Arduino.TW樂園

程式結構

一個Arduino腳本程式碼(SKETCH)由兩部分組成

void setup()

在這個函數範圍內放置初始化Arduino 板子的程式 - 在主要程式開始撰寫前， 使Arduino 板子裝置妥當的指令。

void loop()

在此放置你的Arduino腳本。這部份的程式會一直重複的被執行，直到Arduino 板子被關閉。
特殊符號

Arduino 語言用了一些符號描繪程式碼，例如註釋和程式區塊。

; //(分號)

Arduino 語言每一行程序都是以分號為結尾。這樣的語法讓你可以自由地安排代碼，你可以將兩個指令放置在同一行，只要中間用分號隔開。（但這樣做可能降低程式的可讀性。）

範例：

delay(100);

{}(大括號)

大括號用來將程式代碼分成一個又一個的區塊，如以下範例所示，在loop()函數的前、後，必須用大括號括起來。

範例：

void loop(){

Serial.pritln("cial");

}

註釋

程式的註釋就是對代碼的解釋和說明，編寫註釋有助於程式設計師(或其他人)了解代碼的功能。

Arduino處理器在對程式碼進行編譯時會忽略註釋的部份。

Arduino 語言中的編寫註釋有兩種方式

//單行註釋：這整行的文字會被處理器忽略

/*多行註釋：

在這個範圍內你可以

寫一整首詩

*/

常數

在Arduino語言中事先定義了一些具特殊用途的保留字。HIGH 和 LOW 用來表示你開啟或是關閉了一個Arduino的腳位(pin)。INPUT 和 OUTPUT 用來指示這個Arduino的腳位(pin)是屬於輸入或是輸出用途。true 和 false 用來指示一個條件或表示式為真或是假。
變數

變數用來指定Arduino 記憶體中的一個位置，變數可以用來儲存資料，程式人員可以透過腳本代碼去不限次數的操作變數的值。

因為Arduino 是一個非常簡易的微處理器，但你要宣告一個變數時必須先定義他的資料型態，好讓微處理器知道準備多大的空間以儲存這個變數值。

Arduino 語言支援的變數型態:

布林boolean

布林變數的值只能為真(true)或是假(false) 

字元char

單一字元例如 A，和一般的電腦做法一樣Arduino 將字元儲存成一個數字，即使你看到的明明就是一個文字。

用數字表示一個字元時，它的值有效範圍為 -128 到127。

注意：有兩種主流的電腦編碼系統ASCII 和UNICODE。ASCII 表示了127個字元， 用來在序列終端機和分時計算機之間傳輸文字。

UNICODE可表示的字元量比較多，在現代電腦作業系統內它可以用來表示多國語言。

在位元數需求較少的資訊傳輸時，例如義大利文或英文這類由拉丁文，阿拉伯數字和一般常見符號構成的語言，ASCII仍是目前主要用來交換資訊的編碼法。

位元組byte

儲存的數值範圍為0到255。如同字元一樣位元組型態的變數只需要用一個位元組(8位元)的記憶體空間儲存。 

整數int

整數資料型態用到2位元組的記憶體空間，可表示的整數範圍為 –32,768 到 32,767; 整數變數是Arduino內最常用到的資料型態。

整數unsigned int

無號整數同樣利用2位元組的記憶體空間，無號意謂著它不能儲存負的數值，因此無號整數可表示的整數範圍為0 到 65,535。

長整數long

長整數利用到的記憶體大小是整數的兩倍，因此它可表示的整數範圍從 –2,147,483,648 到 2,147,483,647。 

長整數unsigned long

無號長整數可表示的整數範圍為0 到 4,294,967,295。

浮點數float

浮點數就是用來表達有小數點的數值，每個浮點數會用掉四位元組的RAM，注意晶片記憶體空間的限制，謹慎的使用浮點數。

雙精準度 浮點數double

雙精度浮點數可表達最大值為 1.7976931348623157 x 10308。

字串string

字串用來表達文字信息，它是由多個ASCII字元組成(你可以透過序串埠發送一個文字訊息或者將之顯示在液晶顯示器上)。字串中的每一個字元都用一個組元組空間儲存，並且在字串的最尾端加上一個空字元以提示Ardunio處理器字串的結束。下面兩種宣告方式是相同的。

char string1[] = "Arduino"; // 7 字元 + 1 空字元

char string2[8] = "Arduino"; // 與上行相同

陣列array

一串變數可以透過索引去直接取得。假如你想要儲存不同程度的LED亮度時，你可以宣告六個變數light01，light02，light03，light04，light05，light06，但其實你有更好的選擇，例如宣告一個整數陣列變數如下：

int light[6] = {0, 20, 50, 75, 100};

