【Arduino入門】Arduino設計入門

Arduino設計入門

Arduino程式設計基礎主要是基於C/C++語言，其開發環境Arduino IDE提供了一個用戶友好的界面，讓使用者可以更輕鬆地開發和上傳代碼到Arduino板。編寫Arduino程式主要包括兩個函數：setup()和loop()。其中，setup()函數用於初始化設置，只在程式開始時運行一次；而loop()函數則在setup()運行完畢後，不斷循環執行。

以下是一個典型的Arduino程式範例，用於控制一個LED燈的閃爍：

在上述程式中：

pinMode (LED_BUILTIN, OUTPUT); 用於設置LED_BUILTIN（13號引腳）為輸出模式，以控制LED。
digitalWrite (LED_BUILTIN, HIGH); 和 digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); 用於控制LED的亮與暗，HIGH代表通電，LOW代表斷電。
delay(1000); 用於讓Arduino等待1000毫秒（=1秒），在這期間LED保持當前狀態（亮或暗）。

編寫好代碼後，通過Arduino IDE將程式上傳至Arduino板，就能看到Arduino Uno pin 13 的LED燈按照指定的節奏閃爍。這個基本的範例包含了Arduino編程的一些核心概念，例如輸入/輸出控制、使用函數和時間控制等。透過學習和實踐更多類似的範例，你可以漸漸掌握Arduino程式設計的基本技巧。

Arduino程式的架構說明

所有Arduino程式都是由setup()和loop()兩大區塊所組成，這區塊的正式名稱叫做函式(function)。

setup()函式的作用是設定一開始的程式參數，舉例指定那一個接腳做為［輸出］或［輸入］，而這段函式只會在開機後執行一次。

loop()函式”{” & “}”裏頭的程式則會一直重覆執行，直到電源關閉為止。

函式名稱前的”void”代表[沒有回傳值]，詳細說明會在之後提到。

接腳的輸入／輸出設定工作模式

要Arduino控制某個數位接腳的元件，先把該接腳設定成［輸出］(output)模式，反之，如要從這感測器元件上讀取到訊息時，則將這接腳設定成［輸入］(input)模式，使Arduino知道這支腳的作用是要輸出功能或讀取功能。

本篇一開始使用這Arduino範例中的LED Blink（閃爍）做為範例，在它setup()函式中，設定pinMode()函式為這Arduino開發板上內建的13腳（參考：Arduino開發板腳位說明），在這13腳旁的LED燈指定名稱”LED_BUILTIN”為輸出(OUTPUT)，你也可以將這”LED_BUILTIN”換成”13″，這LED閃爍程式也一樣可以執行，這是變數的功能，後續會再補充說明。

接著在loop()函式中，”digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);” digitalWrite指的是輸出指令，輸出在括號中的LED_BUILTIN腳為HIGH（高電位），Arduino則會在輸出5V電壓給13腳LED，讓它亮著；”delay(1000);” delay是停留的指令，停留時間以括號中的毫秒時間計算；接著要關閉LED燈，則將digitalWrite函式的LED燈模式換成”LOW”，讓它輸出低電位0V，這樣子LED燈就會關閉，而關閉停留時間設定為1000毫秒，那這段程式就會由上至下重覆的執行，如底下影片所示。

可以試著將停留時間做改變，再將程式上傳到Arduino中，觀察LED燈依你的修改後的閃爍停留時間。

使用[變數]來管理相應程式碼

在上面LED Blink程式設計中，變數是用來存儲和表示資料的基本單位。你可以將變數想像成是存儲資料的容器。在Arduino或其他編程語言中，定義變數時，需要設定其資料型態、名稱和初值。

1. 資料型態

變數的資料型態確定了它可以存儲的資料類型和大小。例如，Arduino中的”int”型態可用於存儲整數，而”float”可用於存儲浮點數。

2. 變數命名

變數的名稱應該具有描述性，使得其他人閱讀你的程式碼時可以容易理解它的用途。例如，如果你想存儲LED的狀態，可以命名為”LED_BUILTIN”。

3. 初始化變數

當你定義變數時，可以給它一個初始值。例如：”int LED_BUILTIN = 13;”，這樣”LED_BUILTIN”變數就被初始化為13。

現在在這LED Blink程式中，這變的定義如下詳細說明：

int LED_BUILTIN = 13; // 定義一個名為LED_BUILTIN的變數，並初始化為13，表示LED連接到13號腳位
int delayTime = 1000; // 定義一個名為delayTime的變數，用於存儲延遲時間（毫秒）

void setup() {
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // 設定LED_BUILTIN為輸出模式
}

void loop() {
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // 將LED_BUILTIN腳位設為高電位，LED亮
delay(delayTime); // 延遲delayTime毫秒

digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // 將LED_BUILTIN腳位設為低電位，LED熄滅
delay(delayTime); // 延遲delayTime毫秒
}

在上述程式中，我們定義了兩個變數：”LED_BUILTIN “和”delayTime”。” LED_BUILTIN”變數存儲了我們要控制的LED的腳位號碼，而＂delayTime＂變數則存儲了LED亮和熄滅之間的延遲時間。

