Arduino程式快速入門

Arduino程式快速入門
Revised on September 10, 2019
 程式基本架構
 程式語法
 資料型別
 變數與常數
 運算子
 條件敘述
 迴圈敘述

 選單命令「File/New」
 檢視預設的程式框架
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
}
Arduino程式基本架構
2

 選單命令File> New
 編輯以下程式碼
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
Serial.println("setup");
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
Serial.println("loop");
delay(2500);
}
Lab 測試Arduino程式運行 1/2
3

 選單命令Tools> Serial Monitor開啟序列埠監控視窗
 檢視輸出結果
 按⼀下Arduino Reset按鈕，檢視輸出結果
Lab 測試Arduino程式運行 2/2
按下Arduino Reset按鈕
Arduino開始執行
4
必須與Serial.begin(9600);指令設定相符

/* 註解區 (block comment)
通常在程式檔開頭，簡述程式之功能、作者、設計日期、程式版本等訊息
ShyiShiou Wu; November 5, 2017
*/
//單行註解 (single line comment)
//標頭檔區，如有使用擴充函式庫時，須在此指定擴充函式庫之標頭檔
#include <Servo.h>
//自行定義的標頭檔使用雙引號
#include "config.h"
//全域變數宣告區，程式中使用的全域變數或常數
#define RED_LED 12
Servo myservo;
//系統設置函式，Arduino重置時，會先執行設置函式，且只會執行一次
void setup(){
//put your setup code here, to run once:
}
Arduino程式框架 1/2
5

//程式主廻圈，Arduino會循環執行loop函式
void loop() {
//put your main code here, to run repeatedly:
}
//其它自訂函式，依功能需求自行設計之函式
void mySub() {
// put your subroutine code here
}
Arduino程式框架 2/2
6

 前置處理指令
 #include
用來引入標頭檔(header file)
 專案資料夾(儲存*.ino的目錄)下的自訂標頭檔
#include "config.h"
 libraries資料夾下的函式庫標頭檔
#include <Servo.h>
 #define
用來定義常數(constant)
#define RED_LED 12 //不用等號與分號，通常使用大寫字母
 宣告變數(variable)
int lightness = 0; //變數型別變數名稱 = 初始值;
Arduino程式基本語法 1/3
7

 每行指令敘述以分號結尾(前置處理指令不可加分號)
int lightness = 0;
 程式碼區分大小寫(case sensitive)
lightness ≠ Lightness
 程式區塊，左右大括弧必須成對
void setup() {
...
}
8

 自訂副程式(subroutine)
 沒有回傳值
//void 副程式名稱(參數1, 參數2, ...)
void showMessage(){
//副程式程式碼
...
}
 自訂函式(function)
 使用return回傳資料
//傳回值型別函式名稱(參數1, 參數2, ...)
int function_name(int arg1, int arg2){
//函式程式碼
...
return (expression); //傳回值
}
9

 資料型別決定資料變數的格式與容量
 boolean
 只有true或false二種值(HIGH或LOW)
 char
 字元資料，佔1 byte
 使用單引號標記字元，例如'A'
 也可使用ACSII code，例如65
 做為數值資料時，有效值-128~127
 unsigned char
 1 byte，數值0~255
Arduino Uno資料型別 1/4
10

 ASCII code
 控制字元
 顯示字元
11

 byte
 8-bit無號數，數值0~255
 int
 16-bit整數，-32,768~32,767
 unsigned int
 16-bit無號數，0~65,535
 word
 16-bit無號數，0~65,535
 short
 16-bit整數，-32,768~32,767
12

 long
 32-bit整數，-2,147,483,648L~2,147,483,647L
 unsigned long
 32-bit無號數，0~4,294,967,295L
 float
 4 bytes浮點數，最大值3.4028235E+38，最小值-3.4028235E+38
 double
 4 bytes倍精準數，同float
13

 十進制(decimal)
 123
 二進制(binary)
 B1111011
 限用於表示8位元數值 (0 to 255)
 八進制(octal)
 0173
 十六進制(hexadecimal)
 0x7B
數值資料表示法 1/2
14

 浮點數
 10.0 10.0 10.0
 2.34E5 2.34 * 10^5 234000
 67e-12 67.0 * 10^-12 0.000000000067
數值資料表示法 2/2
15

 在程式中用來暫存資料
 宣告變數 (declaring variables)
 語法：資料型別變數名稱 [= 初始值];
int count;
float temperature = 25.0;
變數 1/4
16

 變數命名規則
 只能包含字⺟、數字及底線
 開頭字元不能是數字
 不能使用保留字
 arduino IDE中保留字會標示顏色(arduino目錄libkeywords.txt)
 變數注意事項
 區分大小寫
 使用有意義的文字組合
 clock_pin
 clockPin 小駝峰式命名法 (lower camel case)
 ClockPin 大駝峰式命名法 (upper camel case)
變數 2/4
17

