【单片机】Arduino（以UNO R3为例）
文章目錄
- 單片機(jī)是什么？
- 如何學(xué)習(xí)單片機(jī)
- Arduino系列單片機(jī)介紹
- 官網(wǎng)文件
- 其他問題匯總 /* 2021.10.24更新 */
- Arduino語言
- 1. C語言基礎(chǔ)
- 2. 數(shù)據(jù)類型
- （1）各數(shù)據(jù)類型占用字節(jié)數(shù)
- （2）Arduino中特有的數(shù)據(jù)類型
- ?? i) boolean ··· 布爾類型
- ?? ii) byte ··· 字節(jié)類型
- ?? iii) word ··· 字類型
- ?? iv) String ··· 特殊的字符串
- 3. 程序結(jié)構(gòu)
- 4. 函數(shù)總結(jié)
- （1）數(shù)字 I/O（GPIO）
- pinMode()
- digitalWrite()
- digitalRead()
- （2）模擬 I/O（ADC & Timer）
- analogRead()
- analogWrite()
- （3）高級(jí) I/O（Soft USART）
- shiftOut()
- shiftIn()
- pulseIn()
- tone()
- noTone()
- （4）時(shí)間函數(shù)（Timer）
- millis()
- micros()
- delay()
- delayMicroseconds()
- （5）數(shù)學(xué)函數(shù)
- min()
- max()
- constrain()
- map()
- pow()
- sqrt()
- 三角函數(shù)
- （6）字符判斷函數(shù)
- （7）隨機(jī)函數(shù)
- random()
- randomSeed()
- （8）字節(jié)函數(shù)
- （9）外部中斷函數(shù)（GPIO Interrupt）
- interrupts()
- noInterrupts()
- attachInterrupt()
- detachInterrupt()
- 串行通訊（Hardware）
- UART
- if (Serial)
- available()
- availableForWrite()
- begin()
- end()
- write()
- read()
- peek()
- print()
- println()（ln為"line"的縮寫）
- readBytes()
- readBytesUntil()
- readString()
- readStringUntil()
- find()
- findUntil()
- flush()
- setTimeout()
- parseFloat()
- parseInt()
- SPI
- I2C
- 高級(jí)應(yīng)用：用AVR開發(fā)Arduino
- 其他操作
- 1. Arduino IDE的“高級(jí)用法”——串口繪圖器
- 2. Arduino IDE的替代編輯器——Visual Studio Code
- 3. Arduino IDE v2.0 Beta版本
- 4. 記錄兩個(gè)寫得非常好的教程
單片機(jī)是什么？
??單片機(jī)，全稱單片微型計(jì)算機(jī)（英語：Single-chip Microcomputer），又稱微控制器單元（Microcontroller Unit），是把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（timer/counter）、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。與應(yīng)用在個(gè)人電腦中的通用型微處理器相比，它更強(qiáng)調(diào)自供應(yīng)（不用外接硬件）和節(jié)約成本。它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表內(nèi)部，但存儲(chǔ)量小，輸入輸出接口簡單，功能較低。由于其發(fā)展非常迅速，舊的定義已不能滿足，所以在很多應(yīng)用場合被稱為微控制器，中文翻譯為“單片機(jī)”，英文縮寫為MCU。
參考: 單片機(jī)-維基百科
如何學(xué)習(xí)單片機(jī)
??在經(jīng)過電賽那段時(shí)間的培訓(xùn)之后，我突然覺得，想要真正掌握一款單片機(jī)，首先是要理解單片機(jī)的原理，這也是最重要的，不理解單片機(jī)的工作原理只是不斷地套代碼，確實(shí)也可以做成一些項(xiàng)目，但如果遇到比較底層的問題想要解決可能就會(huì)很困難。
??其次的話，我覺得就是要學(xué)會(huì)看官方手冊(cè)，和真正理解示例代碼。很多人包括我，在入門的時(shí)候往往會(huì)被官方手冊(cè)中大段的英文以及示例中幾百行代碼（或注釋）嚇得有點(diǎn)怕，但后來我的老師告訴了我一個(gè)很簡單但卻被忽略的方法：根據(jù)自己學(xué)過的知識(shí)抓住關(guān)鍵，不求全部看懂，先理解框架。所以：先求完成，再求完美，切勿好高騖遠(yuǎn)。 與君共勉！
Arduino系列單片機(jī)介紹
官網(wǎng)文件
??注：Arduino主要編寫語言為C/C++。
??為了詳細(xì)了解Arduino單片機(jī)的信息，我們需要到官網(wǎng)去查找更詳細(xì)的資料，首先打開官網(wǎng)：https://www.arduino.cc/，在搜索欄中搜索對(duì)應(yīng)的型號(hào)，這里以UNO R3這個(gè)型號(hào)為例（其他型號(hào)類似）進(jìn)入詳情頁面：
??這里截取官網(wǎng)提供的引腳圖，建議一定要保存一份！！！
??繼續(xù)往下翻，可以看到Features（UNO的特性介紹）板塊：
??在最后的Resource板塊還可以下載Arduino相關(guān)的資料及集成開發(fā)環(huán)境，這里方便起見，匯總一下：
??到此，官方的相關(guān)文件初步下載完畢了，IDE也安裝完畢，現(xiàn)在就可以開始學(xué)習(xí)Arduino的語言了。
其他問題匯總 /* 2021.10.24更新 */
??之前一直以為這篇教程寫得非常完善了，但還有一些電氣特性沒有交代好，下面補(bǔ)充一下。
- Arduino數(shù)字引腳是TTL電平，這個(gè)在使用的時(shí)候還是需要注意一下。具體可以參考這篇鏈接。
