西工大电子实习&arduino学习手札1 | 初识arduino

最新推荐文章于 2025-03-02 15:01:47 发布

爆浆地砖狙击手

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文章标签：学习

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/asakawasworld/article/details/144124451

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注：内容产出来自我的电子实习，一小部分内容来自我的队友，老师的PPT，在此致谢。这个内容大体上已经结束了，等我闲下来整理一下慢慢更新。后面保不准自己也会学着做单片机hh

DAY1

1. 新的开始：

了解前置知识和注意事项，组建草台班子（不是），准备进行小组作业。

使用的单片机 Arduino MEGA/UNO

2. Hello Arduino：

下载专用IDE，学习基本语法——包含初始化设置 setup() 和主循环 loop() 两个核心函数，并掌握了串口通信和数字引脚控制的基本用法：

setup()函数：

这是初始化设置部分，只运行一次。

使用 Serial.begin(9600); 设置串口波特率为 9600，这样设备可以以此速率与其他设备通信。

loop()函数：

这是主程序控制部分，反复执行的代码在这里写入，程序会在 loop 中从头到尾执行并循环。

串口通信：

使用 Serial.print() 输出信息到串口。比如，输出学号和姓名 "2023303822 丁中惠"。

如果需要自动换行，可以使用 Serial.println()，类似于 Java 中的 System.out.println()。

Serial.read()：读取串口数据。

Serial.available()：判断串口是否接收到数据，返回接收的数据量（以整数表示）。

pinMode(pin, mode);：设置指定引脚的模式，pin 为引脚号，mode 为输入或输出模式。

digitalWrite(pin, value);：设置指定引脚的电平状态，value 可以为 HIGH（高电平）或 LOW（低电平）。

delay(ms); 和 delayMicroseconds(us);：延时函数，分别以毫秒和微秒为单位暂停程序。

与 C/C++ 的 main 函数对比：

loop() 类似于 C 语言中的 main 函数，但 loop() 中无法直接使用 printf() 输出，而是使用 Serial.print() 进行串口输出。

预习作业：

了解analogWrite()函数的使用。

DAY 2

作业代码：

输入：无

输出：实现用两个变量输出队伍和队员名称。

const char* members[4][3] = {
    {"A", "B", "C"},      // TA
    {"D", "E", "F"},         // TB
    {"G", "H", "I"},       // TC
    {"J", "K", "L"}      // TD
};

const char* team_id[4] = {"TA" , "TB" , "TC" , "TD"};

int teamId = 0;
int memberId = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
    if (teamId >= 0 && teamId < 4 && memberId >= 0 && memberId < 3) {
        Serial.print(team_id[teamId]);
        Serial.print(" 成员 ");
        Serial.print(memberId + 1);
        Serial.print(": ");
        Serial.println(members[teamId][memberId]);
    }

    delay(1000);

    memberId++;
    if (memberId >= 3) {
        memberId = 0;
        teamId++;
        if (teamId >= 4) {
            return 0; 
        }
    }
}

应该可以加入一个手动输入，来实现输入队名来选择对应的输出。

lab1：了解`analogWrite()`函数及占空比：

PWM是脉冲宽度调制缩写，它是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形（包含形状以及幅值），对模拟信号电平进行数字编码，也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化，占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比，例如方波的占空比就是50%。

$D = \frac{T_{\text{high}}}{T}$

PWM 信号的平均电压 $V_{\text{avg}}$ 与占空比 $D$ 和输入电压 $V_{\text{in}}$ 的关系为：

$V_{\text{avg}} = D \times V_{\text{in}} = \frac{T_{\text{high}}}{T} \times V_{\text{in}}$

lab2：认识元器件：

发光二极管，长正短负，小正大负。一定要注意发光二极管的极性。
- 最上边最下边是电源区，中间是器件区。电源区横向导通，器件区纵向导通。中间的槽隔开了上下区域，是不导通的。
公线母线的区别。
注意发光二极管极性：
了解面包板的结构。
了解杜邦线：

仿真时遇到的问题：

仿真软件太难用了接线混乱，会莫名其妙不行。

不能碰到其他洞洞，不然就会把那个支路短路掉。

lab3：一束光：

学习在Wiki上进行仿真。正极接输入，负极接地。

点亮了一个小灯：

代码实现如下：

int ledPin = 10;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(ledPin,HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(1000);
}

lab4.流水灯制作：

接下来是流水灯：

已经很努力接线了但是这个我真的用不明白，他就会莫名其妙短路。

上单片机成功点亮（我不会传视频）：

代码如下：

const int ledPins[] = {8, 9, 10, 11};
const int numLeds = 4;
const int delayTime = 200; // 延迟时间，单位为毫秒

void setup() {
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  // 从左到右依次点亮
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
    delay(delayTime);
    digitalWrite(ledPins[i], LOW);
  }

  // 从右到左依次点亮
  for (int i = numLeds - 1; i >= 0; i--) {
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
    delay(delayTime);
    digitalWrite(ledPins[i], LOW);
  }
  digitalWrite(ledPins, HIGH);

}

预习作业：

1）蜂鸣器

本质和原理

蜂鸣器是一种能发出声音的电声器件，有两种主要类型：

有源蜂鸣器：只需要通电即可发出固定频率的声音。
无源蜂鸣器：必须通过外部信号驱动才能发出声音，控制器需要产生特定频率的方波。

蜂鸣器的发声原理是基于电磁或压电效应。通电后，电磁振动或晶体变形，产生振动，发出声音。控制电流的频率可以调节声音的高低。

相关函数

有源蜂鸣器只需通过 digitalWrite() 控制电平即可。高电平时发出蜂鸣声，低电平时蜂鸣声停止。

int buzzerPin = 9;  // 定义蜂鸣器连接的引脚

void setup() {
  pinMode(buzzerPin, OUTPUT);  // 设置蜂鸣器引脚为输出模式
}

void loop() {
  digitalWrite(buzzerPin, HIGH);  // 打开蜂鸣器
  delay(1000);  // 持续1秒
  digitalWrite(buzzerPin, LOW);   // 关闭蜂鸣器
  delay(1000);  // 等待1秒
}

在 Arduino 中，可以通过 tone() 函数驱动无源蜂鸣器，控制其发出不同频率的声音。

这是中央C音阶（C4）上的音符频率值，可以作为控制音调的参考。

tone(pin, frequency)：在指定引脚 pin 上产生指定 frequency 的方波，用于控制无源蜂鸣器的频率。例如：

tone(8, 1000); // 在引脚 8 上输出 1000 Hz 的声音

tone(pin, frequency, duration)：在指定 pin 上产生特定频率，持续 duration 毫秒。例如：

tone(8, 1000, 500); // 发出 1000 Hz 的声音，持续 500 毫秒

noTone(pin)：停止在指定 pin 上的声音。例如：

noTone(8); // 停止引脚 8 上的声音

2）电子数码管

本质和原理

数码管是一种由多个 LED 段（7 段或更多）组成的显示器件，通过控制各个段的点亮与熄灭，可以显示数字或字母。

共阴极数码管：所有 LED 的阴极连接在一起，需要给每个段施加高电平才能点亮。
共阳极数码管：所有 LED 的阳极连接在一起，需要给每个段施加低电平才能点亮。

数码管的每个段对应一个特定的引脚，通过控制这些引脚电平，可以控制不同的段点亮，显示不同的字符或数字。

控制方法：

为了显示数字，需要使用编码方式控制不同段的亮灭组合。例如，显示数字 8 时需要点亮所有段，显示数字 1 时只需要点亮两个垂直的段。每个数字的显示通常使用二进制编码来简化控制。