单片机基础与Arduino应用（第2版）课件全套 00 总论 -30 Avr SPI

单片机基础电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心单片机基础单片机基础Arduino单片机创新作品Blink闪灯单片机基础函数控制IO口定时器中断串口SPIIICArduino模块编程应用-帮助同学快速入门，以经典系统构建为例，初步建立系统设计和创新能力。单片机结构与运行机制-帮助同学建立程序与硬件、C语言与单片机的关系，培养系统设计和实现能力。单片机基础51单片机点亮发光二极管单片机基础单片机基础单片机基础Arduino之入门电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之入门Arduino是什么？硬件标准化、软件代码开源的单片机模块在艺术创作、业余爱好者、创客群体等领域应用广泛Arduino之入门Arduino的诞生这个最经典的开源硬件项目，诞生于意大利的一间设计学校几乎任何人，即使不懂电脑编程，也能用Arduino做出很酷的东西，比如对感测器作出回应，闪烁灯光，还能控制马达G.Martino,ItalyD.Molis,ItalyD.Cuartielles,SpainT.Igoo,USAM.Banzi,ItalyArduino之入门Arduino的优势成熟的生态圈：Arduino中文社区供讨论硬件标准化：设计规范，有完整的手册支持，做工精湛软件代码开源：文档齐全，写法规范，范例程序易上手Arduino之入门接口标准化开源硬件模块Arduino硬件平台软件工具Arduino之入门ArduinoUNO组成LED复位按键Arduino之入门Arduino常用产品ArduinoUNOR3ArduinoMega2560ArduinoNano详见https://www.arduino.cc/en/Main/ProductsArduino之入门硬件Arduino实验板与下载线LED灯杜邦线330欧姆电阻面包板Arduino之入门软件：ArduinoIDE打开网页输入网址:http://arduino.cc/en/Main/Software进入页面，如下图所示Arduino之入门ArduinoIDE先简单认识看一下Arduino的这个编译器界面Arduino之入门Arduino开发USB连接ArduinoUNO和计算机在IDE中编写程序点击编译程序生成可执行文件Arduino加载可执行文件加载完成后，Arduino即可运行Arduino之IO口电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之IO口使用数字I/O的13号引脚控制LED亮灭。输出高电平点亮，输出低电平熄灭LED灯Blink实验单片机驱动发光二极管发光二极管工作原理二极管具有单向导电性Arduino之IO口N型电子与P型空穴碰撞，产生光子光子发出能量，形成光发光二极管工作原理直插式：短脚为负级贴片式：绿点标志为负极Arduino之IO口发光二极管节压降与额定电流Arduino之IO口导通电压：2.0-2.2V额定电流：20mA导通电压：1.8-2.0V额定电流：20mA导通电压：3.0-3.2V额定电流：20mA导通电压1.82-1.88V1.75-1.82V1.7-1.8V3.1-3.3V3.0-3.2V额定电流5-8mA3-5mA3-5mA8-10mA10-15mAArduino之IO口LED工作原理

Arduino之IO口LED工作原理高发光低不发光高不发光低发光灌入电流Arduino之IO口数字I/O的常用函数：pinMode(pin,MODE)指定引脚的输出模式MODE为指定引脚的输出模式INPUT（输入），INPUT_PULLUP（输入带内部上拉电阻）OUTPUT（输出模式）digitalWrite(pin,value)指定引脚的输出电平value为输出电压HIGH或LOWdigitalRead(pin)读取指定引脚的逻辑电平返回值为输入电压HIGH或LOWArduino之IO口程序说明Arduino程序结构包含两部分：setup()函数和loop()函数先执行这里的内容再循环执行这里的内容Arduino之IO口Blink实验连接硬件程序内容Arduino之IO口点击编译点击上传板子连接电脑后点击上传，将程序烧录到板子中Arduino之IO口亮1S灭1S，这个时间是准确的吗？CPU忙不忙单片机基础定时器电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心概念定时器和计数器物理器件相同*计数器(Counter)记录外部脉冲定时器(Timer)记录内部晶振两者本质上都是“数脉冲”计数器数门控信号范围内外部引脚脉冲的个数定时器通过内部晶振计数脉冲的个数(N)，定义了的单片机中的“时间”概念单片机之定时器*两者本质上是同一物理器件的两种工作状态，为防止混淆，统称物理器件位定时器T0/T1N个脉冲

单片机之定时器N个脉冲内部晶振CLK工作原理(计数器)累加计数器记录计数脉冲(定时器)个数N仅在门控信号为1时工作单片机之定时器外部引脚Px.x门控信号TRx溢出位TFxN=2组成定时器(T0/T1)各由2个8位特殊功能寄存器组成(TH0/TH1/TL0/TL1)工作方式寄存器TMOD:用于设置工作模式和工作方式控制寄存器TCON，用于启动和停止定时器计数，并控制其状态寄存器THx/TLx,用于存储计数值单片机之定时器*THx/TLx/TCON/TMOD都通过总线与CPU相连*当单片机复位时候，TMOD/TCON内的值都被清零

设定定时器流程1.对TMOD赋值以确定定时器的工作模式(定时器/计数器)2.对TMOD赋值以确定定时器的工作方式3.置定时器的初值，直接将其写入THx/TLx4.对TCON寄存器中的TRx进行置位，启动定时器/计数器完成以上步骤之后，定时/计数器将按照规定的工作模式与初值进行计数/开始定时单片机之定时器Value+2Value+N