- Arduino一共有3種供電方案，相信這也是很多人開始使用Arduino時(shí)非常關(guān)注的點(diǎn)。第一種是最常見的，也就是用USB供電，比如插在電腦上或者充電寶等。第二種是使用直流穩(wěn)壓5V供電，方法是接入5V和GND，這種一定要保證電源電壓的穩(wěn)定性。第三種是Vin輸入，輸入7-12V，如果低于7V，可能會(huì)導(dǎo)致Arduino工作不穩(wěn)定。第四種是黑色端子輸入電壓，要求輸入電壓為9-12V，如果低于9V，可能會(huì)導(dǎo)致Arduino工作不穩(wěn)。具體可以參考這篇文章。
- 這里有一個(gè)比較完整的介紹文件，可以參考一下，鏈接。
Arduino語言
1. C語言基礎(chǔ)
??此處一些C語言的基本用法（包括基本數(shù)據(jù)變量，基本程序結(jié)構(gòu)等）就不再介紹了，如果有需求的可以去網(wǎng)上找一些資料復(fù)習(xí)一下，也可以看看這個(gè)鏈接。
2. 數(shù)據(jù)類型
（1）各數(shù)據(jù)類型占用字節(jié)數(shù)
??注意：在單片機(jī)的程序中，很多時(shí)候只會(huì)關(guān)注數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，而不關(guān)心它到底是什么類型的。另外，數(shù)據(jù)類型占用的字節(jié)數(shù)與單片機(jī)的位數(shù)無關(guān)！！！而是與編譯器的類型有關(guān)，詳情可以參見這篇博客：int字節(jié)問題說明
（2）Arduino中特有的數(shù)據(jù)類型
?? i) boolean ··· 布爾類型
???布爾類型占用1個(gè)字節(jié)，其值只能為1（true）或 0（false）。關(guān)于bool和boolean可以參考這篇文章。
?? ii) byte ··· 字節(jié)類型
???儲(chǔ)存的數(shù)值范圍為0到255，占用1個(gè)字節(jié)。
?? iii) word ··· 字類型
???在UNO等基于ATMEGA芯片的板子上，word為無符號(hào)16位整數(shù)，其他型號(hào)為無符號(hào)32位整數(shù)。
?? iv) String ··· 特殊的字符串
???String類型（首字母為大寫）本質(zhì)上為一個(gè)類，允許以比字符數(shù)組更復(fù)雜的方式使用和操作文本字符串。 可以連接字符串、附加、搜索和替換子字符串等。 它比簡單的字符數(shù)組需要更多的內(nèi)存，但也更有用。
???另外需要注意的是，雙引號(hào)內(nèi)的一個(gè)字符串會(huì)被看作字符數(shù)組，而不是String類的實(shí)例。
???構(gòu)建一個(gè)String類有很多種方法，如下所示：
String stringOne = "Hello String"; // using a constant String String stringOne = String('a'); // converting a constant char into a String String stringTwo = String("This is a string"); // converting a constant string into a String object String stringOne = String(stringTwo + " with more"); // concatenating two strings String stringOne = String(13); // using a constant integer String stringOne = String(analogRead(0), DEC); // using an int and a base String stringOne = String(45, HEX); // using an int and a base (hexadecimal) String stringOne = String(255, BIN); // using an int and a base (binary) String stringOne = String(millis(), DEC); // using a long and a base String stringOne = String(5.698, 3); // using a float and the decimal places（保留3位小數(shù)）???String類相關(guān)操作函數(shù)總結(jié)
string.charAt(n); //訪問第n+1個(gè)字符，返回該字符 string.setCharAt(index, c); //將string中的index位置的字符設(shè)為c string.compareTo(string2); //按字母比較兩個(gè)字符串，如果string > string2，返回正值，如果 //string < string2，返回負(fù)值，如果相等，返回0。另外，string這種類型可以用運(yùn)算符進(jìn)行比較和運(yùn)算 //比如 ==, !=,>, < ,>=, <= string.equals(string2); //判斷string和string2是否相等，相當(dāng)于 string == string2 string.equalsIgnoreCase(string2); //忽略字符大小寫的比較，返回一個(gè)布爾值 string3 = string.concat(string, string2); //string3 = string + string2; string.concat(string2); //string += string2; /*string類型還可以加上字符（常、變）、整數(shù)（常、變）、字符串（常），但要注意不能混用： stringThree = stringOne + 123456789; stringThree = stringOne + 'A'; stringThree = stringOne + "abc"; */ string.c_str();//將string轉(zhuǎn)換成C風(fēng)格的無終止符的字符串，返回的是字符串首地址，一個(gè)指針。 