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前言 呃呃，為啥寫這個教程呢~俺也不知道！唉，說多了都是淚，心酸，卷啊~ 以下內(nèi)容是我的個人理解，專業(yè)名詞解釋可能存在錯誤，望廣大讀者指出，萬分感謝！ 基礎(chǔ)概念 回歸內(nèi)容，今天在這里用一篇博文，帶領(lǐng)大家玩轉(zhuǎn)Arduino、入門數(shù)電模電、入門傳感驅(qū)動設(shè)計！  這些是我準(zhǔn)備的東西，一把杜邦線、一些傳感器、一塊板子！ 杜邦線就是導(dǎo)線，把傳感器模塊和單片機(jī)（Arduino板）連接起來。這里的Arduino板是我之前在雙臂機(jī)械臂課程用到的板子，其實也就是一塊Arduino Nano的擴(kuò)展板，將所有的IO口引出（D13引腳除外），D13引腳接到了蜂鳴器上面，同時有個LM2596S-5.0的模塊實現(xiàn)12V轉(zhuǎn)5V 3A（最大3A輸出）的調(diào)壓功能。 玩單片機(jī)呢，大家玩的就是IO口，也就是引腳！這些引腳具備輸入（Input）和輸出（Output）兩種形態(tài)，所以被稱為IO口。 玩電子的呢，大家經(jīng)常聽到的就是數(shù)電模電，而單片機(jī)的引腳呢，也分為數(shù)字（digital）和模擬（analog）兩種。 玩單片機(jī)的話，ADC和DAC兩個名詞，是跳不掉的！ADC，Analog Digital Change，模擬轉(zhuǎn)數(shù)字，模數(shù)轉(zhuǎn)換，AD模擬量采集。 DAC，Digital Analog Change，數(shù)字轉(zhuǎn)模擬，數(shù)模轉(zhuǎn)換，DA數(shù)字量輸出。 所以，Arduino編程就有了以下四個函數(shù)：  那么什么是數(shù)字，什么是模擬呢？數(shù)電是什么，模電又是什么呢？ 我們拿燈來做一個栗子。我們通過開關(guān)來控制燈的亮和滅，我們規(guī)定燈亮為1，燈滅為0，這種符合正常人類邏輯的方式，被稱為正邏輯；也有規(guī)定燈亮為0，燈滅為1，這種被稱為負(fù)邏輯。正邏輯和負(fù)邏輯本質(zhì)上沒有什么差別，因為我們習(xí)慣了有就是1，無就是0這樣的邏輯方式（推薦閱讀《編程珠璣》）。 我們將信號分為有和無、或者是當(dāng)前的電壓值是HIGH或低、或者是當(dāng)前的狀態(tài)是0或1，這就是數(shù)字量——只有0和1兩種狀態(tài)的的量。這在我們的單片機(jī)里面，也就對應(yīng)了IO引腳輸出一個高電平或者輸出一個低電平、檢測當(dāng)該IO引腳是高電平還是低電平！ 那么模擬量呢！我們還是拿燈來做一個栗子。數(shù)字量可以用來表示燈開了沒有，那么燈的亮度呢？我們可以控制開和關(guān)，那么我們能不能控制亮度呢？答案是可以的！這里用來表示一定程度的量，就是模擬量！我們通過單片機(jī)的引腳輸出一個模擬量，可以實現(xiàn)控制對“程度（燈的亮度、聲音的響度等等）”的控制，這就是DAC；同理，我們通過單片機(jī)的引腳獲取傳感器的“程度（溫度、濕度、電壓值）”的數(shù)值，這就是ADC！ 那么ADC采集和DAC輸出是怎么實現(xiàn)的呢！我們這里使用的是Arduino Nano，它有A0~A7共計8個ADC模擬量讀取的引腳，這些引腳也可以當(dāng)成普通的IO來使用，順序為A0~A7對應(yīng)14~21。其中A4、A5引腳復(fù)用為IIC通訊引腳（聽不懂沒關(guān)系，后面會學(xué)到） Arduino的ADC采集精度是10位，所以讀取到的數(shù)值為0~1024(210)，這里的ADC數(shù)值其實就是電壓值，Arduino的模擬量基準(zhǔn)電壓（Aref）默認(rèn)是5V，也就是說，在ADC采集這里，是將0~5V的電壓值，進(jìn)行讀取，轉(zhuǎn)成0~1024的數(shù)值進(jìn)行輸出。 而Arduino Nano的DAC輸出呢，是通過PWM（脈沖寬度調(diào)制技術(shù)）來實現(xiàn)的，具備PWM的引腳為D3、D5、D6、D9、D10、D11六個引腳。 要說PWM啊，我們先來聊兩個概念——頻率和占空比！ 