单片机之定时器…Init初值Max最大值每个时钟周期增加1t触发中断定时时间t

单片机之定时器如何确定定时器以何种方式工作？改变工作方式寄存器TMOD四种工作方式

方式0(M1=0,M0=0):13位定时器(TH8位TL低5位)方式1(M1=0,M0=1):16位定时器方式2(M1=1,M0=0):自动重装入初值的8位计数器方式3(M1=1,M0=1):(T0)分成两个独立的8位定时器；(T1)停止工作单片机之定时器M1/M0控制TH/TL的计数方式如何启动定时器？确定用什么信号来启动计数器(门控信号)

门控由TMOD寄存器中的GATE位(D7/D3)确定GATE=0,用TCON中运行控制位TRx来控制定时器的启动与否GATE=1，用外部中断引脚INTx来控制定时器的启动与否单片机之定时器定时器如何反馈？控制寄存器TCON：低4位与外部中断有关计数溢出标志位(TF1/TF0):当定时器T0/T1溢出时，硬件自动将此位置1TFx可以由程序查询,也是定时中断的请求源计数运行控制位(TR1/TR0):置1表示工作，置0表示停止数据寄存器THx/TLxTH0存放了定时器T0的初值或计数结果的高8位(TL0为低8位)TH1存放了定时器T1的初值或计数结果的高8位(TL1为低8位)单片机之定时器N=2例子让引脚P1的LED灯每隔1s闪烁一次将TL0置初值0，将TR0置1以启动定时器将Timer0是否溢出作为事件发生的指示主频为11.0592M，每65536个脉冲溢出产生一个溢出的时间是71.1ms，14个则约为1s每计算14个溢出，则翻转P1口状态。单片机之定时器Arduino之中断电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心中断机制设一个闹钟，闹钟响了，CPU才去查看，这就是中断机制Arduino之中断中断的原理Arduino之中断Command1主程序中断服务程序(ISR)Command2Command3Command4Command5闪灯闪灯保护现场恢复现场Arduino之中断内部中断函数Timer1.initialize(Period)用于初始化定时器，配置定时周期，以微秒为单位调用后自动启动定时器Timer1.attachInterrupt(timerIsr)设置中断回调函数Arduino之中断内部中断函数Timer1.setPeriod(Period)配置定时周期，以微秒为单位Timer1.start()/Timer1.stop()/Timer1.restart()/Timer1.read()启动/停止/重启定时器/读取定时器当前值Arduino之中断程序说明程序内容初始化定时器设置中断回调函数回调函数单片机基础电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之串口Arduino使用TTL逻辑电平高电平：5V或3.3V，低电平：0V。RS-232串口的使用满足RS-232电气标准，即-15V到-3V之间为逻辑1，3V到15V之间为逻辑0。Arduino之串口Arduino串口通信时需要连接收、发、地三根线。Arduino之串口ArduinoUno开发板的硬件串口位于RX(0)和TX(1)引脚，USB口通过转换芯片与这两个引脚连接。Arduino串口采用串行比特流方式发送数据，每次发送一个比特的数据。Arduino之串口串口的常用函数：Serial.begin(speed[,config])串口波特率定义函数，用于开启串口、设置串口的速率、数据位数、奇偶校验、停止位等参数。通常置于setup()函数中。speed为波特率，一般取值9600,115200等。config取如下常量：SERIAL_8N1（缺省配置，8个数据位，无校验位，1个停止位）。Arduino之串口串口的常用函数：Serial.available()返回缓冲区可读字节数目。Serial.read()从串口缓存中读取一个字节的数据。Serial.write(val)将数据以二进制数据形式输出。Serial.print(val)将数据以ASCII文本形式输出。Serial.println(val)在函数Serial.print()的功能基础之上输出结束时跟上回车与换行。Arduino之串口实例：PC发送“R”，Arduino上传“HelloWorld！”串口监视器Arduino之串口发送接收Arduino之串口接收发送Arduino之串口Arduino之串口Arduino之串口—定时器中断Blink实验程序说明程序内容Arduino之串口—Blink实验Arduino的SPI通信电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心串行通信异步模式—RS232同步模式—SPISPI传输速度快，不适合远距离传输SPI通信主从工作模式（MasterSlave）一个主机和一个或多个从机主机通过CS线选一个从机进行通信未选择的从机不会影响总线活动SPI通信主从工作模式连接方式MOSI（MasterOutputSlaveInput）MISO（MasterInputSlaveOutput）SCLK（时钟信号）CS（从机选择线）SPI通信工作过程SPI通信协议SPI时钟控制SPI控制寄存器CPOL和CPHA，决定时钟的4种工作模式CPOL时钟极性CPOL=1，空闲时SCK为高电平CPOL=0，空闲时SCK为低电平CPHA时钟相位CPHA=1，SCK偶数边沿数据采样CPHA=0，SCK奇数边沿数据采样Arduino中的SPI库函数主机工作流程从机工作流程SPI.begin()SPI.setClockDivider(divider)SPI.setBitOrder(order)SPI.setDataMode(mode)digitalWrite(CS,LOW)SPI.transfer(val)/