string.endsWith(string2);//判斷string是否以string2中的字符結(jié)尾，返回一個(gè)布爾值 string.startsWith(string2, n);//判斷從第n+1個(gè)字符開始，string是不是以string2開頭，n默認(rèn)為0，返回一個(gè)布爾值 string.getBytes(buf, len);//將string存入len長度的緩存區(qū)buf中。string.indexOf(val); //在string中搜索字符或字符串val，默認(rèn)從頭開始搜索 string.indexOf(val, from);//如果加上了from，則從from處開始檢索，返回val所在的位置，如果沒找到，返回-1 string.lastIndexOf(val);//和上面一樣，只是從后開始檢索 string.lastIndexOf(val, from);string.length();//求字符串的長度 string.remove(index); //移除從index開始后的count個(gè)數(shù)的字符，若沒有count，則默認(rèn)到末尾 string.remove(index, count); //就地轉(zhuǎn)換，無返回值 string.replace(substring1, substring2);//將string中的子字符串substring1替換為substring2，返回新的字符串 string.reserve(size);//給string申請(qǐng)size大小的存儲(chǔ)空間 string.substring(from); //截取string的子字符串，從from（包含）到to（不包含）， string.substring(from, to); //如果沒有to，則默認(rèn)到末尾，返回子字符串 string.toCharArray(buf, len); //將字符串由String類型轉(zhuǎn)換成char[]類型，其中buf為轉(zhuǎn)換后的字符數(shù)組，len為buf的長度 string.toInt(); //將字符串轉(zhuǎn)換為整型，要求string第一個(gè)字符必須為數(shù)字，如果遇到非數(shù)字字符，轉(zhuǎn)換將停止，函數(shù)返回一個(gè)long類型，如果字符串開頭不是數(shù)字，則返回0 string.toFloat(); //將字符串轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型，和上面一樣，要求字符串第一個(gè)字符為數(shù)字，如果遇到非字符數(shù)字或小數(shù)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換將停止，如果只有整數(shù)，后面默認(rèn)加上“.00”，返回一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，注意數(shù)字有效數(shù)字為6-7位 string.toLowerCase(); //將字符串轉(zhuǎn)換為小寫字母，就地轉(zhuǎn)換，無返回值 string.toUpperCase(); //將字符串轉(zhuǎn)換為大寫字母，就地轉(zhuǎn)換，無返回值 string.trim(); //獲取刪除開頭和結(jié)尾whitespace的字符串版本，就地轉(zhuǎn)換，無返回值 char thisChar = string1[n]; //用[]訪問特定位置的元素3. 程序結(jié)構(gòu)
??每次新建一個(gè)uno程序時(shí)，都可以看到如下這個(gè)界面，
??由此可知，程序預(yù)置了兩個(gè)函數(shù)，分別是setup（）和loop（）。
- setup() ：每次Arduino上電或按下reset按鈕時(shí)，程序會(huì) 執(zhí)行一遍 setup中的內(nèi)容，因此一般用來初始化變量（不能聲明變量！），設(shè)置引腳模式，開始使用庫等操作。
- loop() ：運(yùn)行完setup函數(shù)后，程序會(huì) 反復(fù)執(zhí)行 loop中的內(nèi)容，所以如果在loop程序中放置死循環(huán)（比如while(1)），那么死循環(huán)前的程序只會(huì)執(zhí)行一次。
??注意：uno程序中沒有main函數(shù)
4. 函數(shù)總結(jié)
（1）數(shù)字 I/O（GPIO）
pinMode()
a. 功能
設(shè)置 數(shù)字引腳（GPIO） 的輸入輸出模式
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：GPIO引腳號(hào)（參考上文中的引腳圖 D開頭的引腳）
mode：輸入輸出模式，有以下選項(xiàng)：
- INPUT：輸入模式，禁用上拉電阻
- INPUT_PULLUP：輸入模式，使能上拉電阻
- OUTPUT：輸出模式
d. 返回值
無
e. 說明
digitalWrite()
a. 功能
設(shè)置GPIO引腳的輸出電平（高低）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：GPIO引腳號(hào)（參考上文中的引腳圖 D開頭的引腳）
value：電平值，有以下選項(xiàng)：
- HIGH：輸出高電平，5V（如果是3.3V的板子則是3.3V）
- LOW：輸出低電平（0V，ground）
d. 返回值
無
e. 說明
digitalRead()
a. 功能
讀取GPIO引腳電平
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：GPIO引腳號(hào)（參考上文中的引腳圖 D開頭的引腳）
d. 返回值
引腳電平值，為HIGH（對(duì)應(yīng)高電平）或LOW（對(duì)應(yīng)低電平）
e. 說明
如果該引腳為空，則返回值是隨機(jī)的，HIGH或LOW。
（2）模擬 I/O（ADC & Timer）
analogRead()
a. 功能
讀取引腳模擬值
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：模擬引腳號(hào)（0 ~ 5或A0 ~ A5）
d. 返回值
一個(gè)整型數(shù)，0 ~ 1023，對(duì)應(yīng)電壓值為0 ~ 5V，每增加4.88mV，返回值增加1。
e. 說明
NADC=1023?VinVrefN_{ADC}=1023\cdot \frac{V_{in}}{V_{ref}} NADC?=1023?Vref?Vin??