利用這兩個變數，我們可以方便地更改LED的連接腳位或閃爍速度，而不需要修改其他部分的程式碼。例如，如果想要更改LED的閃爍速度，只需更改＂delayTime＂的值即可。

因此變數在程式設計中扮演著極為重要的角色，它使我們的程式碼更加靈活和易於維護。當開發更複雜的項目時，合理地使用和命名變數將使得程式碼更加清晰和組織化。

變數命名相關規定

當命名變數時，遵循一定的規定和慣例是很重要的，它確保了程式碼的可讀性和維護性。以下是變數命名的一些基本規定：

首字符限制：變數名稱的首字符必須是字母（a-z，A-Z）或底線（_）。數字不可以作為首字符。
不使用保留字：不能使用語言的保留字或關鍵字作為變數名稱。
區分大小寫：變數名稱是區分大小寫的。例如，`myVariable`和`MyVariable`是兩個不同的變數。
避免使用單一字符：使用具有描述性的名稱，而不是單一字符，如i、j、k。例如，使用`index`或`counter`而不是簡單的`i`。
描述性命名：變數名稱應該反映其用途或所存儲的資料，例如`temperature`、`speed`、`totalAmount`。
避免特殊字符：除了底線（_），避免在變數名稱中使用其他特殊字符，如@、#、$、%等。
名稱長度：盡量選擇適中的名稱長度，過長的名稱可能使程式碼讀起來複雜，而過短則可能不夠描述性。
使用名稱慣例：遵循某種命名慣例，如駝峰式命名（camelCase）或下劃線命名（snake_case）。
避免數字後綴：除非有特定的理由，否則避免在變數名稱中使用數字後綴，如`variable1`、`variable2`。
避免冗餘：避免使用冗餘的詞語或前綴，例如使用`name`而不是`theName`或`myName`。
避免使用縮寫：除非縮寫非常常見，否則儘量避免。例如，使用`number`而不是`num`。
避免使用Arduino程式函數[保留字]來命名：例如’print’是Arduino內建的保留字輸出文字函數，而使用這些保留字時，程式在驗證時，會出現不正確訊息，是無法上傳使用的；這些相關詳細的Arduino保留字可以參考官網上的明細，請參閱：https://www.arduino.cc/reference/en/

遵循這些基本規定和慣例，可以確保你的程式碼更加整潔、清晰，並且容易維護和協作。

資料類型

資料類型是程式設計中的一個基本概念，用於指定變數、常數或函式可以存儲或處理的資料的性質和類型。不同的程式語言可能有其專屬的資料類型，但大部分語言都具有一些常見的基本資料類型。以下是資料類型的基本介紹：

整數型 (int)：用於存儲整數值，例如：5、-15、1000。在多數程式語言中，它可能進一步細分為短整數、長整數等，具體取決於可以存儲的位數。
浮點型(float)：用於存儲具有小數部分的數值。例如：3.14、-0.001。浮點數可以表示非常大或非常小的數字，但可能存在精度問題。
字元型(char)：通常用於存儲單個字符，例如：’A’、’1’、’%’。
字符串型(str)：由多個字符組成的資料類型。例如：”Hello, World!”、”Arduino”。
布林型(boolean)：只有兩個可能的值：真（True）或假（False）。布林型常用於條件判斷或迴圈控制。
陣列(“[]”)：用於存儲多個相同資料類型的元素的集合。例如，可以使用整數型陣列來存儲一系列整數。

不同的程式語言可能提供特定的資料類型，且同一資料類型在不同語言中的實現也可能略有差異。了解資料類型是理解和有效使用程式語言的關鍵。

轉換資料類型

在程式設計中，資料轉換是指將一種資料類型的值轉換為另一種資料類型的過程。

常見的資料轉換範例：

1. 整數轉浮點數：

這是一個常見的轉換，通常在算數運算中發生。例如：`double result = 5 / 2.0;` 這裡的整數`5`會被轉換為浮點數進行運算。

2. 浮點數轉整數：

這種轉換可能會導致資料損失，因為浮點數的小數部分會被捨去。例如：`int value = (int) 3.14;` 這裡的`value`將獲得`3`。

3. 字串轉數字：

在需要從輸入或文件中讀取數字時，可能需要將字串轉換為數字。例如：在Java中，可以使用`Integer.parseInt(“123”)`將字串`”123″`轉換為整數。

4. 數字轉字串：

在需要將數字格式化為可顯示的格式時，可能需要此轉換。例如：`String str = Integer.toString(456);`。

資料轉換是程式設計中的基本技能。在進行轉換時必須確保其正確性和安全性，避免可能出現的錯誤或未定義的行為。

自設定不變的[常數]方式

當存放固定、不變數值的容器，稱為[常數]。如在數字上這＂π＂。建立常數方式：

使用＂const＂指令定義常數。
常數名稱中的字母通常寫成大寫。
常數設定後，這數值就不可被更改。

舉例：程式中定義PI常數為3.14159

const float PI = 3.14159; //設浮點數PI常數為3.14159