SPI.transfer16(val16)SPCR|=_BV(SPE)SPI.attachInterrupt()Arduino中的SPI库函数SPI库函数SPI.begin()初始化SPI总线的参数将SCLK和MOSI初始化为低电平，CS初始化为高电平。SPI.setClockDivider(divider)指定SCLK时钟信号的频率，SCLK时钟信号的频率为系统时钟频率除以分频系数。分频系数可以为2，4，8，16，32，64，128divider默认设置为SPI_CLOCK_DIV4，即4分频.SPI.setBitOrder(order)设置SPI的字节传输顺序order:MSBFIRST(从高位到低位发送)，LSBFIRST(从低位到高位发送)Arduino中的SPI库函数SPI库函数SPI.setDataMode(mode)设置SPI的工作模式mode:SPI_MODE0,SPI_MODE1,SPI_MODE2,SPI_MODE3SPI.transfer(val)/SPI.transfer16(val16)val:要传输的字节数据SPI.transfer()函数一次通信传输一个字节数据SPI.transfer16()函数一次通信传输两个字节数据Arduino之按键电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之按键一个简单的按键电路通过IO口操作的函数：pinMode(pin,MODE)、digitalWrite(pin)、digitalRead(pin)，通过digitalRead(pin)，Arduino即可得到按键的状态。第一种按键电路第二种按键电路按下01松开10Arduino之按键示波器观察抖动我们用示波器看一下按键按下去，在IO口电平的变化：用示波器观察实际波形理想按键波形实际按键波形<10msArduino之按键硬件去抖和软件去抖硬件去抖：用电容搭建滤波器。软件去抖：首先读取按键状态，当检测到按键摁下后，等待10ms，再次读取按键状态，若此时仍然是摁下状态，则说明是按键摁下了。否则，即为抖动。<10msArduino之按键Arduino之矩阵键盘电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之矩阵键盘矩阵键盘结构3X4键盘内部线路内部线路4X4键盘Arduino之矩阵键盘扫描法Arduino之矩阵键盘扫描法00001111Arduino之矩阵键盘扫描法00000111Arduino之矩阵键盘扫描法01110111Arduino之矩阵键盘扫描法01111011Arduino之矩阵键盘扫描法01111111Arduino之矩阵键盘扫描法10111111Arduino之矩阵键盘扫描法11011111Arduino之矩阵键盘扫描法11101111Arduino之矩阵键盘反转法00001111Arduino之矩阵键盘反转法00000111Arduino之矩阵键盘反转法01110000Arduino之矩阵键盘安装库文件Keypad.h为了确定按下了哪个键，我们需要连续扫描行和列。幸运的是，库文件Keypad.h的编写减少了这种不必要的复杂性。矩阵键盘所需库文件Keypad.h在ArduinoIDE1.8.0或者以上版本中,项目->加载库->管理库中搜索Keypad，然后安装即可。Arduino之矩阵键盘安装库文件Keypad.hArduino之矩阵键盘硬件准备4x4矩阵键盘Uno开发板USB数据线杜邦线硬件准备Arduino之矩阵键盘电路连接Keypad正面从左到右pin为1-8，对应：KeypadPin1–>ArduinoPin9KeypadPin2–>ArduinoPin8KeypadPin3–>ArduinoPin7KeypadPin4–>ArduinoPin6KeypadPin5–>ArduinoPin5KeypadPin6–>ArduinoPin4KeypadPin7–>ArduinoPin3KeypadPin8–>ArduinoPin2电路连接Arduino之矩阵键盘程序说明在本次实验中，我们调用函数Keypad(makeKeymap(keys),rowPins

,colPins,ROWS,COLS)，函数中五个参数说明如下：然后，我们采用ROWS、COLS两个参数来

定义要使用的键盘上的行数和列数。constbyteROWS=4;//四行constbyteCOLS=4;//四列接着，我们采用rowPins、colPins两个参数来定义Arduino引脚与键盘引脚的连接方式

byterowPins[ROWS]={9,8,7,6};//连接到矩阵键盘的行引脚 bytecolPins[COLS]={5,4,3,2};//连接到矩阵键盘的列引脚Arduino之矩阵键盘程序说明首先，参数makeKeymap(keys)用于将键盘上的第几行第几列，

映射为有意义的字符： charkeys[ROWS][COLS]={ {'1','2','3','A'}, {'4','5','6','B'}, {'7','8','9','C'}, {'*','0','#','D'} };定义所有字符后，我们可以发出一个简单的命令getKey()来检查按下了哪个键。Arduino之数码管电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之数码管数码管数码管是最常用的一种显示方法，由数个LED灯组成“8”字型数码管Arduino之数码管8段数码管结构分类共阳极数码管共阴极数码管Arduino之数码管8段数码管显示共阳极Arduino之数码管电路连接Arduino之数码管代码编写Arduino之数码管电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之数码管如何控制多位数码管？静态显示动态显示所需IO口数目：所需IO口数目：Arduino之数码管动态显示循环交替点亮多个数码管，往复刷新Arduino之数码管动态显示的机理亮度时间电源断开“余晖效应”示意图“视觉暂留”示意图1~10ms40ms数码管扫描周期应小于10ms，每个数码管通电时间应大于1msArduino之数码管动态显示的实现电路图使用分立多个数码管使用集成多位数码管Arduino之数码管动态显示的实现逻辑实现选通高位显示1显示2选通低位Arduino之数码管动态显示的优势动态显示可以极大节省IO口占用，但亮度相对较低段选复用位选选择动态显示IO口占用数目IO口占用数目段选静态显示Arduino之数码管动态显示的实现实验现象（放实验结果录像）Arduino之旋钮电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心杨彬young_being@Arduino之旋钮旋钮旋钮电位器旋转编码器旋钮电位器旋转编码器Arduino之旋钮旋钮电位器的引脚电位器（滑动变阻器）旋钮电阻体动触点电位器等效电路R1R2Arduino之旋钮ArduinoUno引脚电位器引脚5VVCCGNDGNDA0OUT

电位器的接线方式Arduino之旋钮旋转编码器旋转编码器电路原理Arduino之旋钮ArduinoUno引脚旋转编码器引脚5VVCCGNDGNDD2CLK（Clock时钟）D3DT（Data数据）D4SW

