Arduino課程：02.數(shù)據(jù)類型及條件語句

2.1 課程說明

今天制作一期人機(jī)互動(dòng)的例子帶給大家：用按鈕控制LED。將開關(guān)作為延時(shí)開關(guān)來使用，按下開關(guān)后1秒鐘，燈才會(huì)亮，燈亮5秒后才熄滅，這樣大家就能依據(jù)這個(gè)例子，自己延伸出很多好玩的玩法出來。通過案例學(xué)習(xí)變量、運(yùn)算符、條件語句三種語法知識(shí)。

2.2. 器材：

2.3. 重點(diǎn)器材介紹

開關(guān)：有按鍵式、滑動(dòng)式、微動(dòng)型，除了尺寸和外型不同，開關(guān)可分成：

• 常開（normal open，簡稱N.O）：接點(diǎn)平常是不相連的，按下去之后才導(dǎo)通。
• 常閉（normal close）：接點(diǎn)平常是導(dǎo)通的
  開關(guān)也是傳感器，微動(dòng)開關(guān)（鼠標(biāo)）；極限開關(guān)（光驅(qū)的托盤）；磁簧開關(guān)；水銀開關(guān)。

2.3. 電路：

2.4 條件語句

形式1

if (expression)
statement;
如果你有一個(gè)語句，你可以使用沒有大括號{}的if語句。

形式2

if (expression) {
Block of statements;
}

形式3

if ... else語句語法
if (expression) { Block of statements; }
else { Block of statements; }

2.5 改變程序流程的if條件式

-比較運(yùn)算符

比較運(yùn)算符參與運(yùn)算后，會(huì)返回一個(gè)布爾值（true或false）。

-邏輯運(yùn)算符

-指定運(yùn)算符

2.6 使用端口操作指令、位移運(yùn)算符

處理器有D、B兩個(gè)數(shù)位輸出/輸入接口，以及一個(gè)類比接口C。
DDRB = B00110100； //DDRB包含8、13接口，DDRD包含07接口
PORTB= B00100100；

2.7 任務(wù)一

利用按鈕控制LED

/* 
    作用:當(dāng)你按下按鈕后1秒鐘，燈會(huì)亮，然后維持5秒鐘，熄滅 
*/  
void setup () {
    pinMode(4,INPUT);   //將4號數(shù)字口設(shè)置為輸入狀態(tài)，13號數(shù)字口設(shè)置為輸出狀態(tài)  
    pinMode(13,OUTPUT);  
}
void loop(){
    int n =digitalRead(4);      //創(chuàng)建一個(gè)變量n，將4號數(shù)字口的狀態(tài)采集出來賦值給他。  
    if (n==HIGH)            //判斷n是否為高電平，如果是執(zhí)行下面的語句，不是則跳過。  
    {
        delay(1000);  
        digitalWrite(13,HIGH);  
        delay(5000);  
        digitalWrite(13,LOW);  
    }
}

結(jié)果：

編譯并上傳代碼之后，按著、放開幾次微動(dòng)開關(guān)試試，理論上，LED將在按著開關(guān)時(shí)被點(diǎn)亮，放開開關(guān)時(shí)熄滅。但實(shí)際上，LED可能在你放開開光之后，仍然點(diǎn)亮著，這是機(jī)械式開關(guān)的彈跳（bouncing）現(xiàn)象。

2.8 流水燈

在arduino控制板上的3、4、5引腳上連接3個(gè)LED，通過程序依次控制3個(gè)LED燈的亮滅

const byte LED1 = 3;  
const byte LED2 = 4;  
const byte LED3 = 5;  
void setup() {  
    // put your setup code here, to run once:  
    pinMode(LED1, OUTPUT);  
    pinMode(LED2, OUTPUT);  
    pinMode(LED3, OUTPUT);  
}  

void loop() {  
    // put your main code here, to run repeatedly:  
    digitalWrite(LED1,HIGH);  
    digitalWrite(LED2,LOW);  
    digitalWrite(LED3,LOW);  
    delay(1000);  

    digitalWrite(LED1,LOW);  
    digitalWrite(LED2,HIGH);  
    digitalWrite(LED3,LOW);  
    delay(1000);  

    digitalWrite(LED1,LOW);  
    digitalWrite(LED2,LOW);  
    digitalWrite(LED3,HIGH);  
    delay(1000);  
}

2.9 用變量來管理代碼

上例中連接在13引腳的led閃爍，如果把led接在10腳，代碼需要修改2次，利用變量可簡化代碼的修改。

byte led = 13;
void setup(){
    pinMode(led, OUTPUT);
}
void loop(){
    digitalWrite(led, HIGH);
}

