呃呃，为啥写这个教程呢~

俺也不知道！

唉，说多了都是泪，心酸，卷啊~

以下内容是我的个人理解，专业名词解释可能存在错误，望广大读者指出，万分感谢！

回归内容，今天在这里用一篇博文，带领大家玩转Arduino、入门数电模电、入门传感驱动设计！

这些是我准备的东西，一把杜邦线、一些传感器、一块板子！

杜邦线就是导线，把传感器模块和单片机（Arduino板）连接起来。这里的Arduino板是我之前在双臂机械臂课程用到的板子，其实也就是一块Arduino Nano的扩展板，将所有的IO口引出（D13引脚除外），D13引脚接到了蜂鸣器上面，同时有个LM2596S-5.0的模块实现12V转5V 3A（最大3A输出）的调压功能。

玩单片机呢，大家玩的就是IO口，也就是引脚！这些引脚具备输入（Input）和输出（Output）两种形态，所以被称为IO口。

玩电子的呢，大家经常听到的就是数电模电，而单片机的引脚呢，也分为数字（digital）和模拟（analog）两种。

玩单片机的话，ADC和DAC两个名词，是跳不掉的！

ADC，Analog Digital Change，模拟转数字，模数转换，AD模拟量采集。

DAC，Digital Analog Change，数字转模拟，数模转换，DA数字量输出。

所以，Arduino编程就有了以下四个函数：

digitalRead(int pin) 数字量读取，参数pin为引脚序号；返回该引脚的状态，只有HIGH和LOW（bool类型）
digitalWrite(int pin, int value) 数字量输出，参数pin为引脚序号；参数value为状态量，只有HIGH和LOW（bool类型）
analogRead(int pin) 模拟量读取，参数pin为引脚序号；返回该引脚的模拟值，范围0~1024
analogWrite(int pin, int value) 模拟量输出，参数pin为引脚序号；参数value为状态值，范围0~255

那么什么是数字，什么是模拟呢？数电是什么，模电又是什么呢？

我们拿灯来做一个栗子。我们通过开关来控制灯的亮和灭，我们规定灯亮为1，灯灭为0，这种符合正常人类逻辑的方式，被称为正逻辑；也有规定灯亮为0，灯灭为1，这种被称为负逻辑。正逻辑和负逻辑本质上没有什么差别，因为我们习惯了有就是1，无就是0这样的逻辑方式（推荐阅读《编程珠玑》）。我们将信号分为有和无、或者是当前的电压值是HIGH或低、或者是当前的状态是0或1，这就是数字量——只有0和1两种状态的的量。这在我们的单片机里面，也就对应了IO引脚输出一个高电平或者输出一个低电平、检测当该IO引脚是高电平还是低电平！

那么模拟量呢！我们还是拿灯来做一个栗子。数字量可以用来表示灯开了没有，那么灯的亮度呢？我们可以控制开和关，那么我们能不能控制亮度呢？答案是可以的！这里用来表示一定程度的量，就是模拟量！我们通过单片机的引脚输出一个模拟量，可以实现控制对“程度（灯的亮度、声音的响度等等）”的控制，这就是DAC；同理，我们通过单片机的引脚获取传感器的“程度（温度、湿度、电压值）”的数值，这就是ADC！

那么ADC采集和DAC输出是怎么实现的呢！

我们这里使用的是Arduino Nano，它有A0~A7共计8个ADC模拟量读取的引脚，这些引脚也可以当成普通的IO来使用，顺序为A0~A7对应14~21。其中A4、A5引脚复用为IIC通讯引脚（听不懂没关系，后面会学到）。Arduino的ADC采集精度是10位，所以读取到的数值为0~1024(210)，这里的ADC数值其实就是电压值，Arduino的模拟量基准电压（Aref）默认是5V，也就是说，在ADC采集这里，是将0~5V的电压值，进行读取，转成0~1024的数值进行输出。

而Arduino Nano的DAC输出呢，是通过PWM（脉冲宽度调制技术）来实现的，具备PWM的引脚为D3、D5、D6、D9、D10、D11六个引脚。

要说PWM啊，我们先来聊两个概念——频率和占空比！

频率这个词大家应该都不会陌生，是指单位时间内完成周期性变化的次数，这个单位时间我们大多默认的就是1秒钟。比如说我在1秒钟执行了20次，那么我就可以说频率是20Hz，频率=1/单位时间。

占空比这个概念呢，大家可能会陌生一些。我先做个假设，假如单片机的一个引脚输出20Hz的频率，那么产生1Hz的频率需要的时间是多久呢？答案是1s/20=0.05s=50ms！

也就是说，我控制单片机的引脚每50ms完成一次高低电平的变化，实现这个引脚在1s的时间内可以产生20次高低电平的变化，这就是控制单片机的引脚输出20Hz的频率。

我在20ms的时间内，保持引脚处于高电平10ms，处于低电平10ms，那么此时的占空比就是50%；如果我保持引脚处于高电平5ms，处于低电平15ms，那么此时的占空比就是25%，所以占空比就是在一次周期性的电平变化中，所处于高电平的时间与周期时间的比值。

PWM产生的是方波信号（还正弦波、三角波等等，后续我们再聊），Arduino的PWM精度是8位，所以输出的PWM值为0~255(28)，默认的频率是490Hz（基本认为是500Hz），这里给大家一个参考资料。图太多了，不想画，人家做的挺好的！

