《Arduino技术及应用》课件—第3章Arduino语言及程序结构.ppt

1、第3章 Arduino语言及程序结构目录目录2嵌入式系统应用1就业前景 Arduino语言 Arduino程序结构3.1 Arduino语言语言v Arduino语言是建立在C/C+基础上的，其实质是基础的C语言，Arduino语言把相关的一些参数设置都函数化，用户不用了解其底层，对于不了解AVR单片机（微控制器）的同学也能轻松上手，跨入Arduino语言的学习行列。3.1.1 描绘程序码的符号描绘程序码的符号v Arduino程序可以分为三个主要部分：结构，数值（变量与常量）和函数。一些描绘程序码的符号见下表3-1。结构数值函数程序结构常量数字 I/Osetup()loop()HIGH|LO

2、WINPUT|OUTPUTtrue|falseinteger constantsf l o a t i n g p o i n t constantspinMode()digitalWrite()digitalRead()表3-1 一些描绘程序码的符号3.1.1 描绘程序码的符号描绘程序码的符号控制结构数据类型模拟 I/Oifif.elseforswitch casewhiledo.whilebreakcontinuereturngotoVoidbooleancharunsigned charbyteintunsigned intwordlongunsigned longfloatdouble

3、string-char arrayString-objectarrayanalogReference()analogRead()analogWrite()-PWM3.1.1 描绘程序码的符号描绘程序码的符号进阶语法转换高级 I/O;(semicolon)(curly braces)/(single line comment)/*/(multi-line comment)#define#includechar()byte()int()word()long()float()tone()noTone()shiftOut()shiftIn()pulseIn()3.1.1 描绘程序码的符号描绘程序码的符

4、号算术运算符 时间=(assignment)+(addition)-(subtraction)*(multiplication)/(division)%(modulo)millis()micros()delay()delayMicroseconds()3.1.1 描绘程序码的符号描绘程序码的符号比较运算符 数学=(equal to)!=(not equal to)(greater than)=(greater than or equal to)min()max()abs()constrain()map()pow()sqrt()3.1.1 描绘程序码的符号描绘程序码的符号布尔运算符 三角函数&(

5、and)|(or)!(not)sin()cos()tan()复合运算符号 通信+(increment)-(decrement)+=(compound addition)-=(c o m p o u n d subtraction)*=(c o m p o u n d multiplication)/=(compound division)&=(compound bitwise and)|=(compound bitwise or)SerialStream3.1.2 注释、常量注释、常量v 1、注释v 程序的注释就是对代码的解释和说明，编写注释有助于程序设计师（或其他人）了解代码的功能。v Ar

6、duino处理器在对程序码进行编译时会忽略注释的部份。v Arduino语言中的编写注释有两种方式：v 单行注释：/注释内容v 多行注释：v/*v 注释内容1v 注释内容2v */3.1.2 注释、常量注释、常量v 2、常量constantsv 常量是在Arduino语言里预定义的变量。它们被用来使程序更易阅读。我们按组将常量分类。v（1）逻辑层定义，true与false（布尔Boolean常量）v 在Arduino内有两个常量用来表示真和假：true和 false。v falsev 在这两个常量中false更容易被定义。false被定义为0（零）。v truev true通常被定义为1，这是

7、正确的，但true具有更广泛的定义。在布尔含义（Boolean sense）里任何非零整数为true。所以在布尔含义内-1，2和-200都定义为ture。需要注意的是true和false常量，不同于HIGH，LOW，INPUT和OUTPUT，需要全部小写。v 注意：arduino是大小写敏感语言（case sensitive）。3.1.2 注释、常量注释、常量v（2）引脚电压定义，HIGH和LOWv 当读取（read）或写入（write）数字引脚时只有两个可能的值：HIGH和LOW。v HIGHv HIGH（参考引脚）的含义取决于引脚（pin）的设置，引脚定义为INPUT或OUTPUT时含义有

8、所不同。当一个引脚通过pinMode被设置为INPUT，并通过digitalRead读取（read）时。如果当前引脚的电压大于等于3V，微控制器将会返回为HIGH。引脚也可以通过pinMode被设置为INPUT，并通过digitalWrite设置为HIGH。输入引脚的值将被一个内在的20K上拉电阻控制在HIGH上，除非一个外部电路将其拉低到LOW。当一个引脚通过pinMode被设置为OUTPUT，并digitalWrite设置为HIGH时，引脚的电压应在5V。在这种状态下，它可以输出电流。例如，点亮一个通过一串电阻接地或设置为LOW的OUTPUT属性引脚的LED。3.1.2 注释、常量注释、常

