite(), analogRead()
- delay(), millis()
- Serial 通信
第五部分：实战项目
- 项目1：呼吸灯
- 项目2：读取并显示传感器数据
- 项目3：控制舵机
第六部分：进阶学习资源

第一部分：Arduino 简介

1 什么是 Arduino？

Arduino 是一个开源的电子原型平台，包括一个简单易用的硬件（各种型号的 Arduino 板）和一款软件（Arduino IDE），它的目标是让艺术家、设计师、爱好者和任何对创造互动对象感兴趣的人，都能轻松地使用电子和编程。

2 Arduino 编程语言是什么？

Arduino 编程语言本质上是在 C++ 的基础上构建的一套简化版，它保留了 C++ 的核心结构，但省略了许多复杂的部分，并添加了大量专门用于控制硬件的预定义函数和库，即使你不懂 C++，也可以快速上手。

3 你需要准备什么？

硬件：
- 一块 Arduino 板（最推荐 Arduino UNO R3，因为它是最经典、资料最多的型号）。
- 一根 USB 数据线（用于供电和上传程序）。
- 一些基础元件：
  - LED 灯
  - 220Ω 电阻（用于保护 LED）
  - 面包板和跳线
  - （可选）一个电位器或光敏电阻
软件：
- Arduino IDE（集成开发环境），你可以在 Arduino 官网 (https://www.arduino.cc/en/software) 免费下载。

第二部分：第一个程序 - "Hello, World!"

在电子世界里,点亮一个 LED 灯就相当于编程世界里的 "Hello, World!"。

1 安装 Arduino IDE

访问 Arduino 官网，下载适合你操作系统的 IDE 版本。
运行安装程序,按照提示完成安装。
首次打开 IDE，可能需要选择“开发板”和“端口”（稍后讲）。

2 连接 Arduino 板

用 USB 数据线将你的 Arduino UNO 连接到电脑，电脑应该会识别它，并安装相应的驱动程序。

3 编写并上传程序（Blink）

选择开发板和端口：
- 点击菜单栏的 工具 -> 开发板 -> Arduino Uno。
- 点击 工具 -> 端口，选择你的 Arduino 所在的 COM 端口（在 Windows 上通常是 COM3 或更高，在 macOS 上是 /dev/cu.usbmodem...）。

编写代码：

打开 Arduino IDE，你会看到一个默认的模板，将里面的所有代码删除，然后复制并粘贴下面的代码：

/*
  Blink
  Turns an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.
*/
// 定义 LED 引脚，我们将使用 Arduino 板上内置的 LED
// 大多数 Arduino 板上，板载 LED 连接在数字引脚 13
const int ledPin = 13;
// setup() 函数在每次上电或复位时只运行一次
void setup() {
  // 初始化数字引脚 ledPin 作为输出
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
// loop() 函数在 setup() 执行完毕后，会无限循环地执行
void loop() {
  // 点亮 LED (将电压设为高电平)
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  // 等待一秒钟 (1000 毫秒)
  delay(1000);
  // 熄灭 LED (将电压设为低电平)
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  // 再等待一秒钟
  delay(1000);
}

上传代码：
- 点击工具栏上的 “上传” 按钮（一个向右的箭头）。
- IDE 会先“编译”你的代码，然后将其上传到 Arduino 板上。
- 如果一切顺利,你会看到 IDE 底部显示“上传成功”，并且你 Arduino 板上的 L 标签灯会开始以 1 秒的间隔闪烁！

恭喜！你已经成功运行了第一个 Arduino 程序！

第三部分：Arduino 编程语言核心

1 结构：`setup()` 和 `loop()`

每个 Arduino 程序都包含两个核心函数：

void setup(): 这个函数在程序开始时只运行一次，通常用于初始化设置，比如设置引脚模式（输入/输出）、启动串口通信等。
void loop(): 这个函数在 setup() 运行完毕后，会无限循环地执行，这是你的程序主要逻辑所在的地方。

2 数据类型

数据类型定义了变量可以存储哪种类型的数据。

数据类型	大小 (字节)	描述	范围
`void`	0	表示“无类型”或“无值”	-
`bool`	1	布尔值	`true` 或 `false`
`char`	1	字符	-128 到 127
`unsigned char`	1	无符号字符	0 到 255
`int`	2	整数	-32,768 到 32,767
`unsigned int`	2	无符号整数	0 到 65,535
`long`	4	长整数	-2,147,483,648 到 2,147,483,647
`float`	4	单精度浮点数	-3.4028235E+38 到 3.4028235E+38
`String`	-	字符串对象	-

