Arduino基础知识

Arduino 是一款价格不高、易于使用的电子平台。

包括硬件和软件在内的整个平台是完全开源的，并且使用的是松散地基于C/C++ 的语言。

Arduino 是为希望尝试创建交互式物理对象的实践者、喜欢创造发明的人以及艺术家构建的。

这个三部分系列将从基本的Arduino 硬件开始，并使用它创建名为“'Duino tag”的交互式激光游戏，玩家可以使用几乎从头开始构建的设备玩tag 游戏。

在“构建基于Arduino 的激光游戏”的第1 部分中，我们将构思作为'Duino tag 的一部分的基本预备试验。

开始之前无论您是Arduino 新手还是经验丰富的构建者，此项目都有适合您的内容。

没有比创建交互式物理对象更令人满意的事情了，因为在需要中断或者需要修改时，您知道所有部件的位置以及所有部件的工作原理。

'Duino tag 枪是适合独立完成或与朋友共同完成的优秀项目。

要完成此项目，您至少应当基本了解电子学（您应当知道寄存器是什么，但是不必知道其中的深奥原理）并且了解编程（您应当知道循环和变量是什么，但是您不必解析Big O Notation）。

您可以勇敢地进行动手实践。

关于本系列在本系列中，我们将使用Arduino 技术来创建名为'Duino tag 的基本交互式激光游戏：∙第1 部分：了解一些Arduino 基础知识，布置项目，并且做一个帮助您了解红外线工作原理的实验。

∙第2 部分：构建和测试'Duino tag 枪的接收器部分，包括测试。

∙第3 部分：构建发送器并完成'Duino tag 枪。

关于本教程要继续学习本教程，您无需具有任何电子学工作经验，尽管使用电子元件的经验肯定对您有用。

对于微控制器经验也是如此。

如果您使用过微控制器，则有一定的优势，但是记住Arduino 平台非常适合没有相应经验的人员。

首先，您应当愿意拓展自己的技能。

使用电子器件和微控制器会是一种有益的经验。

大多数软件工程师没有机会为与物理世界交互的设备编写代码，而Arduino 提供了使用交互式设备的低成本入口点。

本教程是“构建基于Arduino 的激光游戏”三部分系列的第1 部分，将主要介绍Arduino 基础知识。

我们将开始使用Arduino，了解语言基础知识和API。

我们将为'Duino tag 项目做准备，包括设计基础和整合部件列表。

我们将了解如何在线订购部件、去哪里购买以及需要哪些部件。

最后，使用一些采购的元件和一些基本测试代码，我们将演示控制枪械操作的基本原理统要求对于本教程，我们需要一些工具和设备：具有USB 端口的计算机虽然从技术的角度来说并不合适（许多类型的Arduino 硬件接口都是基于旧式串行端口的），但是本系列在撰写时假定您使用的是基于USB 进行通信的模型。

Arduino 软件可用于Microsoft® Windows®、Mac OS X 和Linux®（32 位和AMD 64 位）。

Arduino Diecimila这是本教程中使用的Arduino 硬件的具体模型。

您可以替换ArduinoDuemilanove。

请从正规的网上经销商那里订购一个。

要获得链接，请参阅参考资料。

USB A-B 线这是类似于已经连接到打印机上的一根USB 线。

基本的5mm 红色发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）您可能已经有一个，或者可以在Radio Shack 或者从网上经销商那里购买。

闪光灯越亮越好。

Arudino 软件要下载Arudino 软件，请参阅参考资料。

Arduino 的安装和设置指南要下载Arduino 安装指南，请参阅参考资料。

构建基于Arduino 的激光游戏，第 1 部分: Arduino 基础知识用开源硬件与软件平台Arduino 开始创建电子项目Arduino 简介在本节中，我们将介绍Arduino 硬件的基础知识、如何设置，并简单介绍如何编写软件。

Arduino 是什么？简言之，Arduino 板是一个微控制器—具有各种输入管脚和输出管脚的小型计算器。

使用这些管脚，您可以创建无数交互式设备，包括像闪光灯一样简单的设备，以及通过各种输入创建使用伺服系统和引擎的复杂行为的复杂设备。

第一个Arduino 是2005 年1 月由米兰交互设计学院的两位教师— David Cuartielles 和Massimo Banzi —创建的。

要获得介绍Arduino 开发人员的在线杂志文章，请参阅参考资料。

Arduino 平台由两部分组成：硬件（包括微控制器、电路板等）和软件（编程接口和语言）。

平台的两个部分都是开源的。

如果需要，您可以下载Arduino 的图表、购买需要的所有独立部件、切割电路板并从头开始制作一个电路板。

有很多用于这一用途的各种项目（如Freeduino）。

图表和CAD 文件已经在Creative Commons Share-Alike 许可下发布。

用于编写Arduino 的软件也是开源的。

它是用Java™编程语言编写的并且是在GPL（有一些已经在LGPL 许可下发布的C/C++ 微控制器库）下发布的。

有几个可用的微控制器平台，并且许多平台都实现相同的目的：易于编程、与微控制器进行交互、将所有内容封装到一个包中等等。

同样地，Arduino 旨在提供一个简单的界面和一个将所有功能集于一身的包，同时尝试提供其他优点：低成本可以从头开始构建便宜的Arduino 板，并且预组装的组件十分便宜。