其中參考電壓Vref默認(rèn)值為5V，如果需要設(shè)置其他的參考電壓，可以使用 analogReference(type) 函數(shù)，其參數(shù)type如下所示
-
- DEFAULT：默認(rèn)參考電壓值
- INTERNAL：一個(gè)內(nèi)置的參考電壓，ATmega168和ATmega328為1.1V；ATmega8為2.56V（Mega不適用）
- INTERNAL1V1：內(nèi)置的1.1V參考電壓（只有Mega適用）
- INTERNAL2V56：內(nèi)置的2.56V參考電壓（只有Mega適用）
- EXTERNAL：外接參考電壓（AREF引腳），但電壓范圍必須在 0 ~ 5V之間！
analogWrite()
a. 功能
特定的數(shù)字引腳輸出PWM波
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：特定的數(shù)字引腳，在Arduino UNO中只有引腳3、5、6、9、10、11支持PWM輸出（即引腳數(shù)字前有波浪線的引腳）。
value：PWM占空比（the duty cycle），一個(gè)整型數(shù)，范圍在0 ~ 255之間。
d. 返回值
無
e. 說明
- PWM輸出其本質(zhì)是調(diào)用定時(shí)器的比較模塊，而Arduino UNO中內(nèi)置了三個(gè)定時(shí)器，分別是Timer0，Timer1、Timer2。
- Timer0 為8位定時(shí)器，對(duì)應(yīng)引腳5和6，其產(chǎn)生的PWM頻率為490HZ
- Timer1 為16位定時(shí)器，對(duì)應(yīng)引腳9和10，其產(chǎn)生的PWM的頻率為980HZ
- Timer2 為8位定時(shí)器，對(duì)應(yīng)引腳3和11，其產(chǎn)生的PWM頻率為490HZ
- 此外，由于delay()、millis()、delayMicroseconds() 等函數(shù)依賴于定時(shí)器Timer0，因此5、6引腳輸出的PWM波的占空比可能會(huì)高于預(yù)期值（higher-than-expected）
- 調(diào)用analogWrite()函數(shù)前可以不調(diào)用pinMode()函數(shù)。
- analogWrite()函數(shù)雖然和analogRead()函數(shù)很相近，但二者沒有任何關(guān)系，一個(gè)是定時(shí)器的比較模塊，一個(gè)是ADC模塊。
（3）高級(jí) I/O（Soft USART）
shiftOut()
a. 功能
串行輸出數(shù)據(jù)，一次一位（one bit a time）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
dataPin: 串行輸出數(shù)據(jù)的引腳號(hào)(int)
clockPin: 時(shí)鐘引腳號(hào)(int)
bitOrder: 串行傳輸數(shù)據(jù)的順序，有以下選項(xiàng)：
- MSBFIRST（Most Significant Bit First）：從左往右傳輸，大數(shù)優(yōu)先
- LSBFIRST（Least Significant Bit First）：從右往左傳輸，小數(shù)優(yōu)先
value: 需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(byte)
d. 返回值
無
e. 說明
shiftIn()
a. 功能
串行讀取數(shù)據(jù)，一次一位（one bit a time）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
dataPin: 串行輸出數(shù)據(jù)的引腳號(hào)(int)
clockPin: 時(shí)鐘引腳號(hào)(int)
bitOrder: 串行傳輸數(shù)據(jù)的順序，有以下選項(xiàng)：
- MSBFIRST（Most Significant Bit First）：從左往右傳輸，最高位優(yōu)先
- LSBFIRST（Least Significant Bit First）：從右往左傳輸，最低位優(yōu)先
d. 返回值
讀取的數(shù)據(jù)（byte）
e. 說明
參考shiftOut
pulseIn()
a. 功能
讀取脈沖（高脈沖或低脈沖）的時(shí)間寬度
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：脈沖讀取引腳；
value：讀取脈沖的形式（高脈沖、低脈沖）：
- HIGH：讀取高脈沖（高電平持續(xù)時(shí)間）
- LOW：讀取低脈沖（低電平持續(xù)時(shí)間）
timeout（optional）：等待時(shí)間（unsigned long，單位：μs）
d. 返回值
脈沖的時(shí)間寬度（單位：μs），如果在timeout時(shí)間內(nèi)沒有讀取到脈沖則返回0.