"array" 這個字為沒有直接用在變數宣告，而是[]和{}宣告陣列。
控制指令

Ardunio 利用一些關鍵字控制程式碼的邏輯。

if … else

If必須緊接著一個問題表示式(expression)，若這個表示式為真，緊連著表示式後的代碼就會被執行。若這個表示式為假，則執行緊接著else之後的代碼. 只使用 if不搭配else是被允許的。

範例：

if (val == 1) {

digitalWrite(LED,HIGH);

} 

for

用來明定一段區域代碼重覆指行的次數。

範例：

for (int i = 0; i < 10; i++) {

Serial.print("ciao");

}

switch case

if 敘述是程式裡的分叉路口，switch case 是更多選項的路口。Swith case 根據變數值讓程式有更多的選擇，比起一串冗長的if敘述，使用swith case可使程式代碼看起來比較簡潔。

範例 :

switch (sensorValue) {

case 23:

digitalWrite(13,HIGH);

break;

case 46:

digitalWrite(12,HIGH);

break;

default: // 以上條件都不符合時，預設執行的動作

digitalWrite(12,LOW);

digitalWrite(13,LOW);

}

while

當while之後的條件成立時，執行括號內的程式碼。

範例 :

// 當sensor值小於512，閃爍LED燈

sensorValue = analogRead(1);

while (sensorValue < 512) {

digitalWrite(13,HIGH);

delay(100);

digitalWrite(13,HIGH);

delay(100);

sensorValue = analogRead(1);

}

do … while

和while 相似，不同的是while前的那段程式碼會先被執行一次，不管特定的條件式為真或為假。因此若有一段程式代碼至少需要被執行一次，就可以使用do…while架構。

範例 :

do {

digitalWrite(13,HIGH);

delay(100);

digitalWrite(13,HIGH);

delay(100);

sensorValue = analogRead(1);

} while (sensorValue < 512);

break

Break讓程式碼跳離迴圈，並繼續執行這個迴圈之後的程式碼。此外，在break也用於分隔switch case 不同的敘述。

範例 :

//當sensor值小於512，閃爍LED燈

do {

// 按下按鈕離開迴圈

if (digitalRead(7) == HIGH)

break;

digitalWrite(13,HIGH);

delay(100);

digitalWrite(13,HIGH);

delay(100);

sensorValue = analogRead(1);

} while (sensorValue < 512);

continue

continue 用於迴圈之內，它可以強制跳離接下來的程式，並直接執行下一個迴圈。

範例 :

for (light = 0; light < 255; light++)

{

// 忽略數值介於 140 到 200之間

if ((x > 140) && (x < 200))

continue;

analogWrite(PWMpin, light);

delay(10);

}

return

函數的結尾可以透過return回傳一個數值。

例如，有一個計算現在溫度的函數叫 computeTemperature()，你想要回傳現在的溫度給temperature變數，你可以這樣寫：

int temperature = computeTemperature();

int computeTemperature() {

int temperature = 0;

temperature = (analogRead(0) + 45) / 100;

return temperature;

}

算術運算和方程式

你可以透過特殊的語法用 Arduino 去做一些複雜的計算。 + 和 –就是一般學校教的加減法，乘法用*示，而除法用 /表示。

另外餘數除法(%)，用於計算整數除法的餘數值。你可以透過多層次的括弧去指定算術之間的循序。和數學函式不一樣，中括號和大括號在此被保留在不同的用途(分別為陣列索引，和宣告區域程式碼)。