9、量v LOWv LOW的含义同样取决于引脚设置，引脚定义为INPUT或OUTPUT时含义有所不同。当一个引脚通过pinMode配置为INPUT，通过digitalRead设置为读取（read）时，如果当前引脚的电压小于等于2V，微控制器将返回为LOW。当一个引脚通过pinMode配置为OUTPUT，并通过digitalWrite设置为LOW时，引脚为0V。在这种状态下，它可以倒灌电流。例如，点亮一个通过串联电阻连接到+5V，或到另一个引脚配置为OUTPUT、HIGH的的LED。3.1.2 注释、常量注释、常量v（3）数字引脚（Digital pins）定义，INPUT和OUTPUTv 数字引脚

10、当作 INPUT 或 OUTPUT都可以。用pinMode()方法使一个数字引脚从INPUT到OUTPUT变化。v 引脚（Pins）配置为输入（Inputs）v Arduino（Atmega）引脚通过pinMode()配置为输入（INPUT）即是将其配置在一个高阻抗的状态。配置为INPUT的引脚可以理解为引脚取样时对电路有极小的需求，即等效于在引脚前串联一个100兆欧姆(Megohms)的电阻。这使得它们非常利于读取传感器，而不是为LED供电。3.1.2 注释、常量注释、常量v 引脚（Pins）配置为输出（Outputs）v 引脚通过pinMode()配置为输出（OUTPUT）即是将其配置在一

11、个低阻抗的状态。v 这意味着它们可以为电路提供充足的电流。Atmega引脚可以向其他设备/电路提供（提供正电流positive current）或倒灌（提供负电流negative current）达40毫安（mA）的电流。这使得它们利于给LED供电，而不是读取传感器。输出（OUTPUT）引脚被短路的接地或5V电路上会受到损坏甚至烧毁。Atmega引脚在为继电器或电机供电时，由于电流不足，将需要一些外接电路来实现供电。3.1.2 注释、常量注释、常量v（4）整数常量integer constants v 整数常量是直接在程序中使用的数字，如123。默认情况下，这些数字被视为int，但可以通过U和

12、L修饰符进行更多的限制。通常情况下，整数常量默认为十进制，但可以加上特殊前缀表示为其他进制。进制例子格式备注10（十进制）123无 2（二进制）B1111011前缀“B”只适用于8位的值（0到255）字符0-1有效8（八进制）0173前缀“0”字符0-7有效16（十六进制）0 x7B前缀“0 x”字符0-9，A-F，A-F有效表 3-2 整数常量不同进制表示3.1.2 注释、常量注释、常量v 小数是十进制数。如果一个数没有特定的前缀，则默认为十进制。v 二进制以2为基底，只有数字0和1是有效的。v 示例:v 101 /和十进制5等价（1*22+0*21+1*20）v 二进制格式只能是8位的，即

13、只能表示0-255之间的数。如果输入二进制数更方便的话，你可以用以下的方式：v myInt=(B11001100*256)+B10101010;/B11001100 作为高位。v 八进制是以8为基底，只有0-7是有效的字符。前缀“0”（数字0）表示该值为八进制。v 0101 /等同于十进制数65 (1*82)+(0*81)+1)v 警告：八进制数0前缀很可能无意产生很难发现的错误，因为你可能不小心在常量前加了个“0”，结果就悲剧了。3.1.2 注释、常量注释、常量v 十六进制以16为基底，有效的字符为0-9和A-F。十六进制数用前缀“0 x”（数字0，字母爱克斯）表示。请注意，A-F不区分大小

14、写，就是说你也可以用a-f。v 示例：v 0 x101 /等同于十进制257 (1*162)+(0*161)+1)v U&L 格式v 默认情况下，整型常量被视作int型。要将整型常量转换为其他类型时，请遵循以下规则：v u or U 指定一个常量为无符号型。（只能表示正数和0）例如：33uv l or L 指定一个常量为长整型。（表示数的范围更广）例如：100000Lv ul or UL 这个你懂的，就是上面两种类型，称作无符号长整型。例如：32767ul3.1.2 注释、常量注释、常量v 浮点常量 floating point constantsv 和整型常量类似，浮点常量可以使得代码更具可