e. 說明
脈沖長度讀取范圍為 10μs~3min，超過這個(gè)范圍讀取值會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤
tone()
a. 功能
產(chǎn)生特定頻率的方波（即音調(diào)）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：產(chǎn)生音調(diào)的引腳
frequency：音調(diào)的頻率（單位：Hz）
duration（optional）：持續(xù)時(shí)間（單位：μs），如果沒有則音調(diào)直到調(diào)用noTone函數(shù)時(shí)停止。
d. 返回值
無
e. 說明
noTone()
a. 功能
停止引腳上的音頻輸出
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：需要停止輸出音頻的引腳。
d. 返回值
無
（4）時(shí)間函數(shù)（Timer）
millis()
a. 功能
返回定時(shí)器的計(jì)數(shù)值（單位：ms）——自程序運(yùn)行開始計(jì)時(shí)，大約50天溢出 （根據(jù)unsigned long數(shù)據(jù)大小算出來的，因此返回值必須用unsigned long類型接收）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
定時(shí)器的計(jì)數(shù)值（單位：ms，unsigned long）
micros()
a. 功能
返回定時(shí)器的計(jì)數(shù)值（單位：μs）——自程序運(yùn)行開始計(jì)時(shí)，大約70min溢出 （根據(jù)unsigned long數(shù)據(jù)大小算出來的，因此返回值必須用unsigned long類型接收）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
定時(shí)器的計(jì)數(shù)值（單位：μs，unsigned long）
delay()
a. 功能
延時(shí)（ms級(jí)）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
ms：延時(shí)時(shí)間，單位為ms（unsigned long）
d. 返回值
無
delayMicroseconds()
a. 功能
延時(shí)（μs級(jí)）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
us：延時(shí)的微秒數(shù)（unsigned long）
d. 返回值
無
e. 說明
（5）數(shù)學(xué)函數(shù)
min()
a. 功能
取兩個(gè)數(shù)中的較小值
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
x，y：需要比較的數(shù)，數(shù)據(jù)類型任意
d. 返回值
兩個(gè)數(shù)中的較小值。
max()
a. 功能
取兩個(gè)數(shù)中的較大值
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
x，y：需要比較的數(shù)，數(shù)據(jù)類型任意
d. 返回值
兩個(gè)數(shù)中的較大值。
e. 說明
constrain()
a. 功能
限制數(shù)據(jù)的范圍。
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
x：需要限制的范圍，任意數(shù)據(jù)類型；
a：限制下限，任意數(shù)據(jù)類型；
b：限制上限，任意數(shù)據(jù)類型。
d. 返回值
- 如果a<=x<=b，返回x；
- 如果x>b，返回b；
- 如果x<a，返回a。
map()
a. 功能
將一個(gè)整數(shù)從一個(gè)范圍映射到另一個(gè)范圍。
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
value：需要映射的值，long類型
fromLow：原范圍下限，long類型
fromHigh：原范圍上限，long類型
toLow：映射的范圍下限，long類型
toHigh：映射范圍上限，long類型
d. 返回值
映射后的值（long）
e. 說明
pow()
a. 功能
指數(shù)運(yùn)算函數(shù)
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
base：底數(shù)（float）
exponent：指數(shù)（float）
d. 返回值
運(yùn)算結(jié)果（double）
sqrt()
a. 功能
求平方根
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
x：需要求平方根的數(shù)，任意數(shù)據(jù)類型
d. 返回值
運(yùn)算結(jié)果（double）
e. 說明
注意與 sq(x) 函數(shù)進(jìn)行區(qū)分，sq(x) 是求x的平方，x為任意數(shù)據(jù)類型。
三角函數(shù)
sin(rad); //rad為弧度，float類型，計(jì)算結(jié)果為double類型 cos(rad); //rad為弧度，float類型，計(jì)算結(jié)果為double類型 tan(rad); //rad為弧度，float類型，計(jì)算結(jié)果為double類型（6）字符判斷函數(shù)
??字符判斷函數(shù)取自C語言的庫<ctype.h>，函數(shù)格式相同：
bool fun_name(char c)即參數(shù)都是char類型，返回值均為布爾型，注意：Arduino中的char類型默認(rèn)是unsigned char！，參考鏈接
isAlphaNumeric(thisChar); //判斷字符是否為數(shù)字或字母('0'~'9','A'~'Z','a'~'z') isAlpha(thisChar); //判斷字符是否為字母Alphabetical('A'~'Z','a'~'z') isLowerCase(thisChar); //判斷字符是否為小寫字母 isUpperCase(thisChar); //判斷字符是否為大寫字母 isSpace(thisChar); //判斷字符是否為空格 isAscii(thisChar); //判斷字符是否為ASCII字符（0~127） isWhitespace(thisChar); //判斷字符是否為whitespace isControl(thisChar); //判斷字符是否為控制字符 isDigit(thisChar); //判斷字符是否為數(shù)字 isGraph(thisChar); //判斷字符是否為可打印字符 isPrintable(thisChar); //判斷字符是否為可打印字符 isPunct(thisChar); //判斷字符是否為標(biāo)點(diǎn)符號(hào) isHexadecimalDigit(thisChar); //判斷字符是否為有效的十六進(jìn)制數(shù)字（7）隨機(jī)函數(shù)