数字输入，就是引脚读取传感器过来的信号，这个信号可能是高电平也可能是低电平，比如按键模块。

数字输出，通过引脚对外输出一个高电平或者输出一个低电平，比如单片机引脚点亮一个LED。

模拟输入，通过引脚感应得到一个电压值，将电压值等比转成一个数值，比如读取一个温度传感器的温度值。

模拟输出，通过引脚输出一个电压值，Arduino的模拟输出范围0~255，也就是说将0~5V的电压值分成255分，我们通过调控电压值就可以来控制引脚输出的程度（这里理解为功率吧）。

这四个，是单片机的基本概念。如果你是资深单片机玩家的话，也会听说过推挽、开漏、浮空、上拉、下拉五个名词！这些内容我们稍后来处理。

上面我们聊了，模拟输出是通过PWM来实现的，而PWM说开了就是通过引脚高低电平的快速切换实现的，那么这个为什么能控制引脚输出的程度呢？这个问题留个大家思考，给大家一个提示：结合LED的闪烁来分析，如果让LED闪烁的频率增加会发现什么呢？调整闪烁频率的占空比又会发生什么呢？留给大家思考+尝试！

基础概念的补充到这里就结束了，接下来开始我们实战的内容！

在文章刚开始的地方，我就贴出来一张图，这些是我现在手头有的零件，接下来我会用这些零件类为大家展现Arduino编程！

这段时间我在古月学院的两门课程——PCB设计和CAD设计，应该就是这两天上线了吧，公开课，免费的不要钱，课程都是一个多小时那种吧！我这里用的板子是自己设计的，现在立创打板不要钱，还是挺方便的！

如果你手上没有这些东西也没关系，你们可以去这个网站进行仿真，效果是一样的，记得网络环境好点！Arduino在线仿真

我这里使用的是Arduino Nano开发板 + LM2596S-5.0降压模块，这里我把Arduino Nano的引脚全部按照Sign Vcc Gnd的顺序留出，避免出现Vcc和Gnd引脚不够用的情况。同时使用了一个DC 5.5-2.1（外径5.5mm，内径2.1mm）的座子，这个算是常见的型号，LM2596S-5.0实现了5~40输出，5V 3A（Max）输出的性能，引脚按照SVG的顺序留出，可以直插舵机，也就是说，这块板子可以直接用来玩机械臂！这里插进来一个我之前的博客《基于Firmata协议的ROS Moveit六轴机械臂设计》，板子不一样其他的一样！博文看不懂的可以去古月学院购买一下我的课程《软硬结合带你玩转ROS机械臂》、《MoveIt玩转双臂机器人》任意一个都可以上手！板子是这样的！

哦对了，D13引脚我没有引出，这个引脚在所有的Arduino板子上面，接有一个LED灯，在上传程序或者上电、掉电的时候会出现电平的变化。这里我把D13引脚接到蜂鸣器上面，在上传程序或者上电、掉电的时候蜂鸣器会发出声音，算是一个提示音吧！

原理图十分简单，就是引脚留出！蜂鸣器那里的话，用了一个三极管来控制。当基极处于高电平的时候，三极管导通，5V过三极管、过蜂鸣器，流向GND，蜂鸣器发出声音；当基极处于低电平的时候，三极管处于截至状态造成短路，电流无法流过、蜂鸣器无法发出声音！

其他的也就没啥了，挺简单的！成本的话，Arduino Nano不超过20块钱，LM2596S-5.0不超过5块钱，30块钱以内可以搞定，传感器和杜邦线的话，去学校实验室嫖吧！

硬件聊完了，我们来聊聊软件的代码！Arduino环境啊、怎么下载程序啊，大家自行百度吧，那玩意写着简直要命，不介意的可以等几天，我这几天打算做这部分的公开课程！

Arduino语法基础的话，给大家个传送门，大家可以去参考一下！Arduino语法教程

Arduino的语法是C语言和C++都有，我是C语言用的多，毕竟简简单单的功能分得面向对象写个类，秀操作没啥意思，实用才是正道！当然，你要是做类库的话，建议你还是用C++，不然会被喷（个人观点，我可以写屎一样的代码，但是你不行。因为我要Crtl C+Ctrl V你的代码）。

我们先来看个Arduino的实例程序——闪烁的LED，代码如下。

//定义LED所在的引脚
#define LED 13

#初始化函数，程序从这里开始，setup函数的内容只执行一次
void setup()
{
    pinMode(LED,OUTPUT);    //设置LED引脚为输出模式
    digitalWrite(LED,LOW);     //设置LED引脚为低电平
}

//在执行结束setup函数后，循环执行loop函数的内容
void loop()
{
    digitalWrite(LED,HIGH);    //设置LED引脚为高电平
    delay(1000);                      //延时1000ms
    digitalWrite(LED,LOW);    //设置LED引脚为低电平
    delay(10000);                   //延时1000ms
}

这里增加了两个新的函数——pinMode和delay。

pinMode是设置引脚模式的，我们在使用引脚前，需要指定该引脚的模式（模拟输入无需指定，因为模拟输入口是指定了的）。

pinMode(uint_8 pin,uint_8 mode)    //参数pin为引脚序号，mode为模式，有OUTPUT和INPUT两个数值

delay（unsigned long ms）          //参数ms为延时的时间，单位ms

这里的逻辑如果换成C语言的话，如下，大家可以比对理解一下！

void setup()
{
    //执行初始化
}

void loop()
{
    //执行功能主体
}

int main()
{
    setup();
    while(1)
    {
        loop();
    }
    return 0;
}

呃，反正大概就这个意思吧！

大致Arduino的介绍有了，接下来就是如何来玩这些传感器，等我接下来的博客吧！

以上的概念，不仅仅是Arduino，它对于所有的单片机和嵌入式都是通用的，在学习不同的单片机，大家可以来比对一下！