Arduino極速入門教程——兩篇文章讓你會用Arduino（下）-有解無憂

接上篇關于Arduino基礎環境配置、界面介紹和C語言基礎，這一篇的內容為具體如何在Arduino中進行編程，

在VSCode上配置Arduino

什么是VSCode

VSCode，即Visual Studio Code，是微軟制作的一個開源免費編輯器，當今始接最熱門的主流代碼編輯器之一，百度vscode或者點我給出的這個鏈接，可以進到官網下載，編輯器與IDE（集成開發環境）不同，VSCode更加像一個可以加載插件的記事本，不過如果配置得當，VSCode也可以用來當作一個簡陋的IDE使用，

為什么用VSCode

Arduino IDE本身其實只是一個非常簡陋的IDE，沒有代碼補全、豐富的高亮、代碼跳轉重構等功能，而這些我們都可以在VSCode上進行實作，這可以是不必要的（如果你能力足夠強用記事本直接寫代碼也是可行的），但是作為初學者或者開發者使用這些功能能夠讓你快速學習或者實作你想要實作的功能，

怎么配置

先下載并安裝VSCode，

接著下載插件，在最左邊選擇擴展按鈕，然后搜索并安裝我標出的這幾個插件，你就能有一個可以裝Arduino的中文VSCode了（我的VSCode與你們的應該樣式不同，因為我安裝了樣式的插件）：

然后打開安裝好的VSCode，左上角選擇：檔案-打開檔案夾，然后選擇一個你以后專門保存Arduino代碼的檔案夾打開，

在左上角檔案選項中選擇首選項-設定，

然后設定界面的右上角，選擇打開設定（json）

然后我們就進入到了一個JSON檔案界面，在原本的檔案開頭如下內容，不過需要注意：下面第一行的path為你安裝Arduino的位置，我安裝在D:/Software/Arduino檔案夾里的，如果設定自己的地址也請按照我這種雙斜杠的格式來寫，

    "arduino.path": "D:\\Software\\Arduino",
    "C_Cpp.intelliSenseEngine": "Tag Parser",
    "editor.insertSpaces": true,
    "files.autoGuessEncoding": true,
    "arduino.logLevel": "info",
    "explorer.confirmDelete": false,
    "editor.detectIndentation": false,

點擊Ctrl+s保存JSON檔案，然后重啟VSCode，現在你的VSCode環境就配置好了，

Arduino的程式內容

打開例程

現在我們先來打開一個官方例程，首先打開Arduino IDE，選擇檔案-示例-Basic-Blink，這是Arduino官方提供的一個燈光閃爍程式，

點開后按Ctrl+S，IDE會告訴你該檔案處于只讀狀態，需要將專案保存在其它位置，點擊確定，然后將檔案保存在我們前面設定的VSCode作業檔案夾里，然后我們就可以退出并通過VSCode打開它了，

例程將會是我們很好的學習資源，這些例程有些來自于開發板，有些來自于函式庫，有些來自于官方，但是我們如果已經安裝好的東西，找例程并且想要在VSCode中進行修改測驗或者僅僅是查看，都可以通過這種方式來，

程式結構

我們現在可以發現其實這個Blink中有兩個函式setup和loop，它們的功能我在下圖中標示了：

setup和loop是Arduino的邏輯核心，普通的Arduino程式都是基于這兩個函式進行運行的，一般我們在setup中初始化環境，然后在loop區域寫我們需要實作的功能，

如果想知道這兩個函式是怎么實作的，可以查看{你的Arduino安裝地址}\hardware\arduino\avr\cores\arduino中main.cpp和Arduino.h檔案，大概意思就是我們在程式中實作的setup和loop函式將會通過Arduino.h被參考，然后在main.cpp中被執行，Arduino.h只是一個參考傳遞檔案，這里我們重點關注main.cpp：

功能函式

現在我們再來看看Blink檔案：

// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);                       // wait for a second
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);                       // wait for a second
}

