arduino 串口读取字符串_【Arduino极简教程】03数字输入和输出
Arduino中的数字信号和通常所说的数字信号有一点差别。通常所说的数字信号是计算机科学中的一个重要的概念，用来表示将数据表示为离散值序列的信号，在任何给定的时刻，它只能取有限数量值中的一个。而Arduino中的数字信号比它的范围还要小，只能取0或者1(LOW或者HIGH)。
从模拟信号到数字信号，再到Arduino中的数字信号，是越来越简单的。我们不妨从最简单的上手，一步步来解决更复杂的问题。
01
数字信号及其输入输出
Arduino中的数字信号
Arduino中的数字信号是指取值只有0或者1的信号，Arduino中的所有的引脚都能读取或者输出0与1信号。
Arduino控制板的电源电压一般是5V，只要输入值超过电源电压的一半(如2.6V)，就代表高电位(1)；如果输入值低于电源电压的一半，则代表低电位(0)。
输出数字信号通常也只有两种情况，如果输出0则端口的电压是0V，输出1端口的电压是5V。
读取或者输出信号通常要用到变量，变量的类型有很多，Arduino中为数字信号量身定做的变量类型是布尔型变量。布尔型变量的定义和其它类型是一样的，语句的标准格式是：
boolean 变量名称 = 变量初值；
其中，boolean是指定义的这个变量是布尔型的；变量名称是你为这个变量起的名字，要遵守变量命名的规则，同时也要用起来方便；等号后面是在定义变量的时候为它赋的初值，一般只能是0或1。
数字输入及元器件
数字输入这个说法似乎让人摸不着头脑，其实没有那么难，就是Arduino控制板从一个端口读电压值，如果超过2.5V就是1，不到2.5V就是0。
Arduino的所有端口都能读入或者输出数字信号。当Arduino控制板的端口正确地连接元器件以后，就能从这个端口读入信号，但首先要把这个端口设置成数字输入模式。
pinMode(pin，mode)；
其中，pin是你要设置的端口号，也就是元器件连接在Arduino控制板的哪个端口；mode可以设置成INPUT或者OUTPUT，分别代表输入或者输出。
读取输入端口的状态需要用到另一个命令：
val = digitalRead(pin)；
其中，val是之前就定义好的一个布尔型变量；pin是连接元器件并且设置为INPUT模式的端口号。
这个命令的作用读入引脚pin的状态，如果检测到高电压，则将1赋给val；如果检测到低电压，则将0赋给val。
有很多元器件都能实现数字读入的功能，最常见的是按钮开关、触摸感应器、光敏传感器、继电器等等。要让这些元器件正常工作就需要正确地连线，由于我们接触Arduino并不久，所以给自己降低一点难度，用配套的扩展板和元器件，可以很方便地连接而不会出错。
数字输出及元器件
数字输出也只是说起来很高深，其实很简单，就是Arduino控制板向一个端口输出电压值，如果是1就输出5V，如果是0就输出0V。
Arduino的所有端口都能读入或者输出数字信号。当Arduino控制板的端口正确地连接元器件以后，就能从这个端口读入信号，但首先要把这个端口设置成输出模式。
输出数字信号需要用到另一个命令：
digitalWrite(pin，value)；
其中，pin是连接元器件并且设置为OUTPUT模式的端口号；value是要向pin端口输出的状态，如果value=0，则向pin端口输出低电压；如果value=1，则向pin端口输出高电压。
有很多元器件都能实现数字输出的功能，最常见的是LED灯、蜂鸣器、继电器等等。要让这些元器件正常工作就需要正确地连线，由于我们接触Arduino并不久，所以给自己降低一点难度，用配套的扩展板和元器件，可以很方便地连接而不会出错。
串口输入和输出
前面所说的输入和输出是Arduino控制板通过端口连接元器件进行读写。我们在前面的操作中知道，Arduino有一个USB端口连接电脑，IDE通过USB端口给控制板烧写程序。
除此以外，Arduino控制板还能通过USB端口与电脑收发信息，电脑向Arduino控制板发信息我们成为串口输入，Arduino控制板向电脑发信息，我们称为串口输出。
val = Serial.read()；//从串口读取一个字节的数据；
Serial.println(val)；//发送一些数据到串口；
这两个功能光在书本上看很难理解到底是完成什么工作，最好的方法是自己打开电脑，接上Arduino控制板试一试。要观察这个功能需要用到串口监视器，点击一下右上角的放大镜图标，就可以打开。
△ 串口监视器的启动
打开串口监视器以后，我们看到的只是一个白屏，那是因为我们还没有利用它传输数据。上面介绍的两个语句就是实现和串口进行数据交互的，试试执行这些命令会得到什么结果。
△ 串口监视器的观察页面
02
Arduino的控制结构
正常情况下，程序代码按照从上往下的顺序依次执行，但有时我们并不希望程序完全按我们写代码的顺序执行，这就需要用到控制结构语句。
改变程序流程的判断语句
程序中，依照某个状况来决定执行哪些语句，或者重复执行那些动作的代码，称为控制结构。if条件式是基本的控制结构，它具有“如果……则……”的意思。
你在自助购物机上选定了东西，屏幕上会出现一个付款码。“如果”你在一段时间内扫码付款，“则”把商品送至取货口；“如果”你在规定时间内没有扫码付款，“则”退出付款页面。这是一个非常典型的判断语句。
在Arduino程序中，这个过程通过“if……else……”语句来实现。把刚刚这个过程写成计算机语句就应该是这样的：
if(规定时间内扫码付款) {把商品送至取货口；}
else{退出付款页面；}
