呃呃，為啥寫(xiě)這個(gè)教程呢~俺也不知道！唉，說(shuō)多了都是淚，心酸，卷啊~

以下內(nèi)容是我的個(gè)人理解，專(zhuān)業(yè)名詞解釋可能存在錯(cuò)誤，望廣大讀者指出，萬(wàn)分感謝！

回歸內(nèi)容，今天在這里用一篇博文，帶領(lǐng)大家玩轉(zhuǎn)Arduino、入門(mén)數(shù)電模電、入門(mén)傳感驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)！

這些是我準(zhǔn)備的東西，一把杜邦線(xiàn)、一些傳感器、一塊板子！

杜邦線(xiàn)就是導(dǎo)線(xiàn)，把傳感器模塊和單片機(jī)（Arduino板）連接起來(lái)。這里的Arduino板是我之前在雙臂機(jī)械臂課程用到的板子，其實(shí)也就是一塊Arduino Nano的擴(kuò)展板，將所有的IO口引出（D13引腳除外），D13引腳接到了蜂鳴器上面，同時(shí)有個(gè)LM2596S-5.0的模塊實(shí)現(xiàn)12V轉(zhuǎn)5V 3A（最大3A輸出）的調(diào)壓功能。

玩單片機(jī)呢，大家玩的就是IO口，也就是引腳！這些引腳具備輸入（Input）和輸出（Output）兩種形態(tài)，所以被稱(chēng)為IO口。

玩電子的呢，大家經(jīng)常聽(tīng)到的就是數(shù)電模電，而單片機(jī)的引腳呢，也分為數(shù)字（digital）和模擬（analog）兩種。

玩單片機(jī)的話(huà)，ADC和DAC兩個(gè)名詞，是跳不掉的！ADC，Analog Digital Change，模擬轉(zhuǎn)數(shù)字，模數(shù)轉(zhuǎn)換，AD模擬量采集。

DAC，Digital Analog Change，數(shù)字轉(zhuǎn)模擬，數(shù)模轉(zhuǎn)換，DA數(shù)字量輸出。

所以，Arduino編程就有了以下四個(gè)函數(shù)：

那么什么是數(shù)字，什么是模擬呢？數(shù)電是什么，模電又是什么呢？

我們拿燈來(lái)做一個(gè)栗子。我們通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制燈的亮和滅，我們規(guī)定燈亮為1，燈滅為0，這種符合正常人類(lèi)邏輯的方式，被稱(chēng)為正邏輯；也有規(guī)定燈亮為0，燈滅為1，這種被稱(chēng)為負(fù)邏輯。正邏輯和負(fù)邏輯本質(zhì)上沒(méi)有什么差別，因?yàn)槲覀兞?xí)慣了有就是1，無(wú)就是0這樣的邏輯方式（推薦閱讀《編程珠璣》）。

我們將信號(hào)分為有和無(wú)、或者是當(dāng)前的電壓值是HIGH或低、或者是當(dāng)前的狀態(tài)是0或1，這就是數(shù)字量——只有0和1兩種狀態(tài)的的量。這在我們的單片機(jī)里面，也就對(duì)應(yīng)了IO引腳輸出一個(gè)高電平或者輸出一個(gè)低電平、檢測(cè)當(dāng)該IO引腳是高電平還是低電平！

那么模擬量呢！我們還是拿燈來(lái)做一個(gè)栗子。數(shù)字量可以用來(lái)表示燈開(kāi)了沒(méi)有，那么燈的亮度呢？我們可以控制開(kāi)和關(guān)，那么我們能不能控制亮度呢？答案是可以的！這里用來(lái)表示一定程度的量，就是模擬量！我們通過(guò)單片機(jī)的引腳輸出一個(gè)模擬量，可以實(shí)現(xiàn)控制對(duì)“程度（燈的亮度、聲音的響度等等）”的控制，這就是DAC；同理，我們通過(guò)單片機(jī)的引腳獲取傳感器的“程度（溫度、濕度、電壓值）”的數(shù)值，這就是ADC！

那么ADC采集和DAC輸出是怎么實(shí)現(xiàn)的呢！我們這里使用的是Arduino Nano，它有A0~A7共計(jì)8個(gè)ADC模擬量讀取的引腳，這些引腳也可以當(dāng)成普通的IO來(lái)使用，順序?yàn)锳0~A7對(duì)應(yīng)14~21。其中A4、A5引腳復(fù)用為IIC通訊引腳（聽(tīng)不懂沒(méi)關(guān)系，后面會(huì)學(xué)到）

Arduino的ADC采集精度是10位，所以讀取到的數(shù)值為0~1024(210)，這里的ADC數(shù)值其實(shí)就是電壓值，Arduino的模擬量基準(zhǔn)電壓（Aref）默認(rèn)是5V，也就是說(shuō)，在ADC采集這里，是將0~5V的電壓值，進(jìn)行讀取，轉(zhuǎn)成0~1024的數(shù)值進(jìn)行輸出。

而Arduino Nano的DAC輸出呢，是通過(guò)PWM（脈沖寬度調(diào)制技術(shù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具備PWM的引腳為D3、D5、D6、D9、D10、D11六個(gè)引腳。