前面那一堆介紹注釋我就不復制了，有興趣自己看，我們現在關注程式中出現的功能函式：pinMode()、digitalWrite()、delay()，

根據注釋其實我們可以知道它們的功能分別為初始化引腳功能，引腳電平改變，時間延遲，如果在VSCode中，我們可以按住Ctrl鍵然后滑鼠單擊該函式，即可進入該函式的定義界面，不過我們現在暫時不需要點擊去知道這些功能，等以后你想自己實作一個Arduino的時候可以再嘗試去看，

然后我們再看引數部分，OUTPUT、HIGH、LOW這些似乎比較好理解，但是LED_BUILTIN是什么東西？不用擔心，我們同樣Ctrl點擊它，即可查看它的定義：

它被宏定義為了1，現在我先告訴你這個1其實就是Arduino板子上標注了1的那個引腳，但是這個函式具體是怎么個原理呢？我們怎么知道一個函式需要怎么使用呢？

查看手冊

對于上述兩個問題，最好的方案當然是查看手冊了，打開Arduino IDE，選擇幫助-參考，然后我們就打開了我們的功能函式手冊，一個保存在你電腦里的網頁，參考手冊看上去很多而且是全英語的，但是不用擔心，我來告訴你怎么查看它，

首先可以看到手冊分成了三列，第一列的大標題是Structure（結構體），第二列是Variables（變數），第三列是Functions（函式），

Structure

其中我們看第一列的Structure內容很多，但是除了setup和loop函式，其實就是C語言基礎的東西，

Variables

Constants

而第二列變數里，第一個大類Constants（常量）（是的，他把常量劃分到變數列里了，不過不影響，只是個分類方法而已），這些是一些宏定義的量，如果你需要知道他有什么用，點開查看即可，不過一般基礎使用常用的內容有以下幾個：

不知道電平是什么的我們在后面講，

Data Type

這個就是資料型別，C++與C之間的差別在于C++多了幾個資料型別，其它沒什么變化（不過不同芯片中同一型別占用的存盤空間大小可能各自不同（也就是他的最大最小值可能會有差別），不過一般基礎使用只要不遇到特別大或者特別小的一般不會遇到這些問題）我在這里標注了它們不同的地方：

Conversion

這里面是一堆強制轉換函式

Variable Scope & Qualifiers

變數作用域和限定符，主要用于限定作用域，其中static和const用法在基礎階段需要多練習掌握，而volatile則在真正開始做大專案之后開始慢慢掌握（提前掌握也挺好，只是怕你用不好），

Utilities

公共功能，其中sizeof主要在于你不知道資料型別的大小的時候使用（就是我前面說的最大最小值可能存在差別的地方），

而PROGMEM是一個記憶體控制標識，基礎使用應該用不到，當你在存盤處理大量資料時可以使用，

電路基礎

在講Function之前，我想先講述以下電路基礎，便于理解這些函式的功能，這里先假設你知道基礎的電壓（電平）、電流、電阻是什么，如果不知道還請去百度，

模擬電路

平常我們見到的像是音頻波紋這些，都屬于模擬信號，它們在時間上是連續的，一般來說我們正常制作和能感知到的電路都是模擬電路，我們可以把模擬電路某點的電壓在時間上的改變用影像來標示，下面是一個模擬電路的波形示例：

數字電路

數字電路其實是我們人為抽象出來的電路，也被稱為邏輯電路，有一些半導體，比如LED二極管就有一個特性，當兩引腳兩端電壓低于某個界限時它是相當于斷路的，而如果高于這個電壓，它又是相當于短路的，而斷路和短路兩種狀態就可以等效為0和1兩個數字，0表示其中電流不存在，斷路，即低電平，而1表示電流存在，短路，即高電平，當然實際上的定義是一個數學上的概念，不過我們這里姑且這么理解就行了，而半導體因為這個特性就擁有了邏輯功能，加上一些特殊的半導體還有一些其它特性，人們把它們制作成了芯片，