3 变量与常量

变量: 用于存储数据，其值可以在程序中改变。
- 语法：数据类型变量名;
- 示例：int sensorValue;
常量: 用于存储固定不变的值，一旦定义就不能修改。
- 语法：const 数据类型常量名 = 值;
- 示例：const int ledPin = 13; （我们之前就用过）

4 运算符

算术运算符: (加), (减), (乘), (除), (取模)
比较运算符: (等于), (不等于), > (大于), < (小于), >= (大于等于), <= (小于等于)
逻辑运算符: && (与), (或), (非)

5 控制结构

控制结构用于控制代码的执行流程。

if...else: 条件判断

if (x > 100) {
  // x 大于 100，执行这里的代码
} else {
  // 否则，执行这里的代码
}

for: 循环执行固定次数

// 初始化 i=0; 当 i < 10 时循环; 每次循环后 i+1
for (int i = 0; i < 10; i++) {
  // 这段代码会执行 10 次
}

while: 当条件为真时，循环执行

while (x > 0) {
  // 只要 x 大于 0，就会一直执行
  x--;
}

6 函数

函数是一段可以重复使用的代码块,除了 setup() 和 loop()，Arduino 还提供了大量内置函数来操作硬件，我们将在下一部分详细讲解，你也可以自己定义函数。

第四部分：核心库函数详解

这些是 Arduino 编程中最常用、最重要的函数。

1 数字 I/O (Digital I/O)

用于控制只有“开/关”两种状态的引脚。

pinMode(pin, mode)
- 作用: 设置引脚的工作模式。
- 参数:
  - pin: 你要设置的引脚号（如 2, 3, 13）。
  - mode: 模式，可以是 INPUT（输入）或 OUTPUT（输出）。
- 示例: pinMode(13, OUTPUT);
digitalWrite(pin, value)
- 作用: 向一个设置为输出的引脚写入高电平或低电平。
- 参数:
  - pin: 引脚号。
  - value: 值，可以是 HIGH（高电平，约 5V）或 LOW（低电平， 0V）。
- 示例: digitalWrite(13, HIGH);
digitalRead(pin)
- 作用: 读取一个设置为输入的引脚的状态。
- 参数:
  - pin: 引脚号。
- 返回值: HIGH 或 LOW。
- 示例: int buttonState = digitalRead(2);

2 模拟 I/O (Analog I/O)

用于处理连续变化的信号,如亮度、温度、声音等。

analogWrite(pin, value)
- 作用: 向一个设置为输出的引脚写入一个模拟值（PWM 信号）。
- 注意: 只有标记了的引脚（如 UNO 上的 ~3, ~5, ~6, ~9, ~10, ~11）才能使用此函数。
- 参数:
  - pin: 引脚号。
  - value: 一个 0 到 255 之间的整数，0 对应 0V，255 对应 5V。
- 示例: analogWrite(9, 128); // 在引脚 9 上输出 2.5V
analogRead(pin)
- 作用: 从一个模拟输入引脚读取一个模拟值。
- 注意: Arduino UNO 有 6 个模拟输入引脚（A0 到 A5）。
- 参数:
  - pin: 引脚号（A0 到 A5）。
- 返回值: 一个 0 到 1023 之间的整数，0 对应 0V，1023 对应 5V。
- 示例: int sensorValue = analogRead(A0);

3 时间函数

delay(ms)
- 作用: 暂停程序的执行指定的毫秒数。
- 参数: ms (毫秒)。
- 示例: delay(1000); // 暂停 1 秒
- 注意: 在 delay 期间，Arduino 什么都做不了，程序被“阻塞”了。

millis()

作用: 返回 Arduino 板开始运行当前程序以来的毫秒数。
返回值: unsigned long 类型的毫秒数。
用途: 这是一个非常重要的非阻塞式计时方法，你可以用它来创建不使用 delay 的定时器。

示例:

unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 1000; // 间隔 1 秒
void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis();
  if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = currentMillis;
    // 执行需要每隔一秒执行一次的操作
    digitalWrite(13, !digitalRead(13)); // 切换 LED 状态
  }
  // 在这里可以添加其他不会阻塞的代码
}

