Arduino课程：02.数据类型及条件语句

2.1 课程说明

今天制作一期人机互动的例子带给大家：用按钮控制LED。将开关作为延时开关来使用，按下开关后1秒钟，灯才会亮，灯亮5秒后才熄灭，这样大家就能依据这个例子，自己延伸出很多好玩的玩法出来。通过案例学习变量、运算符、条件语句三种语法知识。

2.2. 器材：

2.3. 重点器材介绍

开关：有按键式、滑动式、微动型，除了尺寸和外型不同，开关可分成：

• 常开（normal open，简称N.O）：接点平常是不相连的，按下去之后才导通。
• 常闭（normal close）：接点平常是导通的
  开关也是传感器，微动开关（鼠标）；极限开关（光驱的托盘）；磁簧开关；水银开关。

2.3. 电路：

2.4 条件语句

形式1

if (expression)
statement;
如果你有一个语句，你可以使用没有大括号{}的if语句。

形式2

if (expression) {
Block of statements;
}

形式3

if ... else语句语法
if (expression) { Block of statements; }
else { Block of statements; }

2.5 改变程序流程的if条件式

-比较运算符

比较运算符参与运算后，会返回一个布尔值（true或false）。

-逻辑运算符

-指定运算符

2.6 使用端口操作指令、位移运算符

处理器有D、B两个数位输出/输入接口，以及一个类比接口C。
DDRB = B00110100； //DDRB包含8、13接口，DDRD包含07接口
PORTB= B00100100；

2.7 任务一

利用按钮控制LED

/* 
    作用:当你按下按钮后1秒钟，灯会亮，然后维持5秒钟，熄灭 
*/  
void setup () {
    pinMode(4,INPUT);   //将4号数字口设置为输入状态，13号数字口设置为输出状态  
    pinMode(13,OUTPUT);  
}
void loop(){
    int n =digitalRead(4);      //创建一个变量n，将4号数字口的状态采集出来赋值给他。  
    if (n==HIGH)            //判断n是否为高电平，如果是执行下面的语句，不是则跳过。  
    {
        delay(1000);  
        digitalWrite(13,HIGH);  
        delay(5000);  
        digitalWrite(13,LOW);  
    }
}

结果：

编译并上传代码之后，按着、放开几次微动开关试试，理论上，LED将在按着开关时被点亮，放开开关时熄灭。但实际上，LED可能在你放开开光之后，仍然点亮着，这是机械式开关的弹跳（bouncing）现象。

2.8 流水灯

在arduino控制板上的3、4、5引脚上连接3个LED，通过程序依次控制3个LED灯的亮灭

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 用变量来管理代码

上例中连接在13引脚的led闪烁，如果把led接在10脚，代码需要修改2次，利用变量可简化代码的修改。

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

声明变量的语法：

数据类型 变量名

例如：
int age = 18; //预留16位的存储空间，并存入数字18；
int older = age +10; //先取出age的值，加上10之后，再赋值给older。

变量命名规定

• 变量名称只能包含英文字母、数字和底线（_）。
• 第一个字符不能是数字。
• 变量的名称大小写有别，因此LED和led是两个不同的变量！
• 变量名称应该使用有意义的文字，如LED和pin，。让代码变得容易理解。
• 若要用两个单字来命名变量，可以用“驼峰式”记法，
• 避免用特殊意义的保留字来命名。

2.10 数据类型

数据类型用于设置“数据容器”的格式和容量。在声明变量的同时，必须设置该变量所能保存的数据类型。

基础类型

表：不带正负号的数据类型

数据类型说明

1. 设置数据类型时，需要留意该类型所能保存的最大值。如果保存值超过变量的容量，该值将从0开始计算。
   • byte类型最大只能保存十进制的255，若存入256，则实际的保存值将是0； 数学表达式也要留意数据类型的上限，
   • long ans = 4000 100; //计算结果：6784； 这是因为程序编译程序用整数型态计算4000100，正确写法：其中一个计算数字后面加上设置数值类型的格式字符， long ans = 4000L * 100L; //计算结果：400000