Arduino Diecimila 花费大约35 美元。

跨平台软件获得适用于Microsoft Windows、Mac OS X 和Linux 的Arduino 软件。

简单的语言Arduino 开发人员尝试使语言可以被初学者轻松掌握，但是对于高级用户足够灵活。

开放源码Arduino 从上到下完全是开源的。

如果需要构建或修改软件，您可以随意执行。

此外，Arduino 的官方Web 站点包含丰富的维基，其中的代码样例和示例都是免费共享的。

有大量可用的Arduino 信息。

最佳起点位于官方Web 站点（请参阅参考资料）。

花一些时间阅读该站点中的优秀介绍性信息。

入门要与Arduino 硬件进行交互，您需要安装软件。

下载适用于您的操作系统的软件并遵循相应的分布安装和设置指南（请参阅系统要求）。

它们遵循相同的步骤：1解压缩软件2安装Arduino 的USB 驱动程序3连接Arduino 板4启动软件5上传示例我们将不会详细介绍每个步骤，因为这些步骤将随着环境的不同而变化。

让我们讨论一下软件和Blink 示例。

注：按照Arduino 的说法，独立的脚本和程序被称为“sketches”。

在启动软件并装入Blink 示例后（根据入门指南中的说明），您应当会看到类似图1 的内容。

这里简要介绍一下该界面，顶部按钮行将控制基本任务，如编译、创建和保存文件、将代码上传到Arduino 板中以及打开或关闭Serial Monitor（稍后还有更多任务）。

中间窗格包含Blink 示例的所有代码，并且底部窗格将显示控制台输出、编译错误和序列消息（打开Serial Monitor 时）。

目前，让我们将精力放在中间的窗格上并讨论Arduino 语言。

Arduino 语言基础知识Arduino 语言是基于C/C++ 的，并且如果您以前使用过这种语言，则应十分熟悉它的构造函数和特性。

虽然完整回顾该语言不在本教程范围内，但是让我们剖析Blink 示例并了解一点该语言的知识。

如果您已经可以熟练使用代码，则这些内容可能有些过于简单，因此如果您愿意获取一本手册并进一步深入研究，请随意查阅更多语言参考（要获得更多语言参考，请参阅参考资料）。

首先，查看大块注释。

Arduino 语言中的注释是用两种样式编写的。

清单 1. 块样式*/* Block Style like this*/也可以用内联样式编写。

清单 2. 内联样式// inline like this接下来，注意声明一个变量：int ledPin = 13;。

从这一行可立即看出Arduino 语言中的行都是以分号为结尾的。

此外，从中可以了解在Arduino 语言中声明变量所需的几乎所有内容。

语法为：声明变量类型，声明变量名，设置变量的初始值。

除了整型之外，Arduino 语言还支持无符号的整型、布尔型、字符型、无符号的字符型、字节型、长型、无符号的长型、浮点型、双精度型、字符串型和数组型。

在Arduino 语言参考中查找每种数据类型的详细信息，但是花一些时间了解一下数组类型。

在声明数组时，清单3 中所示的每种方法都是正确的。

清单 3. 声明数组的方法int fourlong[4]; // creates an empty array, 4 elements long int nolength[] = {8,18,32,64}; // the compiler will figure out how long this array isint setboth[4] = {8,18,32,64}; // This creates a 4 element array// and sets the initial valuechar someword[7] = "fizbin"; // You need to add one extra element for a null character如果您拥有Web 开发背景，则这些数组可能看上去有点奇怪。

不必担心。

在开始使用后，这些数组就更容易理解了。

注：数组是零索引的（zero-indexed）。

清单 4 显示了setup函数。

清单 4. setup函数void setup(){pinMode(ledPin, OUTPUT);}每当Arduino 板被重置时，就运行一次该函数。

每个sketch 都必须有setup函数，即使该函数为空。

在这种情况下，setup函数用于设置Arduino 硬件中的一个管脚的模式。

目前忽略pinMode语句并查看该函数的结构。

通过声明函数的返回类型（在这种情况下，void 表示函数将不返回值）和函数名来声明函数。

在函数名后，请在括号内声明所有必要参数。

setup函数将不接受参数，但是如果需要创建一个接受一个或多个参数的函数，则只需像声明变量一样声明参数。

清单 5. 声明参数void someFunction(int a, int b=2)最后，我们会看到函数代码是用大括号括起来的。

setup函数之后是名为loop的另一个函数。

清单 6. loop函数void loop(){digitalWrite(ledPin, HIGH);delay(1000);digitalWrite(ledPin, LOW);delay(1000);}在执行了setup函数后，将不确定地无限次调用loop函数，直至Arduino 板被关闭，或者直至某个重要事件在时间和空间上造成断层。