random()
a. 功能
生成一定范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)（整數(shù)）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
max：隨機(jī)數(shù)的上限，不包含（long）
min（optional）：隨機(jī)數(shù)的下限，包含在內(nèi)，沒有默認(rèn)為0
d. 返回值
一個(gè)隨機(jī)數(shù)（long），范圍 [min, max-1]
e. 說明
這個(gè)函數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)確實(shí)是符合隨機(jī)分布，但每次產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)的序列都是一樣的，所以本質(zhì)上是一個(gè)偽隨機(jī)函數(shù)，如果需要產(chǎn)生真隨機(jī)函數(shù)，就需要改變隨機(jī)數(shù)的序列，方法就是利用 randomSeed() 生成一個(gè)隨機(jī)“種子”，或者叫隨機(jī)源，詳情見后面。
randomSeed()
a. 功能
初始化隨機(jī)數(shù)源
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
seed：為一個(gè)整形數(shù)（long or int），但為了保持隨機(jī)性，一般設(shè)置為空引腳的analogRead值，比如analogRead(A0）
d. 返回值
無
（8）字節(jié)函數(shù)
??在單片機(jī)中傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，往往最關(guān)心的就是數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，因此掌握字節(jié)操作函數(shù)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)處理有很大幫助。
lowByte(x); //獲取x的最低字節(jié)，x為任意數(shù)據(jù)類型，返回一個(gè)字節(jié) highByte(x); //獲取x的最低字節(jié)，x為任意數(shù)據(jù)類型，返回一個(gè)字節(jié) bitRead(x, n); //讀取x的第n-1位，最低位為0，從右至左依次增加。返回1或0 bitWrite(x, n, b); //將x的第n-1位寫為b，b為0或1，無返回值 bitSet(x, n); //將x的第n-1位置1 bitClear(x, n); //將x的第n-1位清0（9）外部中斷函數(shù)（GPIO Interrupt）
interrupts()
a. 功能
打開總中斷
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
無
e. 說明
Arduino的中斷默認(rèn)是打開的，只有當(dāng)中斷被關(guān)閉時(shí)才會(huì)使用該函數(shù)重新打開。
noInterrupts()
a. 功能
關(guān)閉總中斷
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
無
attachInterrupt()
a. 功能
設(shè)置中斷服務(wù)程序（Interrupt Service Routine，簡稱ISR）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：中斷引腳，在UNO型號(hào)中，只支持2、3引腳。
ISR：中斷服務(wù)程序（一個(gè)無參數(shù)無返回值的函數(shù)）
mode：中斷模式，有以下選項(xiàng)：
- LOW：在引腳為低電平時(shí)，產(chǎn)生中斷
- CHANGE：引腳電平改變時(shí)（上升沿或下降沿），產(chǎn)生中斷
- RISING：上升沿中斷
- FALLING：下降沿中斷
- HIGH：引腳為高電平時(shí)，發(fā)生中斷 （只支持Due，Zero）
interrupt：或者叫interrupt number，與引腳號(hào)一一對(duì)應(yīng)但不相同，如下圖所示：
d. 返回值
無
e. 說明
??中斷服務(wù)程序（ISR）是一種特殊的函數(shù)，沒有參數(shù)，沒有返回值，當(dāng)程序進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)，總中斷會(huì)關(guān)閉，只有在執(zhí)行完畢當(dāng)前的ISR才能去執(zhí)行下一個(gè)ISR，因此一次只能執(zhí)行一個(gè)ISR，且ISR內(nèi)不能再嵌套ISR。因此，需要依賴中斷的函數(shù)在ISR內(nèi)將失效，比如delay(), millis(), micros() ，而函數(shù)delayMicroseconds() 仍然有效。
??當(dāng)程序有多個(gè)中斷時(shí)，且執(zhí)行頻率較高的話，就需要將ISR寫得盡可能簡潔。由于ISR沒有參數(shù)，如果需要傳遞變量，需要將變量定義為全局變量，且要加上volatile 關(guān)鍵字，表明在ISR中可以進(jìn)行修改。
detachInterrupt()
a. 功能
關(guān)閉特定的中斷
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
pin：中斷引腳
interrupt：中斷數(shù)字，參見上面的解釋
d. 返回值
無
e. 說明
注意和noInterrupt() 函數(shù)區(qū)分，后者是關(guān)閉總中斷，而該函數(shù)是關(guān)閉某個(gè)外部中斷。
串行通訊（Hardware）
UART
??在Arduino UNO中，只有一個(gè)UART模塊，對(duì)應(yīng)數(shù)字引腳0和1，程序中，用Serial這個(gè)類表示串口，其內(nèi)部預(yù)置了很多函數(shù)，用來實(shí)現(xiàn)串口通訊的各種功能。以下將一一介紹
if (Serial)
a. 功能
