Arduino变量与运算符入门

一、什么是变量？

变量就像是一个容器，用来存储数据。想象成一个贴了标签的盒子，你可以往里面放东西（赋值），也可以随时查看里面的东西（读取），还能更换里面的东西（重新赋值）。

void setup() {
  int a;  // 创建一个叫"a"的整数类型变量（盒子）
  a = 100;  // 把100放进这个盒子里
  Serial.begin(9600);  // 初始化串口通信
  Serial.println(a);  // 查看盒子里的内容并打印
}

void loop() {
  // 循环函数，这里暂时为空
}

二、变量的创建与使用规则

1. 先创建，后使用
   必须先声明变量才能使用，就像先要有盒子才能放东西

   void setup() {
     Serial.begin(9600);
     // a = 200;  错误！还没创建变量a就使用了
     int a;  // 正确：先创建变量
     a = 200;  // 现在可以使用了
     Serial.println(a);
   }
   

2. 变量的赋值方式

   • 初始化：创建时直接赋值

   int a = 6;  // 创建变量a的同时赋值6（初始化）
   

   • 动态赋值：创建后再赋值

   int a;  // 先创建变量
   a = 6;  // 之后再赋值（动态赋值）
   

3. 连续创建多个变量

   int a, b = 100, c;  // 同时创建a、b、c三个变量，其中b初始化为100
   

三、变量的命名规则

给变量取名很重要，好的名字能让代码更容易理解：

1. 允许使用的字符：大写字母、小写字母、下划线（_）、数字、$符号
2. 禁止规则：
   • 数字不能放在开头（如3as是错误的）
   • 不能使用系统关键字（如int、void等）
   • 不能包含特殊字符（如#、-等）
3. 命名建议：
   • 见名知意（如buttonState表示按键状态，ledPin表示LED引脚）
   • 不要太长，简洁明了

// 正确的变量名示例
int score;
int studentAge;
int _count;
int a1;

// 错误的变量名示例
// int 2name;  // 数字开头
// int my-score;  // 包含特殊字符
// int int;  // 使用关键字

四、变量的作用域：局部变量与全局变量

变量的作用域就是变量能被使用的范围

1. 局部变量

   • 在函数内部创建的变量
   • 只在该函数内部有效
   • 函数执行结束后会被销毁

   void setup() {
     Serial.begin(9600);
     int localVar = 10;  // 局部变量，仅在setup()中有效
     Serial.println(localVar);  // 正确，可以使用
   }
   
   void loop() {
     // Serial.println(localVar);  错误！loop()中不能使用setup()的局部变量
   }
   

2. 全局变量

   • 在所有函数外部创建的变量
   • 整个程序都能使用
   • 从创建位置到程序结束都有效

   int globalVar;  // 全局变量，所有函数都能使用
   
   void setup() {
     Serial.begin(9600);
     globalVar = 20;  // 在setup()中赋值
   }
   
   void loop() {
     Serial.println(globalVar);  // 在loop()中使用，完全没问题
     delay(1000);
   }
   

五、算术运算符的使用

变量经常需要进行计算，Arduino支持多种算术运算：

运算符	功能	示例	结果
+	加法	3 + 5	8
-	减法	3 - 5	-2
*	乘法	3 * 5	15
/	除法	10 / 5	2

运算顺序遵循数学规则：先算括号内，再算乘除，最后算加减

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  int a = 4, b = 8;
  int result;
  
  Serial.println(a + b);  // 打印12（4+8）
  Serial.println(a - b);  // 打印-4（4-8）
  Serial.println(a * b);  // 打印32（4*8）
  Serial.println(b / a);  // 打印2（8/4）
  
  result = (a + b) * 3;  // 先算括号内的4+8=12，再乘以3
  Serial.println(result);  // 打印36
}

void loop() {
  // 循环函数为空
}

六、实际应用示例：读取按键状态

结合变量和串口通信，读取按键状态并打印：

// 全局变量：存储按键状态
int buttonState;

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // 初始化串口通信，波特率9600
  pinMode(4, INPUT);  // 设置引脚4为输入模式（接按键）
}

void loop() {
  buttonState = digitalRead(4);  // 读取引脚4的状态并保存到变量
  Serial.print("按键的值：");  // 打印提示文字
  Serial.println(buttonState);  // 打印按键状态（0或1）
  delay(20);  // 延时20毫秒
}

