工程技術基礎知識培訓

content:
1. 認識Arduino
2. 學習常用元器件
3. C語言基本語法

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一、認識Arduino

1.什麼是arduino

Arduino 是一個開源電子原型平臺基於靈活、易於使用的平臺，這個平臺包含軟件和硬件。這是特意爲藝術家、設計師,業餘愛好者,和感興趣的人創建交互式對象和環境。
Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環境；通過控制燈光、馬達和其他的執行器來影響環境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。對Arduino的編程是利用 Arduino編程語言和Arduino開發環境來實現的。基於Arduino的項目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運行的軟件，他們之間進行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)來實現。

 2.發明人及發明原因

Arduino是意大利人發明的硬件和軟件，它的核心開發團隊成員包括：Massimo Banzi，David Cuartielles，Tom Igoe，Gianluca Martino，David Mellis 和 Nicholas Zambetti。
當然Arduino的發展也是有故事的：

據說Massimo Banzi之前是意大利Ivrea一家學校的老師。他的學生經常抱怨找不到便宜好用的微控制器。 2005年冬天，Massimo Banzi跟David Cuartielles討論了這個問題。 David Cuartielles是一個西班牙籍晶片工程師，當時在這所學校做訪問學者。兩人決定設計自己的電路板，並引入了Massimo的學生 Mellis爲電路板設計編程語言。兩天以後，Mellis就寫出了程式碼。又過了三天，電路板就完工了。這塊電路板被命名爲Arduino。幾乎任何人，即使不懂電腦編程，也能用Arduino做出很酷的東西，比如對感測器作出迴應，閃爍燈光，還能控制馬達。
後來他們將Arduino相關設計圖放在了網上，保持設計的開放源碼理念，在共享創意許可下，任何人都被允許生產電路板的複製品，還能重新設計，甚至銷售原設計的複製品。你不需要付版稅，甚至不用取得 Arduino 團隊的許可。唯一被保留的只有Arduino這個名字。它被註冊成了商標。如果有人想用這個名字賣電路板，那他們可能必須付一點商標費用給 Arduino 的核心開發團隊成員。

3.arduino名字的由來

意大利北部一個如詩如畫的小鎮“Ivrea”，橫跨過藍綠色Dora Baltea河，它最著名的事蹟是關於一位受壓迫的國王。公元1002年，國王Arduin成爲國家的統治者，不幸的是兩年後即被德國亨利二世國王給廢掉了。今日，在這位無法成爲新國王的出生地，cobblestone街上有家叫“di Re Arduino”的酒吧紀念了這位國王。Massimo Banzi經常光臨這家酒吧，而他將這個電子產品計劃命名爲Aruino以紀念這個地方。

4.開源硬件和開源軟件

arduino板就是一種保持了開源理念的硬件，簡單來講就是將設計的原理圖進行公佈，而且允許生產電路板的複製品，能重新設計，銷售原設計的電路板。
開源軟件同樣也是將程序源碼進行開放，擁有開放的源代碼庫，可以免費調用，不需要重寫源代碼。
eg：
蘋果公司爲閉源：
IPhone–IOS
MAC BOOK–OS
IPad–IPadOS

google公司爲開源：
小米–MIUI OS
錘子–Smartisan OS
vivo–Funtouch OS

開源就是資源共享，開源的好處可見一斑，可以節省研發費用及研發時間，對社會發展起到很好的推動作用。

5.認識arduino Uno板

當前arduino官方發行了兩版外觀幾乎相同的arduino Uno板卡，唯一的不同在於芯片的封裝類型，當然使用起來幾乎一樣；我們就以arduino Uno板卡爲例對arduino硬件進行介紹。
Arduino Uno板卡採用芯片名稱爲ATMega328P，板子的右上角爲一個USB-B型串口，可直接通過串口線與電腦設備連接；左上角爲DC電源母座，可外接電源供電；另外整個板卡的外圍區域分爲3種不同類型的端口區域，分別爲power區域、DIGITAL區域及ANALOG區域。

6.arduino IDE的安裝及使用

我們統一使用的arduino IDE的版本，分別適用於windows系統和Linux系統，版本號分別爲1.8.6和1.8.7，可以在相應的系統下解壓直接打開軟件使用。
打開後的界面：