頻率這個詞大家應(yīng)該都不會陌生，是指單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，這個單位時間我們大多默認(rèn)的就是1秒鐘。比如說我在1秒鐘執(zhí)行了20次，那么我就可以說頻率是20Hz，頻率=1/單位時間。 占空比這個概念呢，大家可能會陌生一些。我先做個假設(shè)，假如單片機(jī)的一個引腳輸出20Hz的頻率，那么產(chǎn)生1Hz的頻率需要的時間是多久呢？答案是1s/20=0.05s=50ms！ 也就是說，我控制單片機(jī)的引腳每50ms完成一次高低電平的變化，實現(xiàn)這個引腳在1s的時間內(nèi)可以產(chǎn)生20次高低電平的變化，這就是控制單片機(jī)的引腳輸出20Hz的頻率。 我在20ms的時間內(nèi)，保持引腳處于高電平10ms，處于低電平10ms，那么此時的占空比就是50%；如果我保持引腳處于高電平5ms，處于低電平15ms，那么此時的占空比就是25%，所以占空比就是在一次周期性的電平變化中，所處于高電平的時間與周期時間的比值。 PWM產(chǎn)生的是方波信號（還正弦波、三角波等等，后續(xù)我們再聊），Arduino的PWM精度是8位，所以輸出的PWM值為0~255(28)，默認(rèn)的頻率是490Hz（基本認(rèn)為是500Hz），這里給大家一個參考資料: https://www.cnblogs.com/lulipro/p/6092264.html 圖太多了，不想畫，人家做的挺好的！ 數(shù)字輸入，就是引腳讀取傳感器過來的信號，這個信號可能是高電平也可能是低電平，比如按鍵模塊。 數(shù)字輸出，通過引腳對外輸出一個高電平或者輸出一個低電平，比如單片機(jī)引腳點亮一個LED。模擬輸入，通過引腳感應(yīng)得到一個電壓值，將電壓值等比轉(zhuǎn)成一個數(shù)值，比如讀取一個溫度傳感器的溫度值。 模擬輸出，通過引腳輸出一個電壓值，Arduino的模擬輸出范圍0~255，也就是說將0~5V的電壓值分成255分，我們通過調(diào)控電壓值就可以來控制引腳輸出的程度（這里理解為功率吧）。 這四個，是單片機(jī)的基本概念。如果你是資深單片機(jī)玩家的話，也會聽說過推挽、開漏、浮空、上拉、下拉五個名詞！這些內(nèi)容我們稍后來處理。 上面我們聊了，模擬輸出是通過PWM來實現(xiàn)的，而PWM說開了就是通過引腳高低電平的快速切換實現(xiàn)的，那么這個為什么能控制引腳輸出的程度呢？這個問題留個大家思考，給大家一個提示：結(jié)合LED的閃爍來分析，如果讓LED閃爍的頻率增加會發(fā)現(xiàn)什么呢？調(diào)整閃爍頻率的占空比又會發(fā)生什么呢？留給大家思考+嘗試！ 基礎(chǔ)概念的補(bǔ)充到這里就結(jié)束了，接下來開始我們實戰(zhàn)的內(nèi)容！ 實踐 在文章剛開始的地方，我就貼出來一張圖，這些是我現(xiàn)在手頭有的零件，接下來我會用這些零件類為大家展現(xiàn)Arduino編程！ 這段時間我在古月學(xué)院的兩門課程——PCB設(shè)計和CAD設(shè)計，應(yīng)該就是這兩天上線了吧，公開課，免費的不要錢，課程都是一個多小時那種吧！我這里用的板子是自己設(shè)計的，現(xiàn)在立創(chuàng)打板不要錢，還是挺方便的！ 如果你手上沒有這些東西也沒關(guān)系，你們可以去這個網(wǎng)站進(jìn)行仿真，效果是一樣的，記得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境好點！Arduino在線仿真: https://www./ 我這里使用的是Arduino Nano開發(fā)板 + LM2596S-5.0降壓模塊，這里我把Arduino Nano的引腳全部按照Sign Vcc Gnd的順序留出，避免出現(xiàn)Vcc和Gnd引腳不夠用的情況。 同時使用了一個DC 5.5-2.1（外徑5.5mm，內(nèi)徑2.1mm）的座子，這個算是常見的型號，LM2596S-5.0實現(xiàn)了5~40輸出，5V 3A（Max）輸出的性能，引腳按照SVG的順序留出，可以直插舵機(jī)，也就是說，這塊板子可以直接用來玩機(jī)械臂！這里插進(jìn)來一個我之前的博客《基于Firmata協(xié)議的ROS Moveit六軸機(jī)械臂設(shè)計》: https://www./bubble/detail/id/39 板子不一樣其他的一樣！