 有效範圍(scope)
 全域變數(global variable)，宣告在#include指令之後，提供整份
Arduino程式使用
 區域變數(local variable)，宣告在程式區塊中，只能在所宣告的程式
區塊中使用；每次執行時變數會被動態創建(create)和銷毁(destroy)
int gPWMval; //整個程式檔都可使用gPWMval變數
void setup() {
//...
}
void loop() {
int i, j; //在loop程式區塊中可使用變數i與j
//...
for (int k = 0; k < 100; k++){ //變數k只能在for程式區塊中使用
//...
}
}
變數 3/4
18

 靜態變數 (static variable)
 在區域變數宣告前加上static關鍵字
 程式執行期間變數內容會保留
void walk(int steps){
static int a; //每次執行walk()函式，變數a會保留上一次執行結果
int b; //每次執行walk()函式，變數b會重置
a = a + steps;
b = b + steps;
}
變數 4/4
19

int a = 0; //全域變數
void setup() {
Serial.begin(9600);
a = a + 1;
Serial.print("a = ");
Serial.println(a);
func1();
func2();
a = a + 1;
Serial.print("a = ");
Serial.println(a);
func1();
func1();
func2();
func2();
}
void loop() {
}
Lab 測試變數Scope 1/2
20

void func1() {
int b = 0;
b = a + b;
Serial.print("b in func1 = ");
Serial.println(b);
}
void func2(){
static int b = 0;
b = a + b;
Serial.print("b in func2 = ");
Serial.println(b);
}
Lab 測試變數Scope 2/2
21

 程式執行過程中不會變更的數
 常數名稱通常使用大寫字⺟
 #define RED_LED 12
 編譯時，RED_LED會被替換成數字12
 const byte RED_LED = 12;
 保留RED_LED變數，但限定內容不可變動
 內建常數
 INPUT, OUTPUT
 HIGH, LOW
 true, false
常數
22

 ⼀般的變數只能儲存⼀個值，陣列則可以用來存放多個值
 陣列中的每個資料稱為陣列元素(element)，程式中以索引值存取陣
列元素，索引值從0開始
byte ledPins[] = {2, 4, 8};
pinMode(ledPins[0], OUTPUT);
 二維陣列
char keypad[4][4] = { //矩陣按鍵
{'1','2','3','A'},
{'4','5','6','B'},
{'7','8','9','C'},
{'*','0','#','D'}};
陣列 (array)
23

 使用雙引號標記字串資料
 char str1[] = "Arduino";
 sizeof(str1)結果為8，會自動加上'0'(空字元)做為字串結束標記
 字串就是⼀種字元陣列 (char array)
 char str2[] = {'A', 'r', 'd', 'u', 'i', 'n', 'o', '0'};
字串
24
如果要把str2做為字串，必須自行加上字串結束字元

 String物件比字元陣列提供更多便利的字串處理運算
 建構元
String str1 = String(235, BIN); //"11101011"
String str2 = String(45, HEX); //"2d"
String str3 = "Hello String"; //"Hello String"
 字串串接
int sensorValue=analogRead(A0);
String msg$ = "Sensor value: " + sensorValue;
 尋找特定字元位置索引
String html_str = "<HTML><HEAD><BODY>";
int i1 = html_str.indexOf('>'); //5
int i2 = html_str.indexOf('>', i1 + 1); //11
int lastOpeningBracket=html_str.lastIndexOf('<'); //12
String物件 1/4
25

 計算字串⻑度
String hello_str = "Hello! arduio ";
Serial.println(hello_str.length()); //18
hello_str.trim(); //切除字串後面多餘空白
Serial.println(hello_str.length()); //14
 大小寫轉換
String arduino_str = "Arduino programming";
Serial.println(arduino_str); //Arduino programming
arduino_str.toUpperCase();
Serial.println(arduino_str); //ARDUINO PROGRAMMING
arduino_str.toLowerCase();
Serial.println(arduino_str); //arduino programming
String物件 2/4
26

 替換字串
String hello_str = "Hello! arduio";
Serial.println(hello_str); //Hello! arduino
hello_str.replace("Hello","Hi");
Serial.println(hello_str); //Hi! arduino
 子字串
String head_str = "Content-Type: text/html";
Serial.println(head_str.substring(14, 18)); //text
 移除子字串
String hello_str = "Hi! arduio";
hello_str.remove(2, 6); //Hiino
String物件 3/4
27

 比較字串
String cmd1_str = "Turn on";
String cmd2_str = "Turn off";
Serial.println(cmd1_str == "Turn on"); //1
Serial.println(cmd2_str.equals("Turn Off")); //0
Serial.println(cmd2_str.equalsIgnoreCase("Turn Off")); //1
String物件 4/4
28

 算術運算子(Arithmetic Operators)
 % (modulo)
 * (multiplication)
 + (addition)
 - (subtraction)
 / (division)
 = (assignment operator)
float r = 3 / 2; //r=1.0
float r = 3 / 2.0; //r=1.5
float r = 3 / (float)2; //r=1.5
Arduino運算子 1/7
29

 比較運算子(Comparison Operators)
 != (not equal to)
 < (less than)
 <= (less than or equal to)
 == (equal to)
 > (greater than)
 >= (greater than or equal to)
30