範例 :

a = 2 + 2;

light = ((12 * sensorValue) - 5 ) / 2;

remainder = 3 % 2;

比較運算符號

當你在指定if,while, for 敘述句時，可以運用下面這個運算符號：

== 等於

!= 不等於

< 小於

> 大於

<= 小於等於

>= 大於等於
布林運算符號

當你想要結合多個條件式時，可以使用布林運算符號。

例如你想要檢查從感測器傳回的數值是否於5到10，你可以這樣寫：

if ((sensor => 5) && (sensor <=10))

這裡有三個運算符號: 交集(and)用 && 表示; 聯集(or)用 || 表示; 反相(finally not)用 !表示。
復合運算符號

有一般特殊的運算符號可以使程式碼比較簡潔，例如累加運算符號。

例如將一個值加1，你可以這樣寫:

value = value +1;

你也可以用一個復合運算符號累加(++)：

value++;

累加和遞減 (++和 --)

當你在累加1或遞減1到一個數值時。請小心i++和++i之間的不同。如果你用的是 i++，i會被累加並且i的值等於i+1；但當你使用++i 時，i的值等於i，直到這行指令被執行完時i再加1。同理應用於––。

+= , –=, *= and /=

這些運算符號可讓表示式更精簡，下面二個表示式是等價的：

a = a + 5;

a += 5; 
輸入輸出函數

Arduino 內含了一些處理輸出與輸入的切換功能，相信已經從書中程式範例略知一二。

pinMode(pin, mode)

將數位腳位(digital pin)指定為輸入或輸出。

範例 :

pinMode(7,INPUT); // 將腳位 7 設定為輸入模式

digitalWrite(pin, value)

將數位腳位指定為開或關。腳位必須先透過pinMode明示為輸入或輸出模式digitalWrite才能生效。

範例 :

digitalWrite(8,HIGH); //將腳位 8設定輸出高電位

int digitalRead(pin)

將輸入腳位的值讀出，當感測到腳位處於高電位時時回傳HIGH，否則回傳LOW。

範例 :

val = digitalRead(7); // 讀出腳位 7 的值並指定給 val

int analogRead(pin)

讀出類比腳位的電壓並回傳一個 0到1023 的數值表示相對應的0到5的電壓值。

範例 :

val = analogRead(0); //讀出類比腳位 0 的值並指定給 val變數

analogWrite(pin, value)

改變PWM腳位的輸出電壓值，腳位通常會在3、5、6、9、10與11。Value變數範圍0-255，例如：輸出電壓2.5伏特（V），該值大約是128。

範例 :

analogWrite(9,128); // 輸出電壓約2.5伏特（V）

shiftOut(dataPin, clockPin, bitOrder, value)

把資料傳給用來延伸數位輸出的暫存器，函式使用一個腳位表示資料、一個腳位表示時脈。bitOrder用來表示位元間移動的方式（LSBFIRST最低有效位元或是MSBFIRST最高有效位元），最後value會以byte形式輸出。此函式通常使用在延伸數位的輸出。

範例 :

shiftOut(dataPin, clockPin, LSBFIRST, 255);

unsigned long pulseIn(pin, value)

設定讀取腳位狀態的持續時間，例如使用紅外線、加速度感測器測得某一項數值時，在時間單位內不會改變狀態。

範例 :

time = pulsein(7,HIGH); // 設定腳位7的狀態在時間單位內保持為HIGH

時間函數

控制與計算晶片執行期間的時間

unsigned long millis()

回傳晶片開始執行到目前的毫秒

範例:

duration = millis()-lastTime; // 表示自"lastTime"至當下的時間

delay(ms)

暫停晶片執行多少毫秒

範例:

delay(500); //暫停半秒（500毫秒）

delay Microseconds(us)

暫停晶片執行多少微秒

範例:

delayMicroseconds(1000); //暫停1豪秒

數學函式

三角函數以及基本的數學運算

min(x, y)

回傳兩數之間較小者

範例：

val = min(10,20); // 回傳10

max(x, y)

回傳兩數之間較大者

範例：

val = max(10,20); // 回傳20

abs(x)

