1.4 Arduino编程语言
Arduino编程语言是建立在C/C++语言基础上的，即以C/C++语言为基础，把AVR单片机（微控制器）相关的一些寄存器参数设置等进行函数化，以利于开发者更加快速地使用。其主要使用的函数包括数字I/O操作函数、模拟I/O操作函数、高级I/O操作函数、时间函数、中断函数、通信函数和数学库等。
1.4.1 Arduino编程基础
关键字：if、if…else、for、switch、case、while、do…while、break、continue、return、goto。
语法符号：每条语句以分号“；”结尾，每段程序以花括号“{}”括起来。
数据类型：boolean、char、int、unsigned int、long、unsigned long、float、double、string、array、void。
常量：HIGH或者LOW，表示数字I/O口的电平，HIGH表示高电平（1），LOW表示低电平（0）；INPUT或者OUTPUT，表示数字I/O口的方向，INPUT表示输入（高阻态），OUTPUT表示输出（AVR能提供5V电压，40mA电流）；TRUE或者FALSE，TRUE表示真（1），FALSE表示假（0）。
程序结构：主要包括两部分，即void setup()和void loop()。其中，前者是声明变量及接口名称（如int val；int ledPin=13），在程序开始时使用，初始化变量和引脚模式，调用库函数如pinMode（ledPin，OUTUPT）等，而void loop()用在setup()函数之后，不断地循环执行，是Arduino的主体。
1.4.2 数字I/O口的操作函数
1．pinMode（pin，mode）
pinMode函数用于配置引脚以及设置输出或输入模式，是一个无返回值函数。该函数有两个参数：pin和mode。pin参数表示要配置的引脚；mode参数表示设置该引脚的模式为INPUT（输入）或OUTPUT（输出）。
INPUT用于读取信号，OUTPUT用于输出控制信号。pin的范围是数字引脚0～13，也可以把模拟引脚（A0～A5）作为数字引脚使用，此时编号为14的引脚对应模拟引脚0，编号为19的引脚对应模拟引脚5。该函数一般会放在setup()里，先设置再使用。
2．digitalWrite（pin，value）
该函数的作用是设置引脚的输出电压为高电平或低电平，也是一个无返回值的函数。
pin参数表示所要设置的引脚；value参数表示输出的电压为HIGH（高电平）或LOW（低电平）。
注意：使用前必须先用pinMode设置。
3．digitalRead（pin）
该函数在引脚设置为输入的情况下，可以获取引脚的电压情况：HIGH（高电平）或者LOW（低电平）。
数字I/O口操作函数使用例程如下：
1.4.3 模拟I/O口的操作函数
1．analogReference（type）
该函数用于配置模拟引脚的参考电压。它有3种类型：DEFAULT是默认模式，参考电压是5V；INTERNAL是低电压模式，使用片内基准电压源2.56V；EXTERNAL是扩展模式，通过AREF引脚获取参考电压。
注意：若不使用本函数，默认是参考电压5V。若使用AREF作为参考电压，需接一个5kΩ的上拉电阻。
2．analogRead（pin）
用于读取引脚的模拟量电压值，每读取一次需要花100μs的时间。参数pin表示所要获取模拟量电压值的引脚，返回为int型。它的精度为10位，返回值为0～1023。
注意：函数参数pin的取值范围是0～5，对应板上的模拟口A0～A5。
3．analogWrite（pin，value）
该函数是通过PWM（Pulse-Width Modulation，脉冲宽度调制）的方式在引脚上输出一个模拟量。图1-23所示为PWM输出的一般形式，也就是在一个脉冲的周期内高电平所占的比例。它主要应用于LED亮度控制、电机转速控制等方面。
图1-23 占空比的定义
注：PWM波形的特点是波形频率恒定，占空比D可以改变。
Arduino中的PWM的频率大约为490Hz，UNO开发板支持以下数字引脚（不是模拟输入引脚）作为PWM模拟输出：3、5、6、9、10、11。开发板带PWM输出的都有“~”号。
注意：PWM输出位数为8位，即0～255。
模拟I/O口的操作函数使用例程如下：
1.4.4 高级I/O口的操作函数
PulseIn（pin，state，timeout）函数用于读取引脚脉冲的时间长度，脉冲可以是HIGH或者LOW。如果是HIGH，该函数将先等引脚变为高电平，然后开始计时，直到变为低电平停止计时。返回脉冲持续的时间，单位为毫秒，如果超时没有读到时间，则返回0。
例程说明：做一个按钮脉冲计时器，测量按钮的持续时间，看谁的反应最快，即谁按按钮时间最短。按钮接在第3引脚。程序如下：
1.4.5 时间函数
1．delay()
该函数是延时函数，参数是延时的时长，单位是ms（毫秒）。应用延时函数的典型例程是跑马灯的应用，使用Arduino开发板控制4个LED灯依次点亮。程序如下：
2．delayMicroseconds()
delayMicroseconds()也是延时函数，不过单位是μs（微秒），1ms=1000μs。该函数可以产生更短的延时。
3．millis()
millis()为计时函数，应用该函数可以获取单片机通电到现在运行的时间长度，单位是ms。系统最长的记录时间为9h22min，超出则从0开始。返回值是unsigned long型。