要說(shuō)PWM啊，我們先來(lái)聊兩個(gè)概念——頻率和占空比！

頻率這個(gè)詞大家應(yīng)該都不會(huì)陌生，是指單位時(shí)間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，這個(gè)單位時(shí)間我們大多默認(rèn)的就是1秒鐘。比如說(shuō)我在1秒鐘執(zhí)行了20次，那么我就可以說(shuō)頻率是20Hz，頻率=1/單位時(shí)間。

占空比這個(gè)概念呢，大家可能會(huì)陌生一些。我先做個(gè)假設(shè)，假如單片機(jī)的一個(gè)引腳輸出20Hz的頻率，那么產(chǎn)生1Hz的頻率需要的時(shí)間是多久呢？答案是1s/20=0.05s=50ms！

也就是說(shuō)，我控制單片機(jī)的引腳每50ms完成一次高低電平的變化，實(shí)現(xiàn)這個(gè)引腳在1s的時(shí)間內(nèi)可以產(chǎn)生20次高低電平的變化，這就是控制單片機(jī)的引腳輸出20Hz的頻率。

我在20ms的時(shí)間內(nèi)，保持引腳處于高電平10ms，處于低電平10ms，那么此時(shí)的占空比就是50%；如果我保持引腳處于高電平5ms，處于低電平15ms，那么此時(shí)的占空比就是25%，所以占空比就是在一次周期性的電平變化中，所處于高電平的時(shí)間與周期時(shí)間的比值。

PWM產(chǎn)生的是方波信號(hào)（還正弦波、三角波等等，后續(xù)我們?cè)倭模?，Arduino的PWM精度是8位，所以輸出的PWM值為0~255(28)，默認(rèn)的頻率是490Hz（基本認(rèn)為是500Hz），這里給大家一個(gè)參考資料:

https://www.cnblogs.com/lulipro/p/6092264.html

圖太多了，不想畫(huà)，人家做的挺好的！

數(shù)字輸入，就是引腳讀取傳感器過(guò)來(lái)的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可能是高電平也可能是低電平，比如按鍵模塊。

數(shù)字輸出，通過(guò)引腳對(duì)外輸出一個(gè)高電平或者輸出一個(gè)低電平，比如單片機(jī)引腳點(diǎn)亮一個(gè)LED。模擬輸入，通過(guò)引腳感應(yīng)得到一個(gè)電壓值，將電壓值等比轉(zhuǎn)成一個(gè)數(shù)值，比如讀取一個(gè)溫度傳感器的溫度值。

模擬輸出，通過(guò)引腳輸出一個(gè)電壓值，Arduino的模擬輸出范圍0~255，也就是說(shuō)將0~5V的電壓值分成255分，我們通過(guò)調(diào)控電壓值就可以來(lái)控制引腳輸出的程度（這里理解為功率吧）。

這四個(gè)，是單片機(jī)的基本概念。如果你是資深單片機(jī)玩家的話(huà)，也會(huì)聽(tīng)說(shuō)過(guò)推挽、開(kāi)漏、浮空、上拉、下拉五個(gè)名詞！這些內(nèi)容我們稍后來(lái)處理。

上面我們聊了，模擬輸出是通過(guò)PWM來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而PWM說(shuō)開(kāi)了就是通過(guò)引腳高低電平的快速切換實(shí)現(xiàn)的，那么這個(gè)為什么能控制引腳輸出的程度呢？這個(gè)問(wèn)題留個(gè)大家思考，給大家一個(gè)提示：結(jié)合LED的閃爍來(lái)分析，如果讓LED閃爍的頻率增加會(huì)發(fā)現(xiàn)什么呢？調(diào)整閃爍頻率的占空比又會(huì)發(fā)生什么呢？留給大家思考+嘗試！

基礎(chǔ)概念的補(bǔ)充到這里就結(jié)束了，接下來(lái)開(kāi)始我們實(shí)戰(zhàn)的內(nèi)容！

在文章剛開(kāi)始的地方，我就貼出來(lái)一張圖，這些是我現(xiàn)在手頭有的零件，接下來(lái)我會(huì)用這些零件類(lèi)為大家展現(xiàn)Arduino編程！

這段時(shí)間我在古月學(xué)院的兩門(mén)課程——PCB設(shè)計(jì)和CAD設(shè)計(jì)，應(yīng)該就是這兩天上線(xiàn)了吧，公開(kāi)課，免費(fèi)的不要錢(qián)，課程都是一個(gè)多小時(shí)那種吧！我這里用的板子是自己設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在立創(chuàng)打板不要錢(qián)，還是挺方便的！

如果你手上沒(méi)有這些東西也沒(méi)關(guān)系，你們可以去這個(gè)網(wǎng)站進(jìn)行仿真，效果是一樣的，記得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境好點(diǎn)！Arduino在線(xiàn)仿真:

https://www.tinkercad.com/

我這里使用的是Arduino Nano開(kāi)發(fā)板 + LM2596S-5.0降壓模塊，這里我把Arduino Nano的引腳全部按照Sign Vcc Gnd的順序留出，避免出現(xiàn)Vcc和Gnd引腳不夠用的情況。

