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零基础入门学用Arduino 第一部分（三）

news 来源：原创 2024/9/29 12:23:23

重要的内容写在前面：

该系列是以up主太极创客的零基础入门学用Arduino教程为基础制作的学习笔记。
个人把这个教程学完之后，整体感觉是很好的，如果有条件的可以先学习一些相关课程，学起来会更加轻松，相关课程有数字电路（强烈推荐先学数电，不然可能会有一些地方理解起来很困难）、模拟电路等，然后就是C++（注意C++是必学的）。
文章中的代码都是跟着老师边学边敲的，不过比起老师的版本我还把注释写得详细了些，并且个人认为重要的地方都有详细的分析。
一些函数的介绍有参考太极创客官网给出的中文翻译，为了便于现查现用，把个人认为重要的部分粘贴了过来并做了一些修改。
如有错漏欢迎指正。

视频链接：1-0 教程介绍_哔哩哔哩_bilibili

太极创客官网：太极创客 – Arduino, ESP8266物联网的应用、开发和学习资料

七、模拟输出

1、模拟输出函数analogWrite

（1）analogWrite函数借助PWM调制，可以用于输出模拟信号，它有两个参数，第一个参数是模拟引脚号，第二个参数是0到255之间的PWM频率值，0对应“off”，255对应“on”。

（2）在Arduino UNO控制器中，5号引脚和6号引脚的PWM频率为980Hz。在一些基于ATmega168和ATmega328的Arduino控制器中，analogWrite函数支持引脚 3、5、6、9、10、11（在开发板上的引脚处有“~”标记）。

（3）PWM（Pulse Width Modulation）即脉冲宽度调制，在具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速、开关电源等领域。

（4）PWM频率值0-255对应占空比0%-100%，呈正比关系，如下图所示。如果有规律地改变PWM频率值，就能产生等效的模拟波形（如上图紫色虚线描绘的波形），当然，PWM频率值固定，也能产生一个等效的模拟电压，其值不局限于高电平或低电平标定的电压，电压值取决于PWM频率值。

2、例1——按键控制LED亮度

（1）根据下图所示将电路连接好，其中电阻可选220Ω（总之在确保不宜过小的前提下不要太大即可）。

（2）将下面的程序下载到开发板中，首先LED会获得一个适中的亮度，持续按下按键1，LED的亮度会持续下降直至熄灭，持续按下按键2，LED的亮度会持续上升直至程序设定的最大值。

bool pushButton1;   // 创建布尔型变量用来存储按键开关1的电平状态
bool pushButton2;   // 创建布尔型变量用来存储按键开关2的电平状态
int ledPin = 9;        //LED引脚号
int brightness = 128;  //LED亮度参数（255/2=127.5，一个适中的亮度参数）void setup() 
{pinMode(2, INPUT_PULLUP); //将引脚2设置为输入上拉模式pinMode(8, INPUT_PULLUP); //将引脚8设置为输入上拉模式pinMode(ledPin, OUTPUT);  //将LED引脚设置为输出模式Serial.begin(9600);      //启动串口通讯，波特率为9600
}void loop() 
{pushButton1 = digitalRead(2); //读取引脚2电平状态并将其赋值给布尔变量pushButton1pushButton2 = digitalRead(8); //读取引脚8电平状态并将其赋值给布尔变量pushButton2if (!pushButton1 && brightness > 0)  //当（持续）按下按键开关1并且LED亮度参数大于0{brightness--;                           //减低LED亮度参数} else if (!pushButton2 && brightness < 255) //当（持续）按下按键开关2并且LED亮度参数小于255{brightness++;                           //增加LED亮度参数}analogWrite(ledPin, brightness);         //模拟输出控制LED亮度Serial.println(brightness);              //将LED亮度参数显示在串口监视器上delay(10);
}

①持续按下按键1，引脚2将持续处于低电平，每执行一次loop函数，brightness都进行一次自减，直至按键1被松开或者亮度参数减小至0，同时loop函数会将当前的亮度参数作为模拟量输出到引脚9上，并通过串口将当前的亮度参数输出到监视器上。

②持续按下按键2，引脚8将持续处于低电平，每执行一次loop函数，brightness都进行一次自减，直至按键2被松开或者亮度参数增加至255，同时loop函数会将当前的亮度参数作为模拟量输出到引脚9上，并通过串口将当前的亮度参数输出到监视器上。