(按钮开关)

旋转编码器的接线方式Arduino之旋钮代码-读取旋转编码器定义连接引脚启动串口通讯当前的旋转编码器读数＞先前数据→CW。当前的旋转编码器读数＜先前数据→CCWArduino之旋钮读取旋转编码器：串行显示器输出结果Arduino之旋钮读取旋转编码器：串行显示器输出结果Arduino之LED点阵电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵1(+)Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵1(+)0(-)Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵1(+)0(-)Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵1(+)0(-)Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)1(+)1(+)1(+)1(+)1(+)1(+)1(+)1(+)Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)1(+)1(+)1(+)1(+)0(-)0(-)1(+)0(-)Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)1(+)1(+)1(+)1(+)0(-)0(-)1(+)0(-)1(+)Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)1(+)1(+)1(+)1(+)0(-)0(-)1(+)0(-)0(-)Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)1(+)1(+)1(+)1(+)0(-)0(-)1(+)0(-)Arduino之LED点阵LED点阵介绍共阳LED点阵0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)0(-)1(+)1(+)1(+)1(+)0(-)0(-)1(+)0(-)1(+)Arduino之LED点阵使用ArduinoUno点亮一个8×8的LED点阵不同点阵屏封装不同，8×8点阵内部结构、管脚定义图如下：8x8内部结构点阵管脚定义Arduino之LED点阵使用ArduinoUno点亮一个8×8的LED点阵根据点阵屏管脚定义，下表为引脚连接表（行H列L）及原理图行点阵屏开发板列点阵屏开发板H11310L196H2316L21411H3417L385H4107L4129H563L5114H6118L674H71512L7215H81613L852Arduino之LED点阵使用ArduinoUno点亮一个8×8的LED点阵连接开发板，设置好对应端口号和开发板类型，进行程序下载。程序下载及实物连接图如下所示：Arduino之LED点阵使用ArduinoUno点亮一个8×8的LED点阵实验现象：LED点阵屏点亮然后熄灭，然后逐列、逐行点亮。通过两个for循环嵌套来进行操作，外部循环控制列，内部循环遍历行，或者外部循环控制行，内部循环遍历列。当逐行或者逐列扫描足够快的时候，人眼就会因视觉暂存而看到动态点亮的画面。Arduino之LCD显示电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心杨彬young_being@LCD屏基本概念Arduino之LCD由灰色的排列，非常小的灰色像素组成根据分辨率可分为1602、2004、12864等规格低电压、低功耗、平板结构、显示信息大、寿命长等特点LCD1602引脚介绍Arduino之LCD注：VDD要求4.5-5.5V，所有数据口均为5VTTL电平。LCD1602引脚介绍Arduino之LCD注：VDD要求4.5-5.5V，所有数据口均为5VTTL电平。RS端口高代表数据选择、低代表指令选择LCD1602引脚介绍Arduino之LCD注：VDD要求4.5-5.5V，所有数据口均为5VTTL电平。RS端口高代表数据选择、低代表指令选择RW端高代表写数据/指令，低代表读数据指令LCD1602引脚介绍Arduino之LCD注：VDD要求4.5-5.5V，所有数据口均为5VTTL电平。RS端口高代表数据选择、低代表指令选择RW端高代表写数据/指令，低代表读数据指令E端口为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令LCD1602指令码Arduino之LCD根据需求写入不同指令或者数据LCD1602指令码Arduino之LCD根据需求写入不同指令或者数据指令主要用于设置光标、显示模式等LCD1602指令码Arduino之LCD根据需求写入不同指令或者数据指令主要用于设置光标、显示模式等数据则会被显示在屏幕上LCD1602地址映射Arduino之LCD00~0F第一行，40~4F为第二行LCD1602地址映射Arduino之LCD00~0F第一行，40~4F为第二行10~27和50~67为缓冲区LCD1602地址映射Arduino之LCD00~0F第一行，40~4F为第二行10~27和50~67为缓冲区指令格式为：0X80+地址码LCD1602写操作时序Arduino之LCD1.将RS端配置为数据/指令选择，即高/低电平digitalWrite（rs,HIGH/LOW）LCD1602写操作时序Arduino之LCD1.将RS端配置为数据/指令选择，即高/低电平digitalWrite（rs,HIGH/LOW）2.将RW控制端配置为写操作，即低电平digitalWrite（rw,LOW）LCD1602写操作时序Arduino之LCD1.将RS端配置为数据/指令选择，即高/低电平digitalWrite（rs,HIGH/LOW）2.将RW控制端配置为写操作，即低电平digitalWrite（rw,LOW）3.将数据或命令送达数据线上LCD1602写操作时序Arduino之LCD1.将RS端配置为数据/指令选择，即高/低电平digitalWrite（rs,HIGH/LOW）2.将RW控制端配置为写操作，即低电平digitalWrite（rw,LOW）3.将数据或命令送达数据线上4.给E端口一个高脉冲，将命令或数据送至液晶显示屏digitalWrite（en,HIGH）ArduinoLiquidCrystal库函数Arduino之LCD定义LCD接口——LCD=LiquidCrystal(rs,en,d4,d5,d6,d7)ArduinoLiquidCrystal库函数Arduino之LCD定义LCD接口——LCD=LiquidCrystal(rs,en,d4,d5,d6,d7)LCD.begin(16,2) //指定显示屏为16列*2行LCD.clear() //清除LCD屏幕上的内容，并将光标置于左上角LCD.setCursor(3,1) //将光标设置在第二行第四列处LCD.write(0) //向当前光标处写入数字0LCD.print(“helloworld”)//在当前光标处显示字符串Arduino之LCDLCD显示实验电路连接Arduino之LCDLCD显示实验电路连接Arduino之LCD程序内容Arduino之LCD程序内容Arduino之LCD程序内容Arduino之LCD程序内容Arduino之LCD程序内容Arduino之模拟IO电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之模拟IO数字IO与模拟IO的区别数字IO只有High、Low两种状态以ArduinoUNO5V参考电压为例High-5V高电平Low–0V低电平模拟IO是0-5V之间的任意值Arduino之模拟IO数字IO与模拟IO的区别数字IO口可设定输入输出模拟IO口的输入输出是固定的以ArduinoUNO为例A0-A5为模拟IO输入口3,5,6,9,10,11为模拟IO输出口模拟IO输入模拟IO输出Arduino之模拟IO模拟IO的输入模拟IO的输入引脚带有10bitADC0-5V模拟电压0-1023整数0V0;5V1023;analogRead(pin)函数pin为被读取的引脚编号pin必须为模拟IO的输入引脚读取pin的输入电压并转换为数字信号返回数字信号，即0-1023之间的整数