15、读性。浮点常量在编译时被转换为其表达式所取的值。v 例子：v n=.005;浮点数可以用科学记数法表示。E和e都可以作为有效的指数标志。浮点数被转换为被转换为10.0 102.34E52.34*10523400067E-1267.0*10-120.000000000067表 3-3 浮点常量的转换3.1.3 字元，位元组字元，位元组v 1、字元charv 字元(metacharacters)即字符，汉字是2个，字母和数字是1个。v 单一字元例如A，和一般的电脑做法一样Arduino 将字元储存成一个数字，即使你看到的明明就是一个文字。v 用数字表示一个字元时，它的值有效范围为-128到127。

16、v 注意：有两种主流的电脑编码系统ASCII 和UNICODE。v ASCII 表示了127个字元，用来在序列终端机和分时计算机之间传输文字。v UNICODE可表示的字元量比较多，在现代电脑作业系统内它可以用来表示多国语言。v 在位元数需求较少的资讯传输时，例如意大利文或英文这类由拉丁文，阿拉伯数字和一般常见符号构成的语言，ASCII仍是目前主要用来交换资讯的编码法。3.1.3 字元，位元组字元，位元组v 2、位元组bytev 位元组即字节（byte），是计算机信息技术用于计量存储容量的一种计量单位，也表示一些计算机编程语言中的数据类型和语言字符。v 一个位元组存储8位无符号数，储存的数值范

17、围为0到255。如同字元一样，位元组型态的变数只需要用一个位元组（8位元）的内存空间储存。v 3、不同数量级间换算v 数据存储是以10进制表示，数据传输是以2进制表示的，所以1KB不等于1000B。3.1.3 字元，位元组字元，位元组v 1KB=1024B；1MB=1024KB=10241024B。其中1024=210。v 1B（byte，字节）=8 bit（比特）；v 1KB（Kibibyte，千字节）=1024B=210 B；v 1MB（Mebibyte，兆字节，百万字节，简称“兆”）=1024KB=220 B；v 1GB（Gigabyte，吉字节，十亿字节，又称“千兆”）=1024MB=

18、230 B；v 1TB（Terabyte，万亿字节，太字节）=1024GB=240 B；v 1PB（Petabyte，千万亿字节，拍字节）=1024TB=250 B；v 此处没有列举完全，更大单位的换算可自行查询。3.1.4 整数，长整数整数，长整数v 1、整数v（1）整数intv 整数是基本数据类型，占用2字节。整数的范围为-32,768到32,767（-215（215)-1）。v 整数类型使用2的补码方式存储负数。最高位通常为符号位，表示数的正负。其余位被“取反加1”。v 格式：int var=val;v var变量名v val赋给变量的值3.1.4 整数，长整数整数，长整数v 示例：in

19、t ledPin=13;v 注意：v 当变量数值过大而超过整数类型所能表示的范围时（-32,768到32,767），变量值会“回滚”。v int x;v x=-32,768;v x=x-1;/x现在是32,767v x=32,767;v x=x+1;/x现在是-32,7683.1.4 整数，长整数整数，长整数v（2）无号整数unsigned intv 无符号整型（unsigned int）与整型数据同样大小，占据2字节。它只能用于存储正数而不能存储负数，范围065,535(216)-1)。v 无符号整型和整型最重要的区别是它们的最高位不同，既符号位。在Arduino整型类型中，如果最高位是1，

20、则此数被认为是负数，剩下的15位为按2的补码计算所得值。v 格式：unsigned int var=val;v var无符号变量名称v val给变量所赋予的值3.1.4 整数，长整数整数，长整数v 例子：unsigned int ledPin=13;v 注意：v 当变量的值超过它能表示的最大值时它会“滚回”最小值，反向也会出现这种现象。v unsigned int x;v x=0;v x=x-1;/x现在等于65535-向负数方向滚回v x=x+1;/x现在等于0-滚回3.1.4 整数，长整数整数，长整数v 2、长整数v（1）长整数longv 长整数型变量是扩展的数字存储变量，它可以存储32位