③程序没有做异常情况的处理，比如两个按键同时按下，这种情况理论上是不允许的。

④亮度参数的取值范围为0-255，若不将其限定在此范围，那么它作为analogWrite函数的参数，会发生强制类型转换，最终的结果也会在0-255之间，至于强制类型转换会发生什么，这里不再赘述。

3、例2——LED呼吸灯

（1）根据下图所示将电路连接好，其中电阻可选220Ω（总之在确保不宜过小的前提下不要太大即可）。

（2）将下面的程序下载到开发板中，可以发现LED灯的亮度从暗变亮，再从亮变暗，以此往复，做一个周期性的“呼吸”。

void setup() 
{pinMode(9, OUTPUT);      //设置9号引脚为输出模式Serial.begin(9600);     //启动串口通讯
}void loop() 
{// LED由暗到明for (int brightness = 0; brightness <= 255; brightness+=5){analogWrite(9, brightness);   Serial.println(brightness);delay(10);}// LED由明到暗  for (int brightness = 255; brightness >=0 ; brightness-=5){analogWrite(9, brightness);Serial.println(brightness);delay(10);}
}

①LED由暗到明的过程由一个for循环控制，首先亮度参数的初始值为0，它会随着时间的流逝而逐渐增加，直至到达最大值255，for循环结束。

②LED由明到暗的过程也由一个for循环控制，首先亮度参数的初始值为255，它会随着时间的流逝而逐渐减小，直至到达最小值0，for循环结束。

③loop函数重复执行上述两个for循环，以此达到呼吸灯的效果。

八、模拟输入

1、模拟输入函数analogRead

（1）analogRead函数仅有一个参数用于指示模拟引脚，该函数用于从Arduino的模拟输入引脚读取模拟电压的数值。

（2）Arduino控制器有多个10位数模转换通道，这意味着Arduino可以将0-5V的电压输入信号映射到数值0-1023（210）。关于数模转换这里不进行详细介绍，总之就是将输入的模拟量转换成单片机能“读懂”的数字信号，或者说将模拟量转换为二进制的形式供计算机接收。

（3）引脚的输入范围以及解析度可以使用analogReference指令进行调整。

（4）Arduino控制器读取一次模拟输入需要消耗100微秒的时间（0.0001秒），控制器读取模拟输入的最大频率是每秒10000次。

（5）在模拟输入引脚没有任何连接的情况下，用analogRead指令读取该引脚，这时获得的返回值为不固定的数值，这个数值可能受到多种因素影响，比如将手靠近引脚也可能使得该返回值产生变化。

2、例——电位器控制LED灯亮度

（1）根据下图所示将电路连接好，其中电位器的总电阻为10kΩ，连接LED的电阻可选220Ω（总之在确保不宜过小的前提下不要太大即可）。

（2）将下面的程序下载到开发板中，转动电位器，可以发现LED灯的亮度随之发生变化。

void setup() 
{Serial.begin(9600);  //串口通讯初始化(9600 bps)pinMode(9, OUTPUT);  //设置9号引脚为输出模式
}void loop() 
{int analogInputVal = analogRead(A0);  //读取模拟输入值 int brightness = map(analogInputVal, 0, 1023, 0, 255); //将模拟输入数值（0 - 1023）等比映射到模拟输出数值区间（0-255）内，根据该映射关系由analogInputVal得出brightnessanalogWrite(9, brightness);  //根据模拟输入值调节LED亮度//将结果通过串口监视器显示Serial.print("analogInputVal = ");Serial.println(analogInputVal);Serial.print("brightness = ");Serial.println(brightness);Serial.println("");
}

①电位器的两端引脚分别接5V和GND，中间引脚连接Arduino的引脚A0，转动电位器，引脚A0的电压随之发生改变，程序需要不断地将当前电压记录在变量analogInputVal中，当然，记录的值并不完全等于电压值，只是它与实际电压值有一个映射关系（或者说线性关系）。

②analogRead函数的返回值范围为0-1023（针对本项目而言），而LED灯的亮度参数取值范围为0-255，虽然二者取值范围不同，但是可以为它们构造一个等比映射的关系，如下图所示，这样，引脚A0的电压值就能与LED灯的亮度参数存在一个映射关系（或者说线性关系）。