同時(shí)使用了一個(gè)DC 5.5-2.1（外徑5.5mm，內(nèi)徑2.1mm）的座子，這個(gè)算是常見(jiàn)的型號(hào)，LM2596S-5.0實(shí)現(xiàn)了5~40輸出，5V 3A（Max）輸出的性能，引腳按照SVG的順序留出，可以直插舵機(jī)，也就是說(shuō)，這塊板子可以直接用來(lái)玩機(jī)械臂！這里插進(jìn)來(lái)一個(gè)我之前的博客《基于Firmata協(xié)議的ROS Moveit六軸機(jī)械臂設(shè)計(jì)》:

https://www.guyuehome.com/bubble/detail/id/39

板子不一樣其他的一樣！博文看不懂的可以去古月學(xué)院購(gòu)買(mǎi)一下我的課程《軟硬結(jié)合帶你玩轉(zhuǎn)ROS機(jī)械臂》、《MoveIt玩轉(zhuǎn)雙臂機(jī)器人》任意一個(gè)都可以上手！板子是這樣的！

哦對(duì)了，D13引腳我沒(méi)有引出，這個(gè)引腳在所有的Arduino板子上面，接有一個(gè)LED燈，在上傳程序或者上電、掉電的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)電平的變化。這里我把D13引腳接到蜂鳴器上面，在上傳程序或者上電、掉電的時(shí)候蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音，算是一個(gè)提示音吧！

原理圖十分簡(jiǎn)單，就是引腳留出！蜂鳴器那里的話(huà)，用了一個(gè)三極管來(lái)控制。當(dāng)基極處于高電平的時(shí)候，三極管導(dǎo)通，5V過(guò)三極管、過(guò)蜂鳴器，流向GND，蜂鳴器發(fā)出聲音；當(dāng)基極處于低電平的時(shí)候，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)造成短路，電流無(wú)法流過(guò)、蜂鳴器無(wú)法發(fā)出聲音！

其他的也就沒(méi)啥了，挺簡(jiǎn)單的！成本的話(huà)，Arduino Nano不超過(guò)20塊錢(qián)，LM2596S-5.0不超過(guò)5塊錢(qián)，30塊錢(qián)以?xún)?nèi)可以搞定，傳感器和杜邦線(xiàn)的話(huà)，去學(xué)校實(shí)驗(yàn)室嫖吧！

硬件聊完了，我們來(lái)聊聊軟件的代碼！Arduino環(huán)境啊、怎么下載程序啊，大家自行百度吧，那玩意寫(xiě)著簡(jiǎn)直要命，不介意的可以等幾天，我這幾天打算做這部分的公開(kāi)課程！

Arduino語(yǔ)法基礎(chǔ)的話(huà)，給大家個(gè)傳送門(mén)，大家可以去參考一下！Arduino語(yǔ)法教程:

https://www.ncnynl.com/category/arduino-language/

Arduino的語(yǔ)法是C語(yǔ)言和C++都有，我是C語(yǔ)言用的多，畢竟簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的功能分得面向?qū)ο髮?xiě)個(gè)類(lèi)，秀操作沒(méi)啥意思，實(shí)用才是正道！當(dāng)然，你要是做類(lèi)庫(kù)的話(huà)，建議你還是用C++，不然會(huì)被噴（個(gè)人觀點(diǎn)，我可以寫(xiě)屎一樣的代碼，但是你不行。因?yàn)槲乙狢rtl C+Ctrl V你的代碼）。

我們先來(lái)看個(gè)Arduino的實(shí)例程序——閃爍的LED，代碼如下。

這里增加了兩個(gè)新的函數(shù)——pinMode和delay。

pinMode是設(shè)置引腳模式的，我們?cè)谑褂靡_前，需要指定該引腳的模式（模擬輸入無(wú)需指定，因?yàn)槟M輸入口是指定了的）。

pinMode(uint_8 pin,uint_8 mode)    //參數(shù)pin為引腳序號(hào)，mode為模式，有OUTPUT和INPUT兩個(gè)數(shù)值delay（unsigned long ms）          //參數(shù)ms為延時(shí)的時(shí)間，單位ms

這里的邏輯如果換成C語(yǔ)言的話(huà)，如下，大家可以比對(duì)理解一下！

呃，反正大概就這個(gè)意思吧！

大致Arduino的介紹有了，接下來(lái)就是如何來(lái)玩這些傳感器，等我接下來(lái)的博客吧！

以上的概念，不僅僅是Arduino，它對(duì)于所有的單片機(jī)和嵌入式都是通用的，在學(xué)習(xí)不同的單片機(jī)，大家可以來(lái)比對(duì)一下！

《MATLAB玩轉(zhuǎn)深度學(xué)習(xí)和無(wú)人駕駛· 同濟(jì)子豪兄》：對(duì)自動(dòng)駕駛感興趣、熟悉MATLAB并且了解最基本的深度學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、激光雷達(dá)、傳感器融合技術(shù)的小伙伴們，這次就該戳戳下面的二維碼報(bào)名學(xué)習(xí)啦！