聲明變量的語法：

數(shù)據(jù)類型 變量名

例如：
int age = 18; //預(yù)留16位的存儲(chǔ)空間，并存入數(shù)字18；
int older = age +10; //先取出age的值，加上10之后，再賦值給older。

變量命名規(guī)定

? 變量名稱只能包含英文字母、數(shù)字和底線（_）。
? 第一個(gè)字符不能是數(shù)字。
? 變量的名稱大小寫有別，因此LED和led是兩個(gè)不同的變量！
? 變量名稱應(yīng)該使用有意義的文字，如LED和pin，。讓代碼變得容易理解。
? 若要用兩個(gè)單字來命名變量，可以用“駝峰式”記法，
? 避免用特殊意義的保留字來命名。

2.10 數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)類型用于設(shè)置“數(shù)據(jù)容器”的格式和容量。在聲明變量的同時(shí)，必須設(shè)置該變量所能保存的數(shù)據(jù)類型。

基礎(chǔ)類型

表：不帶正負(fù)號的數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)類型說明

1. 設(shè)置數(shù)據(jù)類型時(shí)，需要留意該類型所能保存的最大值。如果保存值超過變量的容量，該值將從0開始計(jì)算。
   • byte類型最大只能保存十進(jìn)制的255，若存入256，則實(shí)際的保存值將是0； 數(shù)學(xué)表達(dá)式也要留意數(shù)據(jù)類型的上限，
   • long ans = 4000 100; //計(jì)算結(jié)果：6784； 這是因?yàn)槌绦蚓幾g程序用整數(shù)型態(tài)計(jì)算4000100，正確寫法：其中一個(gè)計(jì)算數(shù)字后面加上設(shè)置數(shù)值類型的格式字符， long ans = 4000L * 100L; //計(jì)算結(jié)果：400000

     表： 轉(zhuǎn)換數(shù)值數(shù)據(jù)類型的格式字符

     格式字符	說明	示例
     L或l	強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成長整數(shù)	4000L
     U或u	轉(zhuǎn)化成無正負(fù)號（unsigned）整數(shù)	32800U
     UL或ul	強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成無正負(fù)號的長整數(shù)（unsigned long）	7295UL

     tips

     ATmega微處理器內(nèi)部沒有浮點(diǎn)運(yùn)算處理單元，因此，執(zhí)行浮點(diǎn)數(shù)值運(yùn)算，不僅耗時(shí)且精確度不高，請避免在程序中執(zhí)行大量的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。附帶一提，浮點(diǎn)數(shù)值可以用科學(xué)記號E或e表示，例如：
     1.8E3 = 1800
     在數(shù)字系統(tǒng)中，用四個(gè)二進(jìn)制數(shù)來代表十進(jìn)制的編碼，又稱為BCD碼（Binary Coded Decimal, 二進(jìn)編碼十進(jìn)數(shù)）

     2.11 不變的“常量”

     常量： 存放固定、不變量值的容器。

   • 使用const指令（constant，常量）定義常量
   • 常量名稱中的字母通常寫成大寫。
   • 變量設(shè)置后，就不能再更改其值。

     常量與“程序內(nèi)存”

2. ATmega微處理器的代碼保存在內(nèi)存，其內(nèi)容無法在程序運(yùn)行時(shí)間更改。而保存變量的容器，將在運(yùn)行時(shí)間被建立在內(nèi)容可隨意更換的SRAM中
3. 常見的預(yù)設(shè)常量 INPUT、OUTPUT、HIGH、LOW、true、false

   常量定義補(bǔ)充說明

   若要讓常量僅僅保存在程序內(nèi)存，需要在常量聲明代碼中加入PROGMEM關(guān)鍵字。

   2.13 內(nèi)存類型說明

   計(jì)算機(jī)內(nèi)存分為RAM和ROM兩大類型

   RAM：

   • DRAM(Dynamic)→需搭配DRAM控制器持續(xù)刷新，存取慢，價(jià)格低廉
   • SRAM(Static)→ 不需要持續(xù)刷新，存取速度快，價(jià)格高 #### #### ROM：
   • mask ROM → 相當(dāng)于DVD和CD
   • PROM → Programmable,可編程
   • EPROM → EP 代表Erasable and Programmalbe(可擦除編程)

2.14. 補(bǔ)充閱讀材料：

Arduino 數(shù)據(jù)類型

關(guān)鍵字 說明

1. void void關(guān)鍵字僅用于函數(shù)聲明。它表示該函數(shù)預(yù)計(jì)不會(huì)向調(diào)用它的函數(shù)返回任何信息。 例子