回傳該數的絕對值，可以將負數轉正數。

範例：

val = abs(-5); // 回傳5

constrain(x, a, b)

判斷x變數位於a與b之間的狀態。x若小於a回傳a；介於a與b之間回傳x本身；大於b回傳b

範例：

val = constrain(analogRead(0), 0, 255); // 忽略大於255的數

map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh)

將value變數依照fromLow與fromHigh範圍，對等轉換至toLow與toHigh範圍。時常使用於讀取類比訊號，轉換至程式所需要的範圍值。

例如：

val = map(analogRead(0),0,1023,100, 200); // 將analog0 所讀取到的訊號對等轉換至100 – 200之間的數值。

double pow(base, exponent)

回傳一個數(base)的指數(exponent)值。

範例：

double x = pow(y, 32); // 設定x為y的32次方

double sqrt(x)

回傳double型態的取平方根值。

範例：

double a = sqrt(1138); // 回傳1138平方根的近似值 33.73425674438

double sin(rad)

回傳角度（radians）的三角函數sine值。

範例：

double sine = sin(2); // 近似值 0.90929737091

double cos(rad)

回傳角度（radians）的三角函數cosine值。

範例：

double cosine = cos(2); //近似值-0.41614685058

double tan(rad)

回傳角度（radians）的三角函數tangent值。

範例：

double tangent = tan(2); //近似值-2.18503975868

亂數函式

產生亂數

randomSeed(seed)

事實上在Arduino裡的亂數是可以被預知的。所以如果需要一個真正的亂數，可以呼叫此函式重新設定產生亂數種子。你可以使用亂數當作亂數的種子，以確保數字以隨機的方式出現，通常會使用類比輸入當作亂數種子，藉此可以產生與環境有關的亂數（例如：無線電波、宇宙雷射線、電話和螢光燈發出的電磁波等）。

範例：

randomSeed(analogRead(5)); // 使用類比輸入當作亂數種子

long random(max)

long random(min, max)

回傳指定區間的亂數，型態為long。如果沒有指定最小值，預設為0。

範例：

long randnum = random(0, 100); // 回傳0 – 99 之間的數字

long randnum = random(11); // 回傳 0 -10之間的數字
序列通訊

你可以在第五章看見一些使用序列埠與電腦交換訊息的範例，以下是函式解釋。

Serial.begin(speed)

你可以指定Arduino從電腦交換訊息的速率，通常我們使用9600 bps。當然也可以使用其他的速度，但是通常不會超過115,200 bps（每秒位元組）。

範例：

Serial.begin(9600);

 

Serial.print(data) 
Serial.print(data, encoding)

經序列埠傳送資料，提供編碼方式的選項。如果沒有指定，預設以一般文字傳送。

範例：

Serial.print(75); // 列印出 "75"

Serial.print(75, DEC); //列印出 "75"

Serial.print(75, HEX); // "4B" (75 的十六進位)

Serial.print(75, OCT); // "113" (75 in的八進位)

Serial.print(75, BIN); // "1001011" (75的二進位)

Serial.print(75, BYTE); // "K" (以byte進行傳送，顯示以ASCII編碼方式)

Serial.println(data)

Serial.println(data, encoding)

與Serial.print()相同，但會在資料尾端加上換行字元（ ）。意思如同你在鍵盤上打了一些資料後按下Enter。

範例：

Serial.println(75); //列印出"75 "

Serial.println(75, DEC); //列印出"75 "

Serial.println(75, HEX); // "4B "

Serial.println(75, OCT); // "113 "

Serial.println(75, BIN); // "1001011 "

Serial.println(75, BYTE); // "K "

int Serial.available()

回傳有多少位元組（bytes）的資料尚未被read()函式讀取，如果回傳值是0代表所有序列埠上資料都已經被read()函式讀取。

範例：

int count = Serial.available();

int Serial.read()

讀取1byte的序列資料

範例：

int data = Serial.read();

Serial.flush()

有時候因為資料速度太快，超過程式處理資料的速度，你可以使用此函式清除緩衝區內的資料。經過此函式可以確保緩衝區(buffer)內的資料都是最新的。

範例：

Serial.flush();