 位元運算子 (Bitwise Operators)
 & (bitwise and)
 << (bitshift left) LSB補0
 >> (bitshift right) MSB補符號位元
 ^ (bitwise xor)
 | (bitwise or)
 ~ (bitwise not)
PORTD ^= (1 << PD3); //Toggle D3輸出
31

 布林運算子 (Boolean Operators)
 ! (logical not)
 && (logical and)
 || (logical or)
32

 遞增運算
 ++ (increment)
x++; //等同x = x + 1;
 遞減運算
 -- (decrement)
x--; //等同x = x - 1;
33

 複合運算子(Compound Operators)
 同時執行『算數運算子或位元運算子』及『指定運算子』兩件工作
 += (compound addition)
x += y; //等同x = x + y;
 -= (compound subtraction)
x -= y; //等同x = x - y;
 *= (compound multiplication)
x *= y; //等同x = x * y;
 /= (compound division)
x /= y; //等同x = x / y;
34

 &= (compound bitwise and)
x &= y; //等同x = x & y;
 |= (compound bitwise or)
x |= y; //等同x = x | y;
 ^= (compound bitwise xor)
x ^= y; //等同x = x ^ y;
35

 優先序(Precedence)
 決定運算的先後次序
 a = b + c * d;
 結合性(associativity)
 決定相同優先序的運算同時存在時，是要由左向右運算，還是由右向左運算
 a = b + c + d;
 最好使用小括號明確設定運算優先序
Precedence & associativity 1/2
36

運算子優先序
() 1
!、~、++、−− 2
×、/ 3
+、− 4
>>、<< 5
<、<=、>、>= 6
==、!= 7
^、&、| 8
&& 9
|| 10
= 12
Precedence & associativity 2/2
37

 循序結構(Sequence)
 選擇結構(Selection)
程式的三種基本控制結構 1/2
truefalse
38

 重複結構(Iteration)
程式的三種基本控制結構 2/2
true
false
39

 if … else
if (condition1){
//do job A
}
else if (condition2){
//do job B
}
else if (condition3){
//do job C
}
else {
//do job D
}
if敘述
40

 X ? Y : Z
 若X為true，執行Y，否則執行Z
 範例
if (analogRead(CDS) < threshold)
ledState = HIGH;
else
ledState = LOW;
上述程式碼可改寫如下：
ledState = (analogRead(CDS) < threshold)? HIGH : LOW;
三元運算子
41

#define LED 13
void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
byte cmd = Serial.read();
if (cmd == '1') { //從序列埠收到'1'
digitalWrite(LED, HIGH);
Serial.println("Turn LED on");
}
if (cmd == '0') { //從序列埠收到'0'
digitalWrite(LED, LOW);
Serial.println("Turn LED off");
}
}
Lab if敘述 1/2
42

 switch…case
switch (var) { //var必須是整數或字元
case label1:
// statements
break;
case label2:
// statements
break;
default:
// statements
}
switch…case敘述
case 比對1
default 其它敘述
程式區塊1
true
false
程式區塊2case 比對2
switch (整數運算式)
case 比對n
true
false
non break
程式區塊n
true
non break
non break
break
break
break
結束
false
44

#define LED 13
void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
byte cmd = Serial.read();
switch (cmd){
case '0': //從序列埠收到'0'
digitalWrite(LED, LOW);
Serial.println("Turn LED off");
break;
case '1': //從序列埠收到'1'
digitalWrite(LED, HIGH);
Serial.println("Turn LED on");
break;
}
}
Lab switch敘述 1/2
45

 for迴圏
for (initialization; condition; increment) {
//statement(s);
}
 範例
byte ledPins[] = {2, 4, 8, 3, 6};
for (int i = 0; i < 5; i++){
pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
}
for迴圈敘述
條件運算式重複作業區塊
true
false
更新計數值
初始計數值
結束
47

void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int i;
for (i = 0; i <= 255; i += 5){
Serial.println(i);
delay(500);
}
Serial.print("Finally, i = ");
Serial.println(i);
}
Lab for迴圈敘述
48

 while迴圏
while(condition){
// statement(s)
}
 範例
int i = 0;
while (i <= 255){
analogWrite(pwmPin, i);
delay(10);
i++;
}
while迴圈敘述
條件運算式重複作業區塊
true
false
結束
49

void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int i = 0;
while (i <= 255){
Serial.println(i);
delay(500);
i += 5;
}
Serial.println(i);
}
Lab while迴圈敘述
50

 do … while迴圏
do {
// statement block
} while (condition);
 ⾄少會執行⼀次
 範例
#define pwmPin 3
...
int i = 0;
do {
analogWrite(pwmPin, i);
delay(10);
i++;
} while (i <= 255);
do迴圈敘述
條件運算式
重複作業區塊
true
false
結束
51

void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int i = 0;
do {
Serial.println(i);
delay(500);
i += 5;
} while (i <= 255);
Serial.println(i);
}
Lab do迴圈敘述
52

 http://www.arduino.cc/reference/en/
Arduino語言參考資料
53

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