7.基本arduino編程語言使用

void setup 爲初始化函數，用來對需要使用的端口進行設置。
void loop 爲循環函數（主函數），用來循環執行寫入的命令。

我們需要通過串口線將PC機和Uno板進行連接，這被稱爲串口連接。我們可以通過串口線將我們編好的程序寫入Uno板，讓Uno板執行相應的命令。
首先通過LED燈來試一下。

/*************閃爍程序************/
void setup()  //爲引腳設置輸入輸出模式
{
	pinMode(2,OUTPUT);  //設置2引腳爲輸出
	pinMode(3,OUTPUT);  //設置3引腳爲輸出
}//（只運行一次）

void loop()  //進入循環
{
	digitalWrite(2,HIGH);  //2引腳置高位
	digitalWrite(3,LOW);   //3引腳置低位
	delay(300);            //延時300毫秒
	digitalWrite(2,LOW);   //2引腳置低位
	digitalWrite(3,LOW);   //3引腳置低位
	delay(300);            //延時300毫秒
}//（循環執行）

設置流水燈程序：

/**********流水燈程序*************/

void setup()
{
  pinMode(2,OUTPUT);  //設置爲輸出引腳
  pinMode(3,OUTPUT);
  pinMode(4,OUTPUT);
  pinMode(5,OUTPUT);
  pinMode(6,OUTPUT);
  pinMode(7,OUTPUT);
}
void loop()
{
  digitalWrite(2,HIGH);
  digitalWrite(3,LOW);
  delay(300);
  digitalWrite(2,LOW);
  digitalWrite(3,LOW);
  delay(300);
  digitalWrite(4,HIGH);
  digitalWrite(5,LOW);
  delay(300);
  digitalWrite(4,LOW);
  digitalWrite(5,LOW);
  delay(300);
  digitalWrite(6,HIGH);
  digitalWrite(7,LOW);
  delay(300);
  digitalWrite(6,LOW);
  digitalWrite(7,LOW);
  delay(300);
}

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二、常用元器件的使用

/----------------------------------拓展板---------------------------------/

我把常用的元器件分爲兩種：一種叫做傳感器，一種叫做執行器。
傳感器是將外界的變化以電信號的方式傳輸回arduino板，得到反饋。
執行器是消耗arduino板的電能，改變外界的環境。

/----------------------------------------傳感器------------------------------------/
1.按鍵的使用

首先需要知道傳感器爲數字傳感器還是模擬傳感器，然後接到相應的針腳。
然後通過串口監視器得到傳感器的反饋值。

（串口監視器）

  /*****************打印Hello！***********************/
  void setup()
  {
    Serial.begin(9600) //初始化串口，一般波特率爲9600
  }

  void loop()
  {
    Serial.print("Hello!"); //串口打印
    //Serial.println("Hello!"); //串口換行打印
  }

  /******************打印按鍵值***************************/
  void setup()
  {
    Serial.begin(9600);
    pinMode(4,INPUT);
  }

  void loop()
  {
    Serial.println(digitalRead(4));
  }

按鍵上拉/下拉電阻

/******************************************************************************************************************************/
/----------------------------------------------------------------------------分割線---------------------------------------------------------------/
/******************************************************************************************************************************/

2.電位器的使用

判斷爲數字還是模擬傳感器
通過串口監視器進行觀察

  /******************打印電位器值***************************/
  void setup()
  {
    Serial.begin(9600);
    pinMode(A0,INPUT);
  }

  void loop()
  {
    Serial.println(analogRead(A0));
  }

觀察一下模擬信號的變化

3.超聲波的使用

超聲波的接線：

VCC - > 正極
GND - > 負極
Trig - > 輸出
Echo - > 接收

超聲波原理：

/******************************************************************************************************************************/
/------------------------------------------------------------------分割線---------------------------------------------------------------/
/******************************************************************************************************************************/
超聲波的使用：

#include<SR04.h>
SR04 sr04(6,7); //ECHO & Trig
               // 接收 & 發送
void setup()   
{
  pinMode(6,INPUT); //Echo
  pinMode(7,OUTPUT); //Trig
  Serial.begin(9600);
}
int distance;
void loop()
{
  distance = sr04.Distance();
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
}

需要用到一個 #include<> 來導入特定的庫文件
這裏導入的庫名叫SR04，是超聲波專用庫，".h"是它的後綴名。
並且需要用到“對象的實例化”-----SR04 sr04(6, 7);

