Arduino 编程基础实践学习笔记教程

一、前言

本教程围绕多段 Arduino 代码展开，涵盖引脚配置、输入输出控制、串口通信、循环结构、模拟信号处理等核心知识点，结合代码示例与详细注释，帮助你快速上手 Arduino 开发。

二、环境准备

确保已安装 Arduino IDE，可从Arduino 官方网站下载对应系统版本。将 Arduino 开发板通过 USB 连接到电脑，安装好对应开发板驱动（如 Uno 等常见开发板一般自动识别） 。

三、代码实践与知识点解析

（一）按钮控制风扇启停（sketch_aug10a.ino ）

// 定义风扇模块连接的引脚为3（数字输出引脚）
// 注：数字引脚3、5、6、9、10、11通常支持PWM输出，适合控制电机类设备，这里用普通数字输出也可控制启停
const int motorPin = 3;  

// 定义按钮模块连接的引脚为A0（此处A0作为数字输入引脚使用，虽然A0是模拟引脚，但可当数字引脚用）
const int buttonPin = A0;  

// setup函数：初始化设置，Arduino上电或复位后会先执行一次
void setup() {
  // 设置风扇引脚为输出模式，让其能向外输出电信号控制风扇转动或停止
  pinMode(motorPin, OUTPUT);  
  // 设置按钮引脚为输入模式，使Arduino能读取按钮的按下/未按下状态（对应电平高低）
  pinMode(buttonPin, INPUT);  
}

// loop函数：重复执行，Arduino主循环，setup执行完后会一直循环执行loop里的代码
void loop() {
  // 读取按钮引脚的电平状态：HIGH表示未按下（默认高电平，按钮未按时引脚电平由内部上拉/外部电路决定，这里假设默认高），LOW表示按下
  if (digitalRead(buttonPin) == HIGH) {  
    // 若按钮未按下，向风扇引脚输出高电平（1等价于HIGH），风扇获得工作电压，开始工作
    digitalWrite(motorPin, 1);  
  } else {
    // 若按钮按下，向风扇引脚输出低电平（0等价于LOW），风扇断电，停止工作
    digitalWrite(motorPin, 0);  
  }
}

知识点：

• pinMode(pin, mode)：配置引脚模式，OUTPUT用于输出控制（如控制风扇、LED 等），INPUT用于读取外部信号（如按钮状态 ）。
• digitalRead(pin)：读取数字引脚电平，返回HIGH（高电平，一般对应 5V 或 3.3V 等）或LOW（低电平，一般对应 0V ）。
• digitalWrite(pin, value)：向数字引脚输出电平，value为HIGH或LOW（也可用 1 和 0 替代 ）。

（二）电位器控制电机转速（sketch_aug10b 系列 ）

原始版（含拼写错误，了解逻辑流程）

// 定义电位器连接的模拟输入引脚A0，电位器可改变接入电路的电阻，进而改变引脚输入电压
const int potPin = A0;  
// 定义电机连接引脚为3（支持PWM输出，用于调速，这里变量名“moterPin”是拼写错误，正确是“motorPin” ）
const int moterPin = 3;  

// setup函数初始化
void setup() {
  // 设置电位器引脚为输入模式，读取其电压对应的模拟值
  pinMode(potPin, INPUT);  
  // 设置电机引脚为输出模式，输出PWM信号控制电机
  pinMode(moterPin, OUTPUT);  
  // 初始化串口通信，波特率9600，用于在串口监视器查看数据
  Serial.begin(9600);  
}

// 存储电位器读取值的变量
int val;  

// loop函数循环执行
void loop() {
  // 读取电位器的模拟值，范围0~1023（对应输入电压0~5V，不同开发板参考电压可能有差异 ）
  val = analogRead(potPin);  
  // 将0~1023的范围映射到0~255（PWM输出的有效范围，PWM占空比对应 ）
  val = map(val, 0, 1023, 0, 255);  
  // 在串口监视器打印映射后的值，方便调试观察
  Serial.println(val);  
  // 输出PWM信号到电机引脚，控制电机转速，val越大转速越高（0对应停转，255对应最大转速 ）
  analogWrite(moterPin, val);  
  // 延迟20毫秒，降低读取和输出频率，避免数据变化太快，也给电机稳定响应时间
  delay(20);  
}

注释修正版（修正拼写，清晰说明 ）

// 定义 potentiometer（电位器）连接的引脚为 A0（模拟输入引脚，可读取连续变化的电压值 ）
const int potPin = A0;  
// 定义电机（或舵机等执行器）连接的引脚为 3（支持 PWM 输出的数字引脚，用于精准调速 ）
// 原代码"moterPin"为拼写错误，修正为"motorPin"
const int motorPin = 3;  

// 初始化函数，Arduino上电或复位时运行一次
void setup() { 
  // 设置电位器引脚为输入模式，用于读取外部电压信号对应的模拟值
  pinMode(potPin, INPUT);  
  // 设置电机引脚为输出模式，输出PWM信号控制电机转速
  pinMode(motorPin, OUTPUT);  
  // 初始化串口通信，波特率9600，与电脑串口监视器通信
  Serial.begin(9600);  
}

// 定义变量用于存储读取到的电位器数值
int val;  

// 主循环函数，Arduino会反复执行该函数内的代码
void loop() { 
  // 读取电位器的模拟值，范围0~1023（对应输入电压0~5V ）
  val = analogRead(potPin);  
  // 将0~1023的范围映射到0~255（PWM输出的有效范围，让电位器调节与电机转速范围匹配 ）
  val = map(val, 0, 1023, 0, 255);  
  // 通过串口打印映射后的值，在串口监视器查看，方便调试
  Serial.println(val);  
  // 将映射后的值通过 PWM 信号输出到电机引脚，控制电机转速
  // PWM 值越大，电机转速越高（0 对应停止，255 对应最大转速 ）
  analogWrite(motorPin, val);  
  // 延迟 20 毫秒，降低读取频率，避免数据刷新过快，也让电机转速变化更平稳
  delay(20);  
}