博文看不懂的可以去古月學(xué)院購買一下我的課程《軟硬結(jié)合帶你玩轉(zhuǎn)ROS機(jī)械臂》、《MoveIt玩轉(zhuǎn)雙臂機(jī)器人》任意一個都可以上手！板子是這樣的！  哦對了，D13引腳我沒有引出，這個引腳在所有的Arduino板子上面，接有一個LED燈，在上傳程序或者上電、掉電的時候會出現(xiàn)電平的變化。這里我把D13引腳接到蜂鳴器上面，在上傳程序或者上電、掉電的時候蜂鳴器會發(fā)出聲音，算是一個提示音吧！  原理圖十分簡單，就是引腳留出！蜂鳴器那里的話，用了一個三極管來控制。當(dāng)基極處于高電平的時候，三極管導(dǎo)通，5V過三極管、過蜂鳴器，流向GND，蜂鳴器發(fā)出聲音；當(dāng)基極處于低電平的時候，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)造成短路，電流無法流過、蜂鳴器無法發(fā)出聲音！ 其他的也就沒啥了，挺簡單的！成本的話，Arduino Nano不超過20塊錢，LM2596S-5.0不超過5塊錢，30塊錢以內(nèi)可以搞定，傳感器和杜邦線的話，去學(xué)校實驗室嫖吧！ 代碼 硬件聊完了，我們來聊聊軟件的代碼！Arduino環(huán)境啊、怎么下載程序啊，大家自行百度吧，那玩意寫著簡直要命，不介意的可以等幾天，我這幾天打算做這部分的公開課程！ Arduino語法基礎(chǔ)的話，給大家個傳送門，大家可以去參考一下！Arduino語法教程: https://www./category/arduino-language/ Arduino的語法是C語言和C++都有，我是C語言用的多，畢竟簡簡單單的功能分得面向?qū)ο髮憘€類，秀操作沒啥意思，實用才是正道！當(dāng)然，你要是做類庫的話，建議你還是用C++，不然會被噴（個人觀點，我可以寫屎一樣的代碼，但是你不行。因為我要Crtl C+Ctrl V你的代碼）。 我們先來看個Arduino的實例程序——閃爍的LED，代碼如下。 //定義LED所在的引腳#define LED 13 #初始化函數(shù)，程序從這里開始，setup函數(shù)的內(nèi)容只執(zhí)行一次void setup(){ pinMode(LED,OUTPUT); //設(shè)置LED引腳為輸出模式 digitalWrite(LED,LOW); //設(shè)置LED引腳為低電平} //在執(zhí)行結(jié)束setup函數(shù)后，循環(huán)執(zhí)行l(wèi)oop函數(shù)的內(nèi)容void loop(){ digitalWrite(LED,HIGH); //設(shè)置LED引腳為高電平 delay(1000); //延時1000ms digitalWrite(LED,LOW); //設(shè)置LED引腳為低電平 delay(10000); //延時1000ms}這里增加了兩個新的函數(shù)——pinMode和delay。 pinMode是設(shè)置引腳模式的，我們在使用引腳前，需要指定該引腳的模式（模擬輸入無需指定，因為模擬輸入口是指定了的）。
這里的邏輯如果換成C語言的話，如下，大家可以比對理解一下！ void setup(){ //執(zhí)行初始化} void loop(){ //執(zhí)行功能主體} int main(){ setup(); while(1) { loop(); } return 0;}呃，反正大概就這個意思吧！ 大致Arduino的介紹有了，接下來就是如何來玩這些傳感器，等我接下來的博客吧！ 總結(jié) 以上的概念，不僅僅是Arduino，它對于所有的單片機(jī)和嵌入式都是通用的，在學(xué)習(xí)不同的單片機(jī)，大家可以來比對一下！  《MATLAB玩轉(zhuǎn)深度學(xué)習(xí)和無人駕駛· 同濟(jì)子豪兄》：對自動駕駛感興趣、熟悉MATLAB并且了解最基本的深度學(xué)習(xí)、計算機(jī)視覺、激光雷達(dá)、傳感器融合技術(shù)的小伙伴們，這次就該戳戳下面的二維碼報名學(xué)習(xí)啦！（掃描二維碼查看詳情） |
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