常见错误及解决方法

1. 变量未声明就使用
   错误提示：'a' was not declared in this scope
   解决：先创建变量（如int a;）再使用

2. 变量重复声明
   错误提示：redeclaration of 'int a'
   解决：同一个作用域内不能有同名变量

3. 局部变量跨函数使用
   错误提示：'a' was not declared in this scope
   解决：如果需要在多个函数中使用，改为全局变量

通过以上内容，你已经掌握了Arduino中变量的基本概念、使用方法和运算符的应用。多写代码练习，就能熟练掌握这些基础知识点了！

Arduino入门教程：变量与基础运算

欢迎来到Arduino的世界！本教程专为中小学生设计，通过简单易懂的例子，带你学习Arduino编程中的变量和基础运算知识。

什么是Arduino？

Arduino是一种开源电子原型平台，包含硬件（开发板）和软件（编程环境）。我们可以通过编写代码，让Arduino板实现各种有趣的功能，比如控制LED、读取传感器数据等。

第一个程序：读取引脚状态

让我们从一个简单的程序开始，看看Arduino如何工作：

// 程序开始时运行一次的函数
void setup() {
  // 初始化串口通信，波特率为9600
  Serial.begin(9600);
  // 设置引脚4为输入模式
  pinMode(4, INPUT);
}

// 程序启动后反复运行的函数
void loop() {
  // 读取引脚4的状态并通过串口打印
  Serial.println(digitalRead(4));
  // 延时20毫秒
  delay(20);
}

代码解释：

• setup()：Arduino上电或重启时会执行一次这里的代码
• Serial.begin(9600)：开启串口通信，9600是通信速率
• pinMode(4, INPUT)：设置数字引脚4为输入模式，用于接收外部信号
• loop()：setup()执行完后，会一直重复执行loop()里的代码
• digitalRead(4)：读取引脚4的状态（0或1）
• Serial.println()：将内容通过串口发送到电脑
• delay(20)：暂停20毫秒再执行下一次循环

变量：程序中的"容器"

变量就像一个容器，可以用来存储数据。想象一下，变量就像一个贴了标签的盒子，我们可以把东西放进去，也可以把里面的东西换掉。

变量的创建与使用

void setup() {
  // 创建一个整数类型的变量a
  int a;
  // 给变量a赋值100（把100放进标有a的盒子里）
  a = 100;
  // 初始化串口通信
  Serial.begin(9600);
  // 打印变量a的值
  Serial.println(a);
}

// 循环函数为空，什么也不做
void loop() {
  
}

代码解释：

• int a;：创建变量，int表示整数类型，a是变量的名字
• a = 100;：赋值语句，把100保存到变量a中
• 变量的值可以随时改变，后面的赋值会覆盖前面的值

变量值的更新

void setup() {
  int a;       // 创建变量a
  a = 100;     // 先给a赋值100
  a = 50;      // 再给a赋值50（现在a的值是50）
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(a);  // 会打印出50，而不是100
}

void loop() {
  
}

注意：变量就像一个盒子，一次只能装一个值，新的值会把旧的值替换掉

变量的规则

1. 先创建，后使用

void setup() {
  // a = 200; 这行代码会报错，因为还没有创建变量a
  int a;     // 先创建变量a
  a = 100;   // 现在可以使用了
  a = 50;
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(a);
}

void loop() {
  
}

如果在创建变量前就使用它，会出现错误：'a' was not declared in this scope（变量a未声明）

2. 同一作用域内，变量名不能重复

void setup() {
  int a;     // 创建变量a
  // int a; 这行会报错，因为变量a已经创建过了
  a = 100;
  a = 50;
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(a);
}

void loop() {
  
}

重复创建同名变量会出现错误：redeclaration of 'int a'（重复声明int类型的a）

3. 可以同时创建多个变量

void setup() {
  // 同时创建三个变量
  int a, b, c;
  // 也可以分开创建
  // int a;
  // int b;
  // int c;
  
  a = 10;
  b = 20;
  c = a + b;
  
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(c);  // 会打印30
}

void loop() {
  
}

变量的生命周期与作用域

变量有自己的"生命周期"，也就是它从创建到消失的时间段。

局部变量

在函数内部创建的变量叫做局部变量，它只在这个函数内部有效：

void setup() {
  // 在setup()函数里创建局部变量a
  int a = 50;
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 这里会报错，因为a是setup()里的局部变量，在loop()里不存在
  Serial.println(a);  // 错误：'a' was not declared in this scope
}