各位可以把SR04這個庫比喻成一個蓋樓的圖紙，只有一個圖紙是不能住人的。
需要通過一個實例化把它變成一個實際可用的樓房，纔可以被我們使用。

庫其實就是開源項目的一個例子，我們想要使用一個複雜元器件，不需要弄清楚具體的原理，僅需要通過庫文件來使用它就可以。可見開源對我們的開發有着很大的好處。

4.庫文件的導入

5.LCD1602的使用及I2C通信

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/------------------------------------------------------------------分割線---------------------------------------------------------------/
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6.PWM脈寬調製信號

電位器控制燈亮度：

void setup()
{
  pinMode(A0,INPUT);
  pinMode(2,OUTPUT);
  pinMode(3,OUTPUT);
  digitalWrite(2,0);
}
int a,b;
void loop()
{
  a = analogRead(A0);
  b = map(a,0,1023,0,255);
  analogWrite(3,b);
}

三 C語言基本語法

1.基本數據類型

補充一個類型：布爾類型 —> bool ：True & False

2.數據運算

int flag；
自增運算：flag++；
自減運算：flag- -；

3 if的用法

按鍵控制燈程序：

/*********單按鍵控制燈*******/     （if-else語句）
  void setup()
  {
    Serial.begin(9600); //初始化串口
    pinMode(2,OUTPUT);  //設置2號針腳爲輸出
    pinMode(3,OUTPUT);  //設置3號針腳爲輸出
    pinMode(4,INPUT);   //設置4號針腳爲輸入
  }
  void loop()
  {
    Serial.println(digitalRead(4)); //串口打印4號針腳數值
    
    if(digitalRead(4)==LOW)  //判斷如果4號針腳爲LOW（注意=和==的區別）
    {
      digitalWrite(2,HIGH);
      digitalWrite(3,LOW);
    }
    else                     //其他情況
    {
      digitalWrite(2,LOW);
      digitalWrite(3,LOW);
    }
  }

  /*********************雙按鍵控制燈********************/
  void setup()
  {
    pinMode(2,OUTPUT);
    pinMode(3,OUTPUT);
    pinMode(4,INPUT);
    pinMode(5,INPUT);
  }
  void loop()
  {
    if(digitalRead(4)==LOW)
    {
      digitalWrite(2,HIGH);
      digitalWrite(3,LOW);
    }
    if(digitalRead(5)==LOW)
    {
      digitalWrite(2,LOW);
      digitalWrite(3,LOW);
    }
  }

/***********************單按鍵切換燈亮滅**********************/
  void setup()
  {
    pinMode(2,OUTPUT);
    pinMode(3,OUTPUT);
    pinMode(4,INPUT);
  }
  int flag = 0;  //定義一個整型變量（要放在loop循環外面）
  void loop()
  {
    if(digitalRead(4)==LOW)
    {
      flag = flag + 1;    //flag在原來的基礎上加 1
      delay(300);         //延時防誤判
    }
    if (flag % 2 == 0)  //判斷flag爲偶數（%爲取餘數）
    {
      digitalWrite(2,LOW);
      digitalWrite(3,LOW);
    }
    if(flag % 2 == 1)   //判斷flag爲奇數
    {
      digitalWrite(2,HIGH);
      digitalWrite(3,LOW);
    }
  }

5 for循環的使用

int i;//定義int（整型）變量i，用來循環
void setup()
{
pinMode(3,OUTPUT);  //設置3號針腳作爲輸出針腳

}
void loop()
{
  for(i=0;i<=255;i++)  //使用for循環實現呼吸燈漸亮
    {
      analogWrite(3,i);//模擬量寫入當前的亮度級別
      delay(10);       //維持在亮度爲i的級別上10毫秒
      }
  for(i=255;i>=0;i--) //使用for循環實現呼吸燈漸滅
    {
      analogWrite(3,i);
      delay(10);
      }
}

6 while循環的使用

 7 子函數的用法

void setup()
{
  pinMode(2,OUTPUT); //燈
  pinMode(3,INPUT); //按鍵
}

void open();
void close();  //聲明函數

void loop()
{
  if (digitalRead(3) == 0)
  {
    open();
  }
  else
  {
    close();
  }
}
void open()
{
  digitalWrite(2,0); //開燈
}
void close()
{
  digitalWrite(2,1); //關燈
}

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