图解Arduino打造LED流水灯

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最近一有时间就研究Arduino开发板,自觉有一些肤浅的入门级的收获;人(至少我是这样)对于还不是到达100%熟悉的事物,总是过一段时间就会抹掉关于事物的琐碎记忆,完整的记忆被腐蚀的模糊不清,以至于不能仅靠残缺不全的记忆加上自以为是的猜想认为这就是记忆本身;如果能让学习到的知识深入骨髓那最好了,如果不能奢求这些,那就让回忆变得容易些吧。

记一次LED流水灯实验。

基础回顾

在介绍LED流水灯之前,先来回顾学习到的知识。我对数字信号和模拟信号的理解更深入了一些,但还没到胸有成竹的境界,只是有了一点感觉,特意总结起来,并搭配一些小插图,方便快速回忆。

Arduino UNO开发板

数字信号

以前总听说数字信号就是0和1。但更准确地说,数字信号是电路的通与断。在Arduino编程中有这样一些语句(下方代码段只是语句的罗列,不能直接放到程序中):

pinMode(2, OUTPUT);
pinMode(6, OUTPUT);

digitalWrite(2, HIGH);
digitalWrite(6, LOW);

其中,digitalWrite(2, HIGH)语句的含义就是将Arduino开发板的2号引脚设置为高电平;digitalWrite(6, LOW)语句的含义就是将Arduino开发板6号引脚设置为低电平。输出高电平的意思就是该引脚能输出Arduino开发板工作电压(比如我用的Arduino UNO的工作电压是5V)。输出低电平就是该引脚输出的的电压为0V。

在Arduino编程中HIGH是一个常量,也可以用1代表;LOW也是一个常量,也可以用0代表。所以,上边的代码段可以这样写:

pinMode(2, OUTPUT);
pinMode(6, OUTPUT);

digitalWrite(2, 1);
digitalWrite(6, 0);

所以,可以这样说。数字信号在Arduino编程中可以用数字1和0表示,也可以用HIGHLOW表示。数字信号在电路中可以使用电路的通与断表示。

一些参考书中说,HIGHLOW的可读性更好,可我觉得并不完全是这样。使用10表示,有时候更加简单直接,反而更便于理解。但不得不承认,HIGHLOW10更加语义化。但有些时候,做得太过,适得其反。见仁见智,无关紧要啦。

上方代码中的OUTPUT(有输出就会有输入,INPUT来也),也可以使用1和0表示。所以说1和0并不能代表数字信号,但数字信号在Arduino编程中能用1和0表示。正着说与反着说并不总是成立。用1代表OUTPUT,用0代表INPUT。上方代码就可以写成这样:

pinMode(2, 1);
pinMode(6, 1);

digitalWrite(2, 1);
digitalWrite(6, 0);

做过了几个Arduino开发实验。我发现,凡是模式设置为输出的引脚,都是用来写数字信号的;凡是模式设置为输入的引脚,都是用来读取信号的。道理被说明白了,人就会觉得理所当然。

正如上方代码写得那样,2号引脚和6号引脚的模式被设置为1(输出模式)。因此,才能使用digitalWrite()函数向2号引脚和6号引脚写入数字信号。设为输出模式的引脚会产生高/底电压。而输出的是一股接着一股的电流,电路的一通一断就是数字信号在变化的缘故。

设为输出模式的引脚产生电压的变化,设为输入模式的引脚感应电压的变化。

感应电压变化的引脚用来读取输入数字信号。Arduino编程中使用digitalRead()函数读取输入电压。数字输入引脚将感应到的电压以某两个分界点判断属于高电平还是低电平。参考资料上说,拿我的Arduino UNO开发板为例,感应到低于1.5V的电压识别为低电平,感应到高于3V的电压就识别为高电平。digitalRead函数会返回数字1或者数字0,1和0就表示指定引脚的感应到的是高电平还是低电平。

我见过的几乎的影视包装效果,都擅于使用1010001001这样的符号形式表达信息化与数字化。但真正的电路中并没有1和0,只有电路的通和断。那只是媒体从业者用一种便于人们直观理解的可视化呈现手段。

数字模拟信号

Arduino开发板上有两组引脚。一组引脚是用来连接传感器,能接收传感器的模拟输入信号;另一组引脚是用来连接电路的,能接收(输入)和发送(输出)数字信号(上边讲过),还可以发送(输出)数字模拟信号,但目前我还没听说过接收(输入)数字模拟信号。

这里先不谈传感器模拟输入信号,也不谈另我还没听说过的数字模拟输入信号。这里就先谈谈数字模拟输出信号。

拿我的Arduino UNO开发板为例。输出数字信号,由于计算机不能输出模拟电压,高电平就输出5V,低电平就不输出电压(0V)。如果想要产生0-5V之间的电压,通过控制单位时间内通与断的占空比来模拟不同的电压值。在参考资料上这就叫PWM(Pulse Width Modulation)脉冲宽度调制,简称脉宽调制。

在引脚上输出模电电压,可以让LED时亮时暗,也可以让马达转速时快时慢。在Arduino编程中,使用analogWrite()函数输出模拟电压,引脚会产生稳定的方形波。如果1秒内让Arduino输出500个数字信号,如果500个全是高电平5V电压,则为高电平5V电压;如果全为低电平0V电压,则为低电平电压;如果一半高电平,则输出2.5V电压;以此类推。

LED流水灯

需要准备Arduino UNO开发板一个;面包板一个;杜邦线7根;220欧姆电阻6枚;LED6支。如果我没记错的话,这应该叫做并联电路:

Arduino编程中用到的结构有for()循环结构。完整的代码如下:

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  for(int i=2; i<8; i++){
    pinMode(i, 1);
  }
}

void loop() {
  for(int i=2; i<7; i++){
    digitalWrite(i, 1);
    delay(100);
    digitalWrite(i, 0);
  }
  for(int i=7; i>2; i--){
    digitalWrite(i, 1);
    delay(100);
    digitalWrite(i, 0);
  }
}

delay()函数是暂停相应毫秒数的意思(这在上一篇中说明过)。上面代码中用到的pinMode()函数和digitalWrite()函数在基础回顾中介绍过用途。

然后最终的效果是这样的:

发布日期 » 2019年7月25日 周四
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