analogRead(A0):读入引脚A0的模拟电压，转化为数字信号Arduino之模拟IO模拟IO的输出模拟IO输出没有DAC功能脉冲宽度调制PWM通过数字方式获得模拟结果的技术表现为占空比可变的脉冲矩形波Arduino的PWM周期约为2ms注意:PWM是数字信号，仅有0和1两种状态Arduino之模拟IOLED亮灯实验视觉暂留效应占空比为1LED100%亮度5V模拟电压

占空比为0.5LED50%亮度2.5V模拟电压

Arduino之模拟IO模拟IO的输出通过输出PWM达到模拟信号的效果analogWrite(pin,value)函数pin为模拟IO输出引脚value控制PWM占空比，取值范围0-2550%占空比value=050%占空比value=127100%占空比value=255

Arduino之模拟IO1.读取引脚A0的模拟输入电压2.将数值0-1023等比映射至0-2553.在9号引脚输出PWM波控制LED亮度LED亮灯实验代码Arduino之模拟IOLED亮灯实验实验流程analogRead函数读取模拟输入值map函数：0-10230-255analogWrite函数输出PWM波控制LEDArduino之摇杆电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之摇杆双轴按键摇杆模块也叫游戏摇杆、控制杆传感器，经常用作航模遥控，游戏手柄。摇杆模块由两个高精度电位计和一个按键开关构成，用于控制键盘等，可以自由地控制方向。Arduino之摇杆工作原理拨动摇杆,阻值发生变化，对应的X/Y电压值也发生变化，而用力按下摇杆就会触发按键按下，对应的SW信号变为低电平。GND：接地VCC：供电VRx：X轴电压Vry：Y轴电压SW：Z轴开关Arduino之摇杆电路连接Arduino之摇杆代码编写启用上拉电阻、初始化串口模拟读取X轴电压模拟读取Y轴电压读取Z轴开关状态Arduino之PWM电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之PWMPWM简介脉冲宽度调制PWM通过数字方式获得模拟结果的技术在时域上表现为高低变化的矩形脉冲PWM是数字信号，仅有0/1两种状态Arduino之PWMPWM参数幅度以ArduinoUNO为例1代表5V高电平0代表0V低电平周期Arduino的PWM周期约为2ms占空比脉冲宽度占整个周期百分比占空比为1，保持高电平占空比为0.5，高低电平均匀切换Arduino之PWMArduino输出PWM输出引脚只有模拟IO可以输出PWM信号analogWrite(pin,value)函数pin为模拟IO输出引脚value控制占空比，取值范围0-2550%占空比，value=050%占空比，value=127100%占空比，value=255PWM应用-SPWM用等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波将正弦波在时域等间隔划分，脉冲宽度按正弦规律变化正弦波幅度为0时，脉冲占空比为0；幅度为1时，占空比为1Arduino之PWMPWM应用-SPWM根据面积等效原理，SPWM的平均电压接近正弦曲线脉冲越精确，切换频率越高，曲线越平滑Arduino之PWMArduino之蜂鸣器电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之蜂鸣器蜂鸣器计算机行业（主板蜂鸣器）打印机（控制板蜂鸣器）报警器（警报蜂鸣器）电子玩具（音乐蜂鸣器）汽车电子（车载蜂鸣器）……Arduino之蜂鸣器蜂鸣器分类——构造方式压电式蜂鸣器、电磁式蜂鸣器Arduino之蜂鸣器蜂鸣器分类——驱动方式有源蜂鸣器、无源蜂鸣器Arduino之蜂鸣器有源蜂鸣器引脚长度不同，塑封无源蜂鸣器引脚长度相同，能够看到电路板有源蜂鸣器无源蜂鸣器Arduino之蜂鸣器Tone(pin,frequency,duration)pin：输出引脚Frequency：输出频率（单位Hz）Duration：声音持续时间（单位ms）noTone(pin)pitches.hArduino之蜂鸣器电路连接——无源蜂鸣器Arduino之蜂鸣器代码编写——无源蜂鸣器不同音调对应的频率乐谱的音调乐谱的节拍控制程序Arduino之电机电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之电机电机简介电机又称电动机、马达实现电能转换和传递的电磁装置产生驱动转矩，作为机械的动力源电机的分类工作电源：直流、交流、交直流电机用途：直流电机、伺服电机、步进电机Arduino之电机SG90电机简介伺服电机工作在直流电压下工作原理将电压信号转换为转矩和转速内置电路对输出轴进行角度反馈可以控制模型运行方向，又称舵机Arduino之电机SG90电机工作原理角度控制线脉冲宽度决定输出轴的角度以180°舵机为例1.5ms脉冲长度90°(中性位置)小于1.5ms更接近0°大于1.5ms更接近180°脉冲宽度不变转轴角位置不变