21、（4字节）大小的变量，从-2,147,483,648到2,147,483,647。v 格式：long var=val;v var长整型变量名v var赋给变量的值v 例子：long speedOfLight=186000L;/参见整数常量L的说明3.1.4 整数，长整数整数，长整数v（2）无号长整数unsigned longv 无符号长整型变量扩充了变量容量以存储更大的数据，它能存储32位(4字节)数据。与标准长整型不同无符号长整型无法存储负数，其范围从0到4,294,967,295（2 32-1）。v 格式：unsigned long var=val;v var你所定义的变量名v val给变

22、量所赋的值3.1.5 浮点数，字串浮点数，字串v 1、浮点数v（1）浮点数floatv float，浮点型数据，就是有一个小数点的数字。浮点数经常被用来近似的模拟连续值，因为他们比整数更大的精确度。浮点数的取值范围在3.4028235 E+38 -3.4028235E+38。它被存储为32位（4字节）的信息。v float只有6-7位有效数字。这指的是总位数，而不是小数点右边的数字。与其他平台不同的是，在那里你可以使用double型得到更精确的结果（如15位），在Arduino上，double型与float型的大小相同。v 浮点数字在有些情况下是不准确的，在数据大小比较时，可能会产生奇怪的结果

23、。例如6.0/3.0可能不等于2.0。你应该使两个数字之间的差额的绝对值小于一些小的数字，这样就可以近似的得到这两个数字相等这样的结果。3.1.5 浮点数，字串浮点数，字串v 浮点运算速度远远慢于执行整数运算，例如，如果这个循环有一个关键的计时功能，并需要以最快的速度运行，就应该避免浮点运算。程序员经常使用较长的程式把浮点运算转换成整数运算来提高速度。v 格式：float var=val;v var您的float型变量名称v val分配给该变量的值v 举例：v float myfloat;v float sensorCalbrate=1.117;v 示例代码：v int x;v int y;v

24、 float z;v x=1;v y=x/2;/Y为0，因为整数不能容纳分数v z=(float)x/2.0;/Z为0.5（你必须使用2.0做除数，而不是2）3.1.5 浮点数，字串浮点数，字串v（2）doublev 双精度浮点数（double），占用4个字节。v 目前的arduino上的double实现和float相同，精度并未提高。v 注意：如果你从其他地方得到的代码中包含了double类变量，最好检查一遍代码以确认其中的变量的精确度能否在arduino上达到。3.1.5 浮点数，字串浮点数，字串v 2、字串stringv 字串用来表达文字信息，它是由多个ASCII字元组成（你可以透过序串

25、端口发送一个文字信息或者将之显示在液晶显示器上）。字串中的每一个字元都用一个组元组空间储存，并且在字串的最尾端加上一个空字元以提示Ardunio处理器字串的结束。下面两种宣告方式是相同的：v char string1=Arduino;/7字元+1空字元v char string28=Arduino;/与上行相同3.2.1 void setup()v 在Arduino中程序运行时将首先调用setup()函数。用于初始化变量、设置针脚的输出输入类型、配置串口、引入类库文件等等。每次Arduino上电或重启后，setup函数只运行一次。v 示例：v int buttonPin=3;v void se

26、tup()v v Serial.begin(9600);v pinMode(buttonPin,INPUT);v v void loop()v v /v 3.2.2 void loop()v 在setup()函数中初始化和定义了变量，然后执行loop()函数。顾名思义，该函数在程序运行过程中不断的循环，根据一些反馈，相应改变执行情况。通过该函数动态控制Arduino主控板。3.2.2 void loop()v 示例：v int buttonPin=3;v/setup 中初始化串口和按键针脚.v void setup()v v Serial.begin(9600);v pinMode(butto

27、nPin,INPUT);v v/loop 中每次都检查按钮,如果按钮被按下,就发送信息到串口3.2.2 void loop()v void()v v if(digitalRead(buttonPin)=HIGH)v Serial.write(H);v elsev Serial.write(L);v delay(1000);v 3.3 本章小结本章小结v 本章主要介绍Arduino语言及其程序结构，为读者今后进行Arduino开发打下基础。从描绘程序码的符号、注释、常量、字元、位元组、整数、长整数、浮点数、字串等几个方面对Arduino语言做一些简单介绍。同时介绍了架构Arduino程序结构的两个主要函数setup()和loop()。Thank You!