     表： 转换数值数据类型的格式字符

     格式字符	说明	示例
     L或l	强制转换成长整数	4000L
     U或u	转化成无正负号（unsigned）整数	32800U
     UL或ul	强制转换成无正负号的长整数（unsigned long）	7295UL

     tips

     ATmega微处理器内部没有浮点运算处理单元，因此，执行浮点数值运算，不仅耗时且精确度不高，请避免在程序中执行大量的浮点数运算。附带一提，浮点数值可以用科学记号E或e表示，例如：
     1.8E3 = 1800
     在数字系统中，用四个二进制数来代表十进制的编码，又称为BCD码（Binary Coded Decimal, 二进编码十进数）

     2.11 不变的“常量”

     常量： 存放固定、不变量值的容器。

   • 使用const指令（constant，常量）定义常量
   • 常量名称中的字母通常写成大写。
   • 变量设置后，就不能再更改其值。

     常量与“程序内存”

2. ATmega微处理器的代码保存在内存，其内容无法在程序运行时间更改。而保存变量的容器，将在运行时间被建立在内容可随意更换的SRAM中
3. 常见的预设常量 INPUT、OUTPUT、HIGH、LOW、true、false

   常量定义补充说明

   若要让常量仅仅保存在程序内存，需要在常量声明代码中加入PROGMEM关键字。

   2.13 内存类型说明

   计算机内存分为RAM和ROM两大类型

   RAM：

   • DRAM(Dynamic)→需搭配DRAM控制器持续刷新，存取慢，价格低廉
   • SRAM(Static)→ 不需要持续刷新，存取速度快，价格高 #### #### ROM：
   • mask ROM → 相当于DVD和CD
   • PROM → Programmable,可编程
   • EPROM → EP 代表Erasable and Programmalbe(可擦除编程)

2.14. 补充阅读材料：

Arduino 数据类型

关键字 说明

1. void void关键字仅用于函数声明。它表示该函数预计不会向调用它的函数返回任何信息。 例子

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

2. Boolean 布尔值保存两个值之一，true或false。每个布尔变量占用一个字节的内存。
   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
   一种数据类型，占用一个字节的内存，存储一个字符值。字符文字用单引号写成：'A'，对于多个字符，字符串使用双引号："ABC"。
   但是，字符是存储为数字。你可以在ASCII图表中查看特定编码。这意味着可以对使用ASCII值的字符进行算术运算。例如，'A'+1的值为66，因为大写字母A的ASCII值为65。
   例子

   Char chr_a = ‘a’ ;//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是一种无符号数据类型，占用一个字节的内存。unsigned char数据类型编码数字为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 一个字节存储一个8位无符号数，从0到255。
   例子

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

6. int
   整数（int）是数字存储的主要数据类型。int存储16位（2字节）值。这产生-32768至32767的范围（最小值为-215 ，最大值为（215 ）-1）。
   int的大小因板而异。例如，在Arduino Due中，int存储32位（4字节）值。这产生-2147483648至2147483647的范围（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（无符号整数）与int相同，存储2字节。然而，它们只存储正值，产生0到65535（216）-1的有效范围。Due存储4字节（32位）值，范围从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，一个word存储一个16位无符号数。在Due和Zero上，它存储一个32位无符号数。
   例子

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

9. Long
   Long变量是用于数字存储的扩展大小变量，存储32位（4字节），从-2147483648到2147483647。
   例子

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

10. unsigned long
    unsigned long变量是用于数字存储的扩展大小变量，并存储32位（4字节）。与标准的long不同，unsigned long不会存储负数，它们的范围为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位数据类型。在所有Arduinos（基于ATMega和ARM）上，一个short存储一个16位（2字节）值。这产生-32768至32767的范围（最小值为-215，最大值为（215）-1）。
    例子

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

12. float
    浮点数的数据类型是具有小数点的数字。浮点数通常用于近似模拟值和连续值，因为它们的分辨率高于整数。
    浮点数可以大到3.4028235E+38，也可以低到-3.4028235E+38。它们被存储为32位（4字节）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，双精度浮点数占用四个字节。也就是说，double实现与float完全相同，精度没有增益。在Arduino Due上，double具有8字节（64位）精度。
    例子

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