长度可变的脉冲信号：PWM波Arduino之电机直流电机工作原理正负极两根引线连接电源，电机转动引线交换，反向旋转平均电压决定转速PWM占空比越高，转速越快H桥电路无需交换引线，控制旋转方向Q1，Q4打开，左引线接电源Q2，Q3打开，右引线接电源电机正转电机反转Arduino之电机PWM简介脉冲宽度调制PWM表现为占空比可变的脉冲矩形波通过数字方式获得模拟结果的技术Arduino的PWM周期约为2msanalogWrite(pin,value)函数pin为模拟IO输出引脚value控制占空比，取值范围0-255注意:PWM是数字信号，仅有0和1两种状态Arduino之电机电机控制实验实验器材ArduinoUNO开发板电位器SG90舵机面包板以及杜邦线若干电路连接电机VCC接5V直流电电位器输出接模拟输入A0引脚电机输出轴接数字IO7号引脚Arduino之电机1.读取引脚analogPin的模拟输入电压2.将数值0-1023等比映射至0-2553.在7号引脚输出PWM波控制电机角度电机控制实验代码Arduino之电机电机控制实验实验流程电位器控制输入电压值analogRead函数读取模拟输入值map函数：0-10230-255analogWrite函数输出PWM波控制电机Arduino之电机电机控制实验实验结果电位器控制模拟输入电压Arduino等比例输出PWM波PWM波占空比改变电机角度改变

Arduino之传感器电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之传感器Arduino作品组成模块实现功能传感器传感器(transducer/sensor)是能够检测外部物理量变化的装置。器件参数测量范围温度：0~50℃湿度：20%~90%RH误差温度：±2℃湿度：±5%RHRelativeHumidity:相对湿度DHT11温湿度传感器器件管脚①:VDD

给DHT11供电②:DATA

数据传输

通讯同步③:NC

悬空④:GND

接地DHT11温湿度传感器①②③④DHT11温湿度传感器DHT11内部结构电阻式测湿元件湿度越高，电极间的电阻越小DHT11温湿度传感器DHT11内部结构NTC测温元件温度越高，电极间的电阻越小DHT11温湿度传感器DHT11内部结构高性能8位单片机模数转换输出带有温湿度的数字信号DHT11数据传输原理采用单总线协议与单片机通信DHT11温湿度传感器DHT11数据传输原理单片机发送开始信号DHT11温湿度传感器单片机发送开始信号DHT11数据传输原理DHT11传输数据8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和DHT11温湿度传感器DHT11传输数据DHT11温湿度传感器DHT11与Arduino连接VDD连接至3.3V电源口DATA连接到数字口的任意一个NC空接GND连接到接地口DHT11温湿度传感器DHT11程序实现添加DHT库函数用法#include<DHT.h>：加载DHT库DHTTHSensor(6,DHT11)：设置DATA连接引脚及传感器型号THSnsor.begin()：开启DHT11的数据通信THSensor.readTemperature()：读取温度数据THSensor.readHumidity()：读取湿度数据Arduino之超声波测距电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之超声波测距0Tt距离(s)=声速(v)

×时间(T)/2距离(s)Arduino之超声波测距超声波模块性能参数：使用电压：DC5V

静态电流：小于2mA

高电平输出：+5V

低电平输出：0V

感应角度：不大于15度 探测距离：2cm-450cm

精度：0.3cm引脚定义：Vcc：5V供电端

Trig：触发信号端

Echo：回响信号输出端

Gnd：供电接地端Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距距离(s)=高电平持续时间(T)×声速(v)

/2Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距pulseln():检测引脚的高低电平的脉冲宽度说明：读取引脚上脉冲信号（高电平或低电平）的宽度。语法：pulseln(pin,value);

pulseln(pin,value,timeout);

参数pin:要读取脉冲宽度的引脚序号

参数value:要读取宽度的脉冲的形式，高/低电平脉冲参数timeout:超时时间，Arduino在超时时间timeout内没有读到

脉冲信号，则该函数返回值为0返回值：

脉冲持续时间长，时间单位为微秒Arduino之超声波测距高级IO控制tone()：产生固定频率的方波noTone()：停止tone()触发产生的方波pulseIn():检测引脚脉冲宽度Arduino之超声波测距tone():产生固定频率的方波说明：

产生固定频率的方波（占空比为50%），用来控制蜂鸣器等进行

发声语法：tone(pin,frequency);tone(pin,frequency,duration);

参数pin:要输出方波（发声）的引脚序号

参数frequency:输出方波（发声）的频率，单位为Hz

参数duration:输出方波（发声）的时长，单位为微秒返回值：无返回值Arduino之超声波测距noTone():停止tone()触发产生的方波输出说明：

用来停止函数tone()产生的方波输出

（注：如果需要多个引脚发声，需要在调用函数tone()之前，通

过调用noTone()停止当前的发声）语法：noTone(pin);

参数pin：要停止tone()方波（发声）的引脚序号返回值：无返回值Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距Arduino之超声波测距

≈双程时间（us）/58.8超声波测距原理距离（cm）=（双程时间（us）/1000000）×速度（340m/s）/2×100Arduino之时钟芯片DS1302电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之时钟芯片DS1302Arduino时钟芯片DS1302内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息通过串行三线接口与单片机通信功耗低设置时间读取时间器件管脚①主电源供电电压2.0~5.5V②32.768KHz