简化编程代码的循环语句
有时类似的事情需要执行不止要做一次，就像学习新单词布置作业要抄写几遍，或者长跑需要绕操场跑多少圈。Arduino的程序代码经常也要重复，而且重复的次数通常比较多，循环语句会让写代码的行数大大减小。
Arduino中的循环语句和C语言中是一样的，主要用到for语句和while语句。
for(初始条件；判断条件；更新循环变量){
循环操作；}
for语句的基本作用是让循环操作重复特定的次数，例如：
for(int i = 0；i < 10；i++){
Serial.println(“digital”)；}
这里完成的工作就是向串口重复10次发送“digital”的字符串。
while(判断条件；){
循环操作；}
while语句与if相似，当while后的判断条件成立时，会执行之后的循环操作，然后检查判断条件是否成立，直到判断条件不成立为止。
LED = digitalRead(10)；
while(LED = 0){
digitalWrite(13，HIGH)；
LED = digitalRead(10)；}
这里完成的工作就是重复地检测10号端口的电压，直到它变成高电平。
除了我们专门写的循环语句，Arduino程序本身就是循环执行的。Arduino程序和一般的计算机程序不一样，它不会同时执行多个程序也不会退出，loop()函数中的代码会一遍一遍地重复执行。当你给控制板供电之后，程序就开始运行，如果想停止运行，只能采取断电方式。
03
应用数字信号的实例
数字输入和输出虽然简单虽然简单，但是已经可以用来解决一些小问题，实现一些小想法。
按键控制LED灯
按键控制LED灯是一个非常简单的例子，但是我们自己增加一点难度。我们在按下按键的过程中，开关可能有一小段时刻接触不好，灯会闪烁，我们尝试一下通过编程让灯不再闪烁。
首先要连接好线路，这里还是选用傻瓜式的套装，开关连接在10号端口，LED灯连接在11号端口。
△ 用按键控制LED灯的线路连接
对于程序怎么运行的，我画了一个简单的流程图。开关按动的时候，首先要记录下当时开关是按下还是未按下，然后过一小段时间再看开关状态是不是跟前面一样，如果一样才开灯或者关灯。
△ 用按键控制LED灯的控制流程图
int ledPin = 11; // LED灯管脚定义
int buttonPin = 10; // 按键的管脚定义
int ledLight = LOW; // LED灯状态定义
int buttonPress = LOW; // 按键状态定义
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); //设置LED管脚输出模式
pinMode(buttonPin, INPUT); //设置按键管脚上拉输入模式
}
void loop() {
if (digitalRead(buttonPin) != ledLight) { // 若灯的状态和开关不一样
buttonPress = digitalRead(buttonPin); // 读取开关的状态
delay(100); //等待跳过按键抖动的不稳定过程
if (digitalRead(buttonPin) == buttonPress){ // 若前后开关状态一样
digitalWrite(ledPin, buttonPress); // 改变LED灯的亮灭
ledLight = buttonPress; // 改变LED灯的状态
}
}
}
我们可以在GIF图中看到，红色的LED灯没有出现忽闪忽闪的情况。我们也可以试试不用这些判断语句，开关按下就亮灯，未按下就关灯，看看LED灯会不会忽闪忽闪的。
△ 用按键控制LED灯的实物展示
LED流水灯
流水的LED灯也是一个非常简单的例子，我们要实现的效果是一排LED等从左到右依次点亮，再从右到左依次熄灭。
因为傻瓜套装里LED灯的数量不够，所以用到了面包板、导线、电阻等元器件，其实就是把六个LED灯依次连接到4-9号端口。但是LED灯要连接保护电阻，还要接地，电路的连接看起来复杂一点，我们在后面再找个机会专门讲电路的连接。
△ LED流水灯的连线图
对于程序怎么运行的，我画了一个简单的流程图。这个流程比前面一个甚至还要简单，就是从1到6依次点亮LED灯，然后从6到1依次熄灭LED灯。
△ LED流水灯的控制流程图
int delayTime = 200;
int ledPin;
void setup()
{
for (ledPin = 4; ledPin < 10;ledPin++) { //依次设置4~9引脚为输出模式
pinMode(ledPin, OUTPUT); //设置第ledPin个引脚为输出模式
}
}
void loop()
{
for (ledPin = 4; ledPin < 10;ledPin++) { //依次点亮4~9引脚相连的灯
digitalWrite(ledPin, HIGH); //点亮ledPin引脚相连的led灯
delay(delayTime);//延时delayTime
}
for (ledPin = 9; ledPin > 3;ledPin--) { //依次熄灭9~4引脚相连的灯
digitalWrite(ledPin, LOW); //熄灭ledPin引脚相连的led灯
delay(delayTime);//延时delayTime
}
delay(1000);
}
△ LED流水灯的实物展示
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