知识点：

• analogRead(pin)：读取模拟引脚的电压值，返回 0~1023 的整数，对应 0~参考电压（如 5V ）。
• map(value, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh)：映射函数，将一个范围的值转换到另一个范围，这里把电位器 0~1023 映射到 PWM 可用的 0~255 。
• analogWrite(pin, value)：向支持 PWM 的引脚输出占空比可变的信号，value范围 0~255，对应占空比 0%~100% ，实现电机等设备调速。
• Serial.begin(baudrate)与Serial.println(value)：串口通信初始化和打印数据，用于调试，在 Arduino IDE 点击“工具” - “串口监视器”打开查看。

（三）循环结构练习（sketch_aug10c 系列 ）

含for和while循环示例

// setup函数初始化
void setup() {
  // 初始化串口通信，波特率9600，用于打印循环数据
  Serial.begin(9600);  

  // for循环：初始化i为0，条件i <= 5，每次循环i自增1，循环体打印i的值
  for (int i = 0; i <= 5; i++) { 
    // 串口打印i，每行一个，串口监视器会依次显示0、1、2、3、4、5 
    Serial.println(i);  
  }

  // 打印分隔线，方便区分for和while循环的输出
  Serial.println("-------------------------");  

  // 定义while循环的变量i，初始化为0
  int i = 0;  

  // while循环：条件i <= 6，成立则执行循环体，否则退出
  while (i <= 6) { 
    // 串口打印当前i的值，会依次显示0、1、2、3、4、5、6 
    Serial.println(i);  
    // 改变循环变量，i自增1，否则会陷入死循环（条件永远成立 ）
    i += 1;  
  }
}

// loop函数，这里为空，若有代码会循环执行
void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  // 可在此添加需要持续执行的任务，比如不断检测传感器、控制设备等
}

简化loop版（逻辑同上，loop更简洁 ）

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  for (int i = 0; i <= 5; i++) { 
    Serial.println(i);
  }
  Serial.println("-------------------------");
  int i = 0;
  while (i <= 6) { 
    Serial.println(i);
    i += 1; 
  }
}

// loop函数为空，不执行重复任务
void loop() {

}

for循环流程讲解示例（带手写标记思路 ）

void setup() { 
  Serial.begin(9600); 

  // for循环：初始化i为1，条件i <= 5，每次循环i自增1，打印i 
  for (int i = 1; i <= 5; i++) { 
    // 串口依次打印1、2、3、4、5 
    Serial.println(i);  
  } 

  // 打印分隔线
  Serial.println("-------------------------"); 
} 

// loop函数为空
void loop() { 

} 
// 手写内容（辅助理解：比如想象执行步骤，初始化i=1→判断i<=5→执行打印→i自增→重复直到i=6不满足条件 ）

条件显示不全的for循环示例（推测完整逻辑 ）

void setup() { 
  Serial.begin(9600); 

  // for循环：初始化i为1，推测条件是i <= 5（因常见练习场景 ），每次循环i自增1，打印i 
  for (int i = 1; i [显示不全，推测是<= 5]; i++) { 
    // 串口打印i，若条件成立，会打印1、2、3、4、5 
    Serial.println(i);  
  } 

  // 打印分隔线
  Serial.println("-------------------------"); 
} 

// loop函数为空
void loop() { 

} 

知识点：

• for循环语法：for(初始化表达式; 条件表达式; 更新表达式)，初始化循环变量，判断条件，每次循环更新变量，常用于已知循环次数的场景。
• while循环语法：while(条件表达式)，先判断条件，成立则执行循环体，需注意在循环体里更新条件变量，否则易死循环，适用于循环次数不确定，由条件控制的情况。
• 变量作用域：for循环里定义的int i是局部变量，作用域仅限for循环内；后面while循环重新定义int i是新的局部变量，互不影响（实际编码注意合理命名，避免混淆 ）。

四、综合实践与拓展

1. 硬件连接实践：
   • 按代码里的引脚定义，将按钮接A0和 GND（或对应电平电路，保证按下为低电平 ）、风扇（或电机 ）接引脚 3 和 GND 、电位器按“三个引脚，两边接电源和地，中间接 A0”的方式连接（具体电位器引脚不同，一般中间是信号输出 ）。
   • 连接好后，上传代码（Arduino IDE 点击“上传”按钮 ），在串口监视器（若涉及串口）查看数据，操作按钮、转动电位器观察设备（风扇、电机 ）反应。
2. 拓展修改：
   • 给按钮控制风扇的代码添加功能，比如长按按钮切换风扇转速（结合for循环或多个digitalWrite输出不同电平组合，若风扇支持多档 ）。
   • 优化电位器控制电机的代码，加入转速限制，比如让电机最低转速不为 0 ，调整map函数的映射范围。
   • 利用循环结构，让设备按特定规律工作，比如让电机先高速转 3 秒，再低速转 2 秒，循环执行（结合delay和analogWrite ）。

五、总结

通过以上代码实践，你掌握了 Arduino 引脚配置（数字、模拟输入输出 ）、串口通信调试、循环结构（for/while ）、模拟信号处理与 PWM 控制等核心技能。多动手修改代码、连接不同硬件（如换成 LED 、舵机等 ），不断拓展实践，就能更熟练运用 Arduino 实现创意项目啦，比如智能小车调速、环境监测设备控制等，加油探索吧！