晶振管脚③同②④接地管脚Arduino之时钟芯片DS1302⑤复位管脚⑥数据输入/输出引脚⑦串行时钟⑧备用电源Arduino之时钟芯片DS1302DS1023的地址字节（控制字节）控制字节总是从最低位开始传输位6：操作的寄存器是RAM(取1)或时钟寄存器(取0)位0：进行读(取1)或写(取0)操作操作单元地址Arduino之时钟芯片DS1302

地址字节数据字节Arduino之时钟芯片DS1302

地址字节数据字节Arduino之时钟芯片DS1302DS1302内部寄存器寄存器名称READWRITEBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0RANGE秒寄存器81h80hCH10SecondsSeconds00-59分寄存器83h82h10MinutesMinutes00-59小时寄存器85h84h010HourHour1-12/

0-23日寄存器87h86h0010DateDate1-31月寄存器89h88h00010MonthMonth1-12星期寄存器8Bh8Ah00000Day1-7年寄存器8Dh8Ch10YearYear00-99写保护寄存器8Fh8EhWP0000000-Arduino之时钟芯片DS1302DS1302时钟模块与Arduino连接VCC连接至3.3V或5V电源口CLK、DAT、RST连接到数字口的任意一个GND连接到接地口Arduino之时钟芯片DS1302库函数安装Arduino之时钟芯片DS1302程序实现引脚设置初始化主体程序ThreeWiremyWire(4,5,2);RtcDS1302<ThreeWire>Rtc(myWire);Serial.begin(57600);Rtc.Begin();voidloop(){RtcDateTimenow=Rtc.GetDateTime();printDateTime(now);delay(10000);}Arduino之运动传感器MPU6050电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心杨

彬Arduino之运动传感器MPU6050MPU6050介绍全球首例整合性6轴运动处理组件集成了三轴加速度计、三轴陀螺仪，以及一块可扩展的数字运动处理器DMP免除了组合陀螺仪与加速度计时间轴之差的问题减少了大量的封装空间Arduino之运动传感器MPU6050运动传感器应用场景平衡车无人机智能手机手势遥控(VR)惯导电子稳像、光学稳像Arduino之运动传感器MPU6050MPU6050介绍MPU6050模块引脚：VCC：5V供电端GND：供电接地端SCL：IIC通信协议的时钟线SDA：IIC通信协议的数据线XDA：连接外部传感器的IIC数据线XCL：连接外部传感器的IIC时钟线AD0：IIC从地址最低位INT：用于中断模块运行Arduino之运动传感器MPU6050MPU6050介绍通过IIC通信协议进行数据传输三轴陀螺仪→16位三轴角速度数据→俯仰角、横滚角、偏航角→姿态三轴加速度计→16位三轴加速度数据→三轴速度、位移→位置Arduino之运动传感器MPU6050MPU6050主要寄存器介绍0x1A:ConfigurationArduino之运动传感器MPU6050MPU6050主要寄存器介绍0x1B:GyroscopeConfigurationArduino之运动传感器MPU6050MPU6050主要寄存器介绍0x1C:AccelerometerConfigurationArduino之运动传感器MPU6050MPU6050主要寄存器介绍0x3B-0x40:AccelerometerMeasurements

Arduino之运动传感器MPU6050MPU6050主要寄存器介绍0x43-0x48:GyroscopeMeasurements

Arduino之运动传感器MPU6050IIC通信协议介绍I2C总线具有两根双向信号线，一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCLIIC总线上可以挂很多设备：多个主设备，多个从设备（外围设备）每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址Arduino之运动传感器MPU6050IIC通信协议介绍时序介绍Arduino之运动传感器MPU6050Arduino控制MPU6050MPU6050模块与Arduino开发板连接方式：VCC→开发板5V电源端GND→开发板接地端SCL→开发板A5端口SDA→开发板A4端口Arduino之运动传感器MPU6050Arduino控制MPU6050Arduino自带Wire库函数介绍Arduino之运动传感器MPU6050Arduino控制MPU6050配置滤波器配置角速度量程配置加速度量程读取三轴加速度数据读取三轴角速度数据打印信息MPU6050在IIC总线中的地址一般为0x68Arduino之运动传感器MPU6050Arduino控制MPU6050Arduino之蓝牙模块电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之蓝牙蓝牙简介一种短距离无线通讯技术无线电波替换电缆蓝牙技术具备成本低、功耗低、体积小、通信距离短等技术特性“蓝牙”技术的目的是使特定的移动电话、便携式电脑以及各种便携式通信设备的主机之间在近距离内实现无缝的资源共享Arduino之蓝牙模块参数特点引出接口包括：VCC——电源GND——地TXD——蓝牙模块信息发送端RXD——蓝牙模块信息接收端EN——使能端，当此引脚悬空或连接到3.3V时，模块使能。如果此引脚连接到GND，模块将被禁用STATE——状态输出脚，当模块未连接到任何设备时，此引脚为低电平；当模块成功配对时，此引脚为高电平，单片机可通过该脚判断蓝牙是否已经连接BT04A实物图Arduino之蓝牙模块参数特点发射功率：4dBm最大通信距离：10m板载LED灯指示蓝牙连接状态，闪烁表示没有蓝牙连接，常亮表示蓝牙已连接并打开了端口工作电压3.6~6V，通信电平3.3V，未配对时电流约30mA，配对后约10mA在未建立蓝牙连接时，支持通过AT指令设置波特率、名称、配对密码，设置的参数掉电保存，蓝牙连接之后自动切换到透传模式BT04A实物图Arduino之蓝牙模块蓝牙模块与Arduino连接硬件准备BT04A蓝牙模块ArduinoUNO开发板烧写线杜邦线电路连接VCC→Arduino的5VGND→Arduino的GNDTXD→Arduino的D3RXD→Arduino的D2Arduino之蓝牙模块蓝牙模块与Arduino连接线路连接成功后，蓝牙模块板载LED闪烁：蓝牙配对成功后，蓝牙模块板载LED常亮：Arduino之蓝牙模块Arduino通过蓝牙模块与安卓手机通信首先安装手机APP，有多种选择，大家可以根据自己的喜好下载，这里我们以Arduinobluetoothcontroller为例（下方提供了安装包）Arduinobluetoothcontroller下载：Arduino之蓝牙模块Arduino通过蓝牙模块与安卓手机通信程序说明Arduino之蓝牙模块Arduino通过蓝牙模块与安卓手机通信手机与蓝牙模块配对：打开Arduinobluetoothcontroller选择”BT04A”进行配对输入配对密码‘1234’选择’Controllermode’Arduino之蓝牙模块Arduino通过蓝牙模块与安卓手机通信步骤三：蓝牙连接点击右上角“设置”选项把前后左右四个按钮的值分别设置为：f，b，l，rArduino之蓝牙模块Arduino通过蓝牙模块与安卓手机通信演示效果：Arduino之GSM模块电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心Arduino之GSMArduinoGSM全球移动通信系统(GlobalSystemforMobileCommunications)主要采用TDMA（时分多址）和FDMA（码分多址）第二代（2G）移动电话系统Arduino之GSM模块ArduinoGSM模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能GSM模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部简易手机可使用单片机通过串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能SIM868SIM800CSIM900ArduinoGSMshieldArduino之GSM模块ArduinoGSM库ArduinoIDE的版本需要为1.0.4及其之后的版本使用的GSM模块需为ArduinoGSMshield使用时需要加上头文件:

#include<GSM.h>该函数库能够执行GSM电话的大部分操作：拨打和接收语音呼叫、发送和接收短信，以及通过GPRS网络连接到互联网ArduinoGSMshieldArduino之GSM模块ArduinoGSM库由于该库能够实现多种类型的功能，因此其分为许多不同的类GSM类负责无线电调制解调器的命令，并在GSM基础设施中注册系统，所有GSM/GPRS项目都需要包括此类的对象，如GSM

gsmacss·gsmacss.begin()连接到SIM卡上标识的GSM网络·gsmacss.shutdown()关闭调制解调器，与GSM网络断开连接GSMVoiceCall类负责语音呼叫处理，如GSMVoiceCallvcs

·vcs.ready()返回语音命令的执行状态·vcs.voiceCall(phoneNumber)拨打电话·vcs.hangCall()挂断电话Arduino之GSM模块ArduinoGSM库GSM_SMS类负责管理发送/接收短信，如GSM_SMSsms·sms.beginSMS(phonenumber)识别要发送短信的电话号码·sms.print(message)编辑需要发送的短信内容·sms.endSMS()通知调制解调器短信已编辑完成并将其发送出去GPRS类用于连接到互联网GSMClient类包括针对客户端的实现，类似于以太网和WIFI库GSMSever类包括类似于以太网和WiFi库的服务器实现一些其他的类：GSMModem、GSMScanner、GSMPIN、GSMBand等Arduino之GSM模块ArduinoSIM800C开发板SIM800C开发板工作频率为850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输通过AT命令控制

，如：·AT查询是否与模块建立连接·AT+CSQ查询信号强度·AT+CPIN?查询是否检测到SIM卡·AT+COPS?查询SIM卡运营商

·……Arduino之GSM模块ArduinoSIM800C开发板SIM800C开发板两个LED指示灯：一个是网络指示灯，一个电源指示灯。

·电源指示灯通电后常亮·网络指示灯快闪（1秒灭1秒亮），表示该模块正在运行，但尚未建立与蜂窝网络的连接

·2秒灭1秒亮→请求的GPRS数据连接已激活·3秒灭1秒亮→模块与蜂窝网络建立了联系，可以发送/接收语音/SMS

使用Arduino和SIM800CGSM模块进行电话呼叫实验材料ArduinoUNO开发板SIM800CGSM模块杜邦线烧写线SIM卡usb线（GSM模块供电）实验使用Arduino和SIM800CGSM模块进行电话呼叫电路连接Usb线接SIM800C模块micro-b口供电这里我们通过SoftwareSerial库使用D2、D3引脚来模拟串口通信实验SIM800C模块ArduinoUNOUART的RXDD2UART的TXDD3UART的VMCU5VUART的GNDGND使用Arduino和SIM800CGSM模块进行电话呼叫程序说明实验使用Arduino和SIM800CGSM模块进行电话呼叫实验效果

实验单片机之简介电子信息工程学院空天电子信息国家级实验教学示范中心空天电子信息国家级虚拟仿真实验教学中心单片机之简介Arduino模块编程应用-帮助同学快速入门，以经典系统构建为例，初步建立系统设计和创新能力。单片机结构与运行机制-帮助同学建立程序与硬件、C语言与单片机的关系，培养系统设计和实现能力。单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer）组成微型计算机的各功能部件中央处理单元（CPU）、一定容量的随机存储器(RAM）和只读存储器(ROM)、IO接口电路、定时器/计数器以及串行口等制作在一块芯片中的计算机。微控制器MCU(MicroControllerUnit)特点：结构简单、控制功能强、可靠性