所以我們平常使用的芯片之類的都是半導體元件，而在外界和內部的處理資訊方式都是對數字電路的處理，

但是具體多高的電平是高電平多低是低電平呢，一般來說對于一個普通的芯片，它會有兩種電源引腳，一個叫GND，一個叫VCC，GND作為參考基準電平，我們統一將其標定為0V，那么VCC和GND的電壓差就是作業電壓，我們可以直接用VCC的壓值來直接表示，一般常見的作業電壓有3.3V和5V，而UNO即為5V，在與UNO這類5V單片機定義電壓分界的時候，往往定義的3V往上為1，往下為0，但是為了穩妥起見，芯片自身輸出的1就是其作業電壓，而0就是其GND的電壓，

模數轉換和數模轉換

模擬電路和數字電路其實是可以相互轉換的，一般我們如果需要從外界讀取一個模擬量（就是我們不只是需要簡單知道其電平為1還是0，而是需要知道具體電壓），就可以使用模數轉換然后得到結果，如果我們需要輸出一個模擬量，就可以通過數模轉換將數字信號生成模擬信號，

PWM

這個屬于數字信號的內容，因為我們知道輸出電壓在電路中其實等效于輸出能量，而在周期時間內通過控制高低電平輸出時間占比，就可以控制單位時間內能量的輸出總量，實作脈沖調制的功能，當然這個功能不僅僅能用于控制能量，但是一般來說我們在基礎階段知道這一個功能即可，

接上面的功能函式

Functions

這些功能函式其實就是Arduino官方設定的一些基礎功能，而我們未來可能在使用途中會遇到更多的功能函式，但是從理論上那些功能大多數都是可以通過這些基礎函式進行實作的，我接下來用圖片羅列出它們的功能，不需要詳細去記用法，如果需要用到的就直接再點開詳細看就行，不然里面很多不常用的你記了后面也會忘，知道有些啥就行，

普通引腳功能函式

時間函式

數學函式

字符判斷函式

亂數

位操作

中斷

通信

不過上面其實只是一小部分，我們回到這個網頁頂部，然后這里有個Libraries，點開它，里面羅列了一堆庫的用法介紹，

我們現在究竟需要掌握些什么

相信你看到這么多功能感覺特別復雜了，不過不用擔心，很多功能其實不太常用，我現在說一下一些比較常用的功能和函式，這些你去學習就好了，

上面勾出來的三個庫，你需要大概去掌握它們，其中SPI和I2C與前面Serial那個串口（UART）是非常常見而且重要的三種通信協議，你需要知道它們大概的通信流程，這些功能可以在Arduino IDE種官方提供的例程和這個參考手冊綜合學習，
EEPROM那個功能其實不是那么的重要，但是掌握它有助于你去理解芯片底層的存盤機理，
前面digital I/O和analog I/O的六個函式需要掌握，這是最基礎的內容，
掌握delay函式，
掌握中斷原理并能自己寫一兩個中斷，

如果你可以使用我上面寫的這五條里的功能，配合我前面講的這些學習方法，Arduino的基礎內容就基本難不倒你了，

后記

說來慚愧，我本以為會語言精煉地講通這些，但是還是存在很多沒講好的地方，還請多多包含，本教程為一個入門教程，重點在于告訴你該如何快速去掌握Arduino這個平臺并在后期深入學習，但是真正要學會還是得自己去深入了解掌握，畢竟你永遠不可能通過一本書甚至這么一篇文章就成為高手，

其實之所以我在里面并沒有怎么講具體你要去實作什么怎么做，而是從底層原理和學習方法來講，是因為每個人想要做的事是不同的，我如果將每個功能挨個講完，那復雜程度就配不上Arduino這種專門為簡化編程而生的平臺了，

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