指示某個(gè)串口是否連接（比如打開電腦上的串口）（但只適用于Leonardo, Yun中連接USB的端口）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
一個(gè)布爾值，連接為true，未連接為false。
available()
a. 功能
返回到達(dá) 串行緩存區(qū)（64 byte） 中但未被讀取的字節(jié)的個(gè)數(shù)
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
未被讀取的字節(jié)數(shù)
availableForWrite()
a. 功能
在不阻塞寫操作的情況下獲取可用于寫入串行緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)。
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
待寫字節(jié)數(shù)。
begin()
a. 功能
串口初始化設(shè)置（波特率，數(shù)據(jù)傳輸格式）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
speed：波特率（1s傳輸多少位）與電腦的連接一般是300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, or 115200中的一種，在引腳0和1連接時(shí)可以根據(jù)外設(shè)任意設(shè)置。
config：數(shù)據(jù)傳輸格式：數(shù)據(jù)位（7位，8位或其他），校驗(yàn)位（奇校驗(yàn)Odd，偶校驗(yàn)Even，無校驗(yàn)None），停止位（1位或2位），一般有如下選項(xiàng)：
- SERIAL_5N1
- SERIAL_6N1
- SERIAL_7N1
- SERIAL_8N1 (the default)
- SERIAL_5N2
- SERIAL_6N2
- SERIAL_7N2
- SERIAL_8N2
- SERIAL_5E1
- SERIAL_6E1
- SERIAL_7E1
- SERIAL_8E1
- SERIAL_5E2
- SERIAL_6E2
- SERIAL_7E2
- SERIAL_8E2
- SERIAL_5O1
- SERIAL_6O1
- SERIAL_7O1
- SERIAL_8O1
- SERIAL_5O2
- SERIAL_6O2
- SERIAL_7O2
- SERIAL_8O2
d. 返回值
無
end()
a. 功能
禁用串口
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
無
write()
a. 功能
將二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫入串口。
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
val：單字節(jié)數(shù)據(jù)（char, byte)
str：字符數(shù)組, 字符串(char[], byte[] )
buf：字符數(shù)組
len：buf的長度
d. 返回值
被寫入的字節(jié)數(shù)（char)
read()
a. 功能
讀取緩存區(qū)中第一個(gè)字節(jié)，并在緩存區(qū)中刪除。
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
第一個(gè)字節(jié)或-1（未讀到數(shù)據(jù)）
peek()
a. 功能
讀取緩存區(qū)中第一個(gè)字節(jié)，但不在緩存區(qū)中刪除。
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
第一個(gè)字節(jié)或-1（未讀到數(shù)據(jù)）如果反復(fù)調(diào)用該函數(shù)，讀取到的數(shù)據(jù)是一樣的
print()
a. 功能
按格式輸出各種類型的數(shù)據(jù)，將各種數(shù)據(jù)輸出為可見的ASCII碼格式
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
val：需要輸出的數(shù)據(jù)（多種格式）
format（optional）：數(shù)據(jù)輸出格式（或小數(shù)點(diǎn)位數(shù)）詳情參照以下實(shí)例：
d. 返回值
返回輸出字節(jié)的個(gè)數(shù)（可以不讀取）
println()（ln為"line"的縮寫）
a. 功能
和print函數(shù)一樣，但輸出的內(nèi)容自帶換行符（ ‘\r’ 和 ‘\n’ ）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
參考print函數(shù)
d. 返回值
返回輸出字節(jié)的個(gè)數(shù)（可以不讀取）
readBytes()
a. 功能
讀取緩存區(qū)中的字符并放在設(shè)定長度的緩存區(qū)中，當(dāng)buffer裝滿或超時(shí)，則函數(shù)終止。
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
buffer：用來儲(chǔ)存字符的緩存區(qū)（char[]，or byte[]）
length：buffer的長度（int）
d. 返回值
放入buffer的字節(jié)數(shù)（char)，如果沒有合法字符，返回 A0
readBytesUntil()
a. 功能
和readBytes函數(shù)一樣，讀取緩存區(qū)中的字符并放在設(shè)定長度的緩存區(qū)中，但終止條件多了一個(gè)——檢測(cè)到終止字符character。
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
character：終止字符（char）
buffer：緩存區(qū)（char[] or byte[] )
length：buffer的長度
d. 返回值
放入buffer的字節(jié)數(shù)，如果沒有合法字符，返回 A0
readString()
a. 功能
讀取緩存區(qū)中的字符串，直到時(shí)間times out才停止
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
讀取到的字符串（char[] )
readStringUntil()
a. 功能
讀取緩存區(qū)的字符串，直到終止符出現(xiàn)或時(shí)間到才停止
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
terminator：終止字符
d. 返回值
整個(gè)字符串（char[] )
find()
a. 功能