该函数适合作为定时器使用，不影响单片机的其他工作（而使用delay函数期间无法进行其他工作）。计时时间函数使用示例（延时10s后自动点亮LED灯）程序如下：
4．micros()
micros()也是计时函数，该函数返回开机到现在运行的时间长度，单位为μs。返回值是unsigned long型，70min溢出。程序如下：
以下例程为跑马灯的另一种实现方式：
1.4.6 中断函数
什么是中断？实际上在人们的日常生活中，中断非常常见，如图1-24所示。
你在看书，电话铃响，于是你在书上做上记号，去接电话，与对方通话；门铃响了，有人敲门，你让打电话的对方稍等一下，你去开门，并在门旁与来访者交谈，谈话结束，关好门；回到电话机旁，继续通话，接完电话后再回来从做记号的地方接着看书。
同样的道理，在单片机中也存在中断概念，如图1-25所示。在计算机或者单片机中中断是由于某个随机事件的发生，计算机暂停主程序的运行，转去执行另一程序（随机事件），处理完毕后又自动返回主程序继续运行的过程。也就是说，高优先级的任务中断了低优先级的任务。在计算机中中断包括如下几部分：
①中断源——引起中断的原因，或能发生中断申请的来源；
②主程序——计算机现行运行的程序；
③中断服务子程序——处理突发事件的程序。
图1-24 中断的概念
图1-25 单片机中的中断
1．attachinterrupt（interrupt，function，mode）
该函数用于设置中断，函数有3个参数，分别表示中断源、中断处理函数和触发模式。中断源可选0或者1，对应2或者3号数字引脚。中断处理函数是一段子程序，当中断发生时执行该子程序部分。触发模式有4种类型：LOW（低电平触发）、CHANGE（变化时触发）、RISING（低电平变为高电平触发）、FALLING（高电平变为低电平触发）。例程功能如下：
数字D2口接按钮开关，D4口接LED1（红色），D5口接LED2（绿色）。在例程中，LED3为板载的LED灯，每秒闪烁一次。使用中断0来控制LED1，中断1来控制LED2。按下按钮，立即响应中断，由于中断响应速度快，LED3不受影响，继续闪烁。使用不同的4个参数，例程1试验LOW和CHANGE参数，例程2试验RISING和FALLING参数。
例程1：
例程2：
2．detachInterrupt（interrupt）
该函数用于取消中断，参数interrupt表示所要取消的中断源。
1.4.7 串口通信函数
串行通信接口（serial interface）使数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信的接口，如图1-26所示。
图1-26 串行通信接口
串行通信接口出现在1980年前后，数据传输率是115～230Kbps。串行通信接口出现的初期是为了实现计算机外设的通信，初期串口一般用来连接鼠标和外置Modem、老式摄像头和写字板等设备。
由于串行通信接口（COM）不支持热插拔及传输速率较低，因此目前部分新主板和大部分便携计算机已开始取消该接口，串口多用于工控和测量设备以及部分通信设备中，包括各种传感器采集装置、GPS信号采集装置、多个单片机通信系统，门禁刷卡系统的数据传输、机械手控制和操纵面板控制电机等，特别是广泛应用于低速数据传输的工程应用，主要函数如下：
1．Serial.begin()
该函数用于设置串口的波特率，即数据的传输速率，指每秒钟传输的符号个数。一般的波特率有9600、19 200、57 600、115 200等。
例如：Serial.begin（57 600）；
2．Serial.available()
该函数用来判断串口是否收到数据，函数的返回值为int型，不带参数。
3．Serial.read()
该函数不带参数，只将串口数据读入。返回值为串口数据，int型。
4．Serial.print()
该函数向串口发送数据。可以发送变量，也可以发送字符串。
例1：Serial.print（“today is good”）；
例2：Serial.print（x，DEC）； //以十进制发送x
例3：Serial.print（x，HEX）； //以十六进制发送变量x
5．Serial.println()
该函数与Serial.print()类似，只是多了换行功能。串口通信函数使用例程：
1.4.8 Arduino的库函数
与C语言和C++一样，Arduino也有相关的库函数，提供给开发者使用。这些库函数的使用，与C语言的头文件使用类似，需要#include语句，可将函数库加入Arduino的IDE编辑环境中，如#include“Arduino.h”语句。
在Arduino开发中主要库函数的类别如下：数学库主要包括数学计算；EEPROM库函数用于向EEPROM中读写数据；Ethernet库用于以太网的通信；LiquidCrystal库用于液晶屏幕的显示操作；Firmata库实现Arduino与PC串口之间的编程协议；SD库用于读写SD卡；Servo库用于舵机的控制；Stepper库用于步进电机控制；WiFi库用于WiFi的控制和使用等。诸如此类的库函数非常多，还包括一些Arduino爱好者自己开发的库函数。例如下列数学库中的函数：
（1）min（x，y）； //求两者最小值
（2）max（x，y）； //求两者最大值
（3）abs（x）； //求绝对值
（4）sin（rad）； //求正弦值
（5）cos（rad）； //求余弦值
（6）tan（rad）； //求正切值
（7）random（small，big）；//求两者之间的随机数
举例如下：
数学库random（small，big），返回值为long。
