Arduino - 程序结构

Arduino - 现代程序结构

欢迎来到 Arduino 的世界！在本章中，我们将探讨 Arduino 程序（称为 sketch，即“草图”或“程序草稿”）的基本结构。理解这一结构是编写微控制器程序的第一步，也是最关键的一步。

Arduino sketch 使用基于 C++ 的语言编写。然而，Arduino 环境简化了许多复杂性。这是通过 Arduino Core 实现的，它是一组在后台运行的库。它会自动包含必要的头文件（例如 Arduino.h），并提供一个简单的、由两个函数组成的结构，这对于嵌入式系统来说非常完美。

两个核心函数：setup() 和 loop()

每个 Arduino sketch 都必须包含两个特殊函数。可以把它们想象成一出戏的两个主要环节：搭建舞台和实际表演。

• void setup(): 这是“舞台设置”。它只在 Arduino 板上电或复位时运行一次。
• void loop(): 这是“表演”。在 setup() 执行完毕后，只要电路板有电，此函数就会持续循环运行，一遍又一遍。

setup() 函数

void setup() {
  // 初始化代码放在这里。
  // 此部分在启动或复位后只运行一次。
}

• 用途：setup() 函数是您为 sketch 运行做准备的地方。用它来初始化变量、配置引脚模式（输入/输出）以及启动通信库（例如用于调试的 Serial）。
• 执行：它是电路板的 bootloader（引导加载程序）完成自身启动序列后，您的代码中第一个执行的部分。

loop() 函数

void loop() {
  // 需要重复执行的主代码放在这里。
}

• 用途：loop() 函数是您程序的核心。您将大部分时间花在这里编写代码，用于读取传感器、做出决策以及控制执行器，如 LED 和电机。
• 执行：此函数无限循环，使您的程序能够持续响应其环境并更新其状态。

实用入门 Sketch：闪烁 LED

电子领域的“Hello, World!”是闪烁 LED。这是一种简单而有效的方法，用于确认您的代码正在硬件上运行。大多数 Arduino 板都带有一个内置 LED，您可以通过 LED_BUILTIN 常量来控制它。

// 微控制器的“Hello, World!”：闪烁一个 LED。

// 使用内置常量 'LED_BUILTIN' 使此 sketch 在不同类型的 Arduino 板上可移植。
const int ledPin = LED_BUILTIN;

// setup() 函数在您按下复位按钮或给电路板上电时运行一次。
void setup() {
  // 初始化数字引脚为输出模式。
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

// loop() 函数会永远一遍又一遍地运行。
void loop() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH);   // 打开 LED（HIGH 是高电平）
  delay(1000);                  // 等待一秒钟（1000 毫秒）
  digitalWrite(ledPin, LOW);    // 通过将电压设置为 LOW 来关闭 LED
  delay(1000);                  // 再等待一秒钟
}

开发最佳实践

• 使用 const 定义常量：将引脚号和其他固定值声明为常量（例如 const int ledPin = LED_BUILTIN;）可以使您的代码更安全、更易读。
• 现代开发环境：尽管 Arduino IDE 对初学者很友好，但可以考虑使用像 VS Code 搭配 PlatformIO 扩展这样的工具。它们提供代码自动补全、项目管理和更简单的库集成等高级功能。
• 版本控制：随着项目规模的增长，使用像 Git 这样的版本控制系统至关重要。它允许您跟踪更改、与他人协作，并在出现问题时回溯到以前的版本。