在串行緩存區(qū)中查找對(duì)應(yīng)的字符
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
target：需要查找的字符（char）
d. 返回值
布爾值，找到為true，未找到為false。
findUntil()
a. 功能
在串行緩存區(qū)中查找字符直到設(shè)定的終止字符被找到
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
target：目標(biāo)字符
terminal：終止字符
d. 返回值
布爾值，找到為true，沒找到或超時(shí)為false。
flush()
a. 功能
等待串口傳輸完成
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
無
setTimeout()
a. 功能
設(shè)置超時(shí)時(shí)間（單位為ms），默認(rèn)為1000ms
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
time：時(shí)間值，單位為ms。
d. 返回值
無
parseFloat()
a. 功能
讀取緩存區(qū)中第一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)（終止于第一個(gè)非浮點(diǎn)數(shù)）
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
無
d. 返回值
讀取到的浮點(diǎn)數(shù)（float）
parseInt()
a. 功能
在緩存區(qū)中查找下一個(gè)有效整數(shù)。
b. 語法
c. 參數(shù)解釋
skipChar：用于跳過搜索中指定的字符。 例如用于跳過千位分隔符。
d. 返回值
下一個(gè)有效整數(shù)（long類型）
SPI
（有緣再寫）
I2C
（有緣再寫）
注：以上內(nèi)容主要參考自官方的手冊(cè)，介紹兩種方法尋找該文件：
- 方法一：到IDE安裝根目錄下找。參考：C:/Program Files (x86)/Arduino/reference/www.arduino.cc/en/Reference/PulseIn.html
- 方法二：打開IDE寫一個(gè)常用的函數(shù)，然后右鍵，選擇在參考文件中查找
高級(jí)應(yīng)用：用AVR開發(fā)Arduino
??我們都知道，單片機(jī)的程序，本質(zhì)上就是對(duì)內(nèi)置的寄存器的讀和寫，雖然Arduino的集成度很高，但是仍然可以用寄存器的方法來開發(fā)，但程序的麻煩程度將陡增。
??很多人一想到用寄存器開發(fā)，第一反應(yīng)就是：太麻煩。確實(shí)，用寄存器開發(fā)在初始階段確實(shí)很麻煩，需要去了解某個(gè)模塊是由哪些寄存器控制的，這是一個(gè)需要花費(fèi)較多時(shí)間精力去熟悉的過程，但是如果熟悉了寄存器，也積累了一些自己寫的庫之后，其實(shí)和用庫函數(shù)開發(fā)是差不多的。但是用寄存器寫，可以讓你最大程度了解該單片機(jī)的各種模塊。
??對(duì)于Arduino來說，一般的開發(fā)確實(shí)沒有必要，只要大致理解函數(shù)用的是哪些模塊即可，但是如果想要編寫自己的庫（比如Timer庫）或者查看函數(shù)源碼，就必須要懂寄存器語言了。
附：
- AVR開發(fā) Arduino方法（一） 端口子系統(tǒng)
- AVR開發(fā) Arduino方法（二） 中斷子系統(tǒng)
- AVR開發(fā) Arduino方法（三） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器子系統(tǒng)
- AVR開發(fā) Arduino方法（四） 串行通信子系統(tǒng)
- AVR開發(fā) Arduino方法（五） 模數(shù)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)
- AVR開發(fā) Arduino方法（六） 內(nèi)存子系統(tǒng)
- AVR開發(fā) Arduino方法（七） 嵌入式操作系統(tǒng)FreeRTOS
- AVR開發(fā) Arduino方法（附一） 工具鏈與調(diào)試技術(shù)
- AVR開發(fā) Arduino方法（附二） 故障排除：燒錄引導(dǎo)程序
- AVR開發(fā) Arduino方法（附三） 附件列表
- AVR開發(fā) Arduino方法（附四） 參考文獻(xiàn)與網(wǎng)址
- arduino 定時(shí)器、定時(shí)中斷與PWM使用以及注意事項(xiàng)
其他操作
1. Arduino IDE的“高級(jí)用法”——串口繪圖器
??談到Arduino的串口，我們第一時(shí)間想到的就是IDE右上角的那個(gè)串口圖標(biāo)，但其實(shí)Arduino還有一個(gè)串口繪圖器的功能，也在工具菜單欄里面。
??使用的方法也很簡單，和串口輸出一樣，使用Serial.println() 函數(shù)即可。有其他繪圖需求的可以參考這篇文章。
2. Arduino IDE的替代編輯器——Visual Studio Code
??Arduino IDE缺少一個(gè)很重要的功能，那就是代碼補(bǔ)全的功能，這嚴(yán)重降低了寫代碼的效率，而且Arduino IDE的UI也差強(qiáng)人意，因此很多人都不用Arduino IDE編程，轉(zhuǎn)而尋找替代品，而用得最多的，就是VS Code 。這個(gè)網(wǎng)上有很多配置方法，也比較簡單，可以參考這個(gè)鏈接，如果遇到什么問題，可以在瀏覽器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)搜索，不再贅述。
??其他教程：
- VScode配置Arduino開發(fā)環(huán)境 保姆級(jí)教程 - CSDN
- Arduino頭文件在VS code中提示錯(cuò)誤紅色波浪線的解決辦法 - CSDN
3. Arduino IDE v2.0 Beta版本
??最近才知道Arduino IDE出2.0版本了，據(jù)說增加了代碼補(bǔ)全和代碼高亮 的功能。附： 下載鏈接
4. 記錄兩個(gè)寫得非常好的教程
- 極速入門教程（上）
- 極速入門教程（下）
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的【单片机】Arduino（以UNO R3为例）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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