为什么会报错？

• 局部变量就像你放在卧室里的玩具，只能在卧室里玩，拿到客厅就找不到了
• 当setup()函数执行结束后，它里面的局部变量就会被"销毁"

全局变量

在所有函数外部创建的变量叫做全局变量，整个程序都可以使用：

// 在函数外部创建全局变量a
int a;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("程序启动啦！");
  // 设置引脚4为输入模式
  pinMode(4, INPUT);
}

void loop() {
  // 在loop()函数里使用全局变量a
  a = digitalRead(4);  // 读取引脚4的状态并保存到a中
  Serial.print("按键的值");  // 打印文字，不换行
  Serial.println(a);        // 打印变量a的值
  delay(20);                // 延时20毫秒
}

全局变量的特点：

• 从创建的地方开始，到整个程序结束都有效
• 所有函数都可以使用和修改全局变量
• 就像放在客厅里的玩具，家里所有人都可以玩

变量的初始化

创建变量时可以直接给它赋值，这叫做初始化：

void setup() {
  // 创建变量的同时赋值（初始化）
  int a = 5;  // 变量a的初始值是5
  a = 10;     // 之后可以修改为10
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(a);  // 会打印10
}

void loop() {
  
}

也可以同时创建多个变量并初始化：

void setup() {
  // 同时创建多个变量
  int a = 4, b = 8;  // a=4，b=8
  int res;           // 只创建不初始化
  
  Serial.begin(9600);
  // 可以直接使用变量进行计算
  Serial.println(a + b);  // 打印a加b的结果：12
  Serial.println(a - b);  // 打印a减b的结果：-4
  Serial.println(a * b);  // 打印a乘b的结果：32
  Serial.println(b / a);  // 打印b除以a的结果：2
  
  // 计算后将结果保存到变量中
  res = (a + b) * 3;  // 先算括号里的a+b，再乘以3
  Serial.println(res);  // 打印结果：36
}

void loop() {
  
}

算术运算符

Arduino支持多种算术运算，就像我们数学课上学的加减乘除：

运算符	功能	例子	结果
+	加法	3 + 5	8
-	减法	3 - 5	-2
*	乘法	3 * 5	15
/	除法	10 / 5	2

运算时遵循数学中的优先级：先算括号里的，再算乘除，最后算加减。

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  // 创建三个变量
  int a, b, result;
  a = 3;  // a的值是3
  b = 5;  // b的值是5
  
  // 各种运算示例
  Serial.println(a * b);  // 乘法：3*5=15
  Serial.println(a + b);  // 加法：3+5=8
  Serial.println(a - b);  // 减法：3-5=-2
  Serial.println(10 / 5); // 除法：10/5=2
  
  // 带括号的运算
  result = (a + b) * 2;  // 先算3+5=8，再算8*2=16
  Serial.println(result);  // 会打印16
}

void loop() {
  
}

综合练习：使用变量读取传感器

让我们结合前面学的知识，编写一个读取传感器并使用变量存储数据的程序：

// 创建全局变量存储传感器值
int sensorValue;

void setup() {
  // 初始化串口通信
  Serial.begin(9600);
  // 设置引脚2为输入模式，连接传感器
  pinMode(2, INPUT);
}

void loop() {
  // 读取传感器值并保存到变量中
  sensorValue = digitalRead(2);
  
  // 打印传感器值
  Serial.print("传感器当前值：");
  Serial.println(sensorValue);
  
  // 简单判断
  if (sensorValue == 1) {
    Serial.println("传感器检测到信号");
  } else {
    Serial.println("未检测到信号");
  }
  
  // 延时100毫秒，避免数据刷新太快
  delay(100);
}

总结

通过本教程，你已经学会了：

1. 变量的概念：像盒子一样存储数据的容器
2. 如何创建变量：数据类型 变量名;（如int a;）
3. 如何给变量赋值：变量名 = 值;（如a = 10;）
4. 变量的两种类型：
   • 局部变量：在函数内部创建，只在该函数内有效
   • 全局变量：在函数外部创建，整个程序都可以使用
5. 基本算术运算：+（加）、-（减）、*（乘）、/（除）

下一课，我们将学习如何使用变量来控制LED灯和其他电子元件，让你的Arduino项目动起来！