4 `Serial` 通信

用于在 Arduino 和电脑之间发送和接收数据，是调试程序的神器。

Serial.begin(speed)
- 作用: 启动串口通信。
- 参数: speed (波特率)，常用的有 9600, 115200。必须保证电脑端和 Arduino 端的波特率一致！
- 示例: Serial.begin(9600); // 通常放在 setup() 里
Serial.print(data)
- 作用: 向电脑发送数据，数据发送后不换行。
- 示例: Serial.print("Hello, ");
Serial.println(data)
- 作用: 向电脑发送数据，并在末尾添加一个换行符（\n），这会让数据显示在不同的行上，非常方便。
- 示例: Serial.println("World!");
Serial.available()
- 作用: 检查串口缓冲区中是否有可读取的数据，如果有，返回大于 0 的数；否则返回 0。
- 用途: 通常在 loop() 中使用，判断是否收到了电脑发来的指令。
Serial.read()
- 作用: 读取串口缓冲区中的一个字节（一个字符）。
- 返回值: 读取到的字符，如果缓冲区为空则返回 -1。

第五部分：实战项目

项目1：呼吸灯

目标: 让 LED 的亮度像呼吸一样平滑地渐亮再渐暗。

硬件:

Arduino UNO
LED
220Ω 电阻
面包板和跳线

接线:

LED 长脚（阳极） -> 电阻 -> Arduino 数字引脚 9
LED 短脚（阴极） -> Arduino GND

代码:

// 定义 LED 引脚
const int ledPin = 9; // 必须是支持 PWM 的引脚
void setup() {
  // 设置 ledPin 为输出
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
  // 渐亮
  for (int brightness = 0; brightness <= 255; brightness++) {
    analogWrite(ledPin, brightness);
    delay(10); // 控制渐变速度
  }
  // 渐暗
  for (int brightness = 255; brightness >= 0; brightness--) {
    analogWrite(ledPin, brightness);
    delay(10); // 控制渐变速度
  }
}

项目2：读取并显示光敏电阻数据

目标: 读取光敏电阻的值，并通过串口监视器显示出来。

硬件:

Arduino UNO
光敏电阻
10kΩ 电阻
面包板和跳线

接线:

5V -> 光敏电阻一端
光敏电阻另一端 -> Arduino 模拟引脚 A0
A0 -> 10kΩ 电阻 -> GND
（这种接线方式称为“分压电路”）

代码:

// 定义模拟输入引脚
const int sensorPin = A0;
void setup() {
  // 初始化串口通信，波特率设为 9600
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  // 读取传感器的值 (0-1023)
  int sensorValue = analogRead(sensorPin);
  // 通过串口输出读取到的值
  Serial.print("Sensor Value: ");
  Serial.println(sensorValue);
  // 等待一会儿，避免串口监视器刷新太快
  delay(500);
}

操作: 上传代码后，点击 Arduino IDE 右上角的 “放大镜” 图标打开串口监视器，你就能看到实时变化的光照数据了，用手遮挡光敏电阻，观察数值的变化。

第六部分：进阶学习资源

当你掌握了基础后,可以探索以下资源来继续学习：

Arduino 官方网站: (https://www.arduino.cc/)
- 官方文档: 最权威的参考手册。
- 教程: 官方提供的各种项目教程。
- 社区: 可以向全球的爱好者提问。
GitHub - Arduino Library: (https://github.com/arduino)

所有官方库的源代码都在这里,你可以学习它们是如何实现的。
社区和论坛:
- Arduino 中文论坛: 国内非常活跃的 Arduino 社区。
- Reddit (r/arduino): 国际知名的 Arduino 社区。
YouTube 频道:
- Paul McWhorter: 非常适合初学者的英文教程，讲解清晰。
- GreatScott!: 项目导向，教你如何用 Arduino 创造有趣的东西。
- 国内各大创客/电子 UP主: 搜索“Arduino 教程”，有大量优秀的中文视频资源。
购买更多传感器和模块:
- 购买一个 传感器套件，里面包含了各种常见的传感器（温湿度、超声波、红外等），这是实践和提升最快的方式。

也是最重要的建议： 动手！动手！再动手！ 编程和电子是实践性极强的学科，不要只看不练，哪怕只是修改一下 delay 的时间，或者换个引脚，都是一次宝贵的学习，祝你玩得开心！

Arduino编程语言怎么学？