   Void Loop ( ) {
   // rest of the code
   }

2. Boolean 布爾值保存兩個(gè)值之一，true或false。每個(gè)布爾變量占用一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存。
   例子

   boolean val = false ; // declaration of variable with type boolean and initialize it with false
   boolean state = true ; // declaration of variable with type boolean and initialize it with false

3. Char
   一種數(shù)據(jù)類型，占用一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存，存儲(chǔ)一個(gè)字符值。字符文字用單引號寫成：'A'，對于多個(gè)字符，字符串使用雙引號："ABC"。
   但是，字符是存儲(chǔ)為數(shù)字。你可以在ASCII圖表中查看特定編碼。這意味著可以對使用ASCII值的字符進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算。例如，'A'+1的值為66，因?yàn)榇髮懽帜窤的ASCII值為65。
   例子

   Char chr_a = ‘a(chǎn)’ ;//declaration of variable with type char and initialize it with character a
   Char chr_c = 97 ;//declaration of variable with type char and initialize it with character 97 ASCII Char Table

4. unsigned char
   unsigned char是一種無符號數(shù)據(jù)類型，占用一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存。unsigned char數(shù)據(jù)類型編碼數(shù)字為0到255。
   例子

   Unsigned Char chr_y = 121 ; // declaration of variable with type Unsigned char and initialize it with character y

5. byte 一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)一個(gè)8位無符號數(shù)，從0到255。
   例子

   byte m = 25 ;//declaration of variable with type byte and initialize it with 25

6. int
   整數(shù)（int）是數(shù)字存儲(chǔ)的主要數(shù)據(jù)類型。int存儲(chǔ)16位（2字節(jié)）值。這產(chǎn)生-32768至32767的范圍（最小值為-215 ，最大值為（215 ）-1）。
   int的大小因板而異。例如，在Arduino Due中，int存儲(chǔ)32位（4字節(jié)）值。這產(chǎn)生-2147483648至2147483647的范圍（最小值-231 和最大值（231 ）-1）。
   例子

   int counter = 32 ;// declaration of variable with type int and initialize it with 32

7. Unsigned int
   unsigned int（無符號整數(shù)）與int相同，存儲(chǔ)2字節(jié)。然而，它們只存儲(chǔ)正值，產(chǎn)生0到65535（216）-1的有效范圍。Due存儲(chǔ)4字節(jié)（32位）值，范圍從0到4294967295（232-1）。
   例子

   Unsigned int counter = 60 ; // declaration of variable with type unsigned int and initialize it with 60

8. Word
   在Uno和其他基于ATMEGA的板上，一個(gè)word存儲(chǔ)一個(gè)16位無符號數(shù)。在Due和Zero上，它存儲(chǔ)一個(gè)32位無符號數(shù)。
   例子

   word w = 1000 ;//declaration of variable with type word and initialize it with 1000

9. Long
   Long變量是用于數(shù)字存儲(chǔ)的擴(kuò)展大小變量，存儲(chǔ)32位（4字節(jié)），從-2147483648到2147483647。
   例子

   Long velocity = 102346 ;//declaration of variable with type Long and initialize it with 102346

10. unsigned long
    unsigned long變量是用于數(shù)字存儲(chǔ)的擴(kuò)展大小變量，并存儲(chǔ)32位（4字節(jié)）。與標(biāo)準(zhǔn)的long不同，unsigned long不會(huì)存儲(chǔ)負(fù)數(shù)，它們的范圍為0到4294967295（232-1）。
    例子

    Unsigned Long velocity = 101006 ;// declaration of variable with type Unsigned Long and initialize it with 101006

11. short
    short是16位數(shù)據(jù)類型。在所有Arduinos（基于ATMega和ARM）上，一個(gè)short存儲(chǔ)一個(gè)16位（2字節(jié)）值。這產(chǎn)生-32768至32767的范圍（最小值為-215，最大值為（215）-1）。
    例子

    short val = 13 ;//declaration of variable with type short and initialize it with 13

12. float
    浮點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)類型是具有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字。浮點(diǎn)數(shù)通常用于近似模擬值和連續(xù)值，因?yàn)樗鼈兊姆直媛矢哂谡麛?shù)。
    浮點(diǎn)數(shù)可以大到3.4028235E+38，也可以低到-3.4028235E+38。它們被存儲(chǔ)為32位（4字節(jié)）信息。
    例子

    float num = 1.352;//declaration of variable with type float and initialize it with 1.352

13. double
    在Uno和其他基于ATMEGA的板上，雙精度浮點(diǎn)數(shù)占用四個(gè)字節(jié)。也就是說，double實(shí)現(xiàn)與float完全相同，精度沒有增益。在Arduino Due上，double具有8字節(jié)（64位）精度。
    例子

    double num = 45.352 ;// declaration of variable with type double and initialize it with 45.352