# 第3周：Arduino基础语法与编程 - 讲义 ## 教学目标 | 目标 | 内容 | |-----|------| | 知识目标 | 掌握Arduino语法、数据类型、条件判断、循环、数组、函数 | | 能力目标 | 能够编写循迹小车控制程序 | | 情感目标 | 建立"编程不难，我可以写出来"的信心 | --- ## 课程导入（10分钟） ### 3.1 开场Demo设计 **Demo名称：循迹小车走迷宫** **演示流程：** 1. 播放视频：Arduino循迹小车在黑线轨道上自动行走 2. 讲解：小车是怎么"看见"黑线的 3. 引导：这节课学完，你们也能写出来 **引导语：** > "同学们，刚才看到的小车会自动沿着黑线走，不会跑偏。它是怎么知道黑线在哪里的？今天学完Arduino语法，你们就能理解了。" --- ## 原理讲解（40分钟） ### 3.2 循迹原理 #### 3.2.1 红外传感器 ``` 发射器发出红外光： - 照到白纸：光被反射 → 接收器收到 → 输出LOW - 照到黑线：光被吸收 → 接收器没收到 → 输出HIGH ``` #### 3.2.2 循迹逻辑 | 左传感器 | 右传感器 | 小车动作 | |---------|---------|---------| | 白 | 白 | 直行 | | 黑 | 白 | 右转（修正偏左） | | 白 | 黑 | 左转（修正偏右） | | 黑 | 黑 | 停止（终点） | --- ### 3.3 Arduino程序结构 #### 3.3.1 两个核心函数 ```cpp void setup() { // 只执行一次 // 放初始化代码：引脚模式、串口通信等 } void loop() { // 无限循环 // 放主要逻辑：读取输入、处理、控制输出 } ``` **类比：** - setup() = 起床穿衣 - loop() = 一天的活动（重复） --- ### 3.4 数据类型 | 类型 | 说明 | 示例 | |-----|------|------| | int | 整数 | `int count = 0;` | | float | 浮点数 | `float temp = 25.5;` | | bool | 布尔值 | `bool flag = true;` | | char | 字符 | `char grade = 'A';` | | String | 字符串 | `String name = "Li";` | **ESP32常用：** - 整数用 `int` 或 `long` - 小数用 `float`（精度足够） --- ### 3.5 运算符 #### 3.5.1 算术运算符 | 符号 | 说明 | |-----|------| | + | 加 | | - | 减 | | * | 乘 | | / | 除 | | % | 取余 | #### 3.5.2 比较运算符 | 符号 | 说明 | |-----|------| | == | 等于 | | != | 不等于 | | > | 大于 | | < | 小于 | | >= | 大于等于 | | <= | 小于等于 | #### 3.5.3 逻辑运算符 | 符号 | 说明 | |-----|------| | && | 逻辑与 | | \|\| | 逻辑或 | | ! | 逻辑非 | --- ### 3.6 条件判断 #### 3.6.1 if语句 ```cpp if (条件) { // 条件成立时执行 } if (条件) { // A } else { // B } if (条件1) { // A } else if (条件2) { // B } else { // C } ``` #### 3.6.2 循迹小车应用 ```cpp int leftSensor = digitalRead(LEFT_PIN); int rightSensor = digitalRead(RIGHT_PIN); if (leftSensor == LOW && rightSensor == LOW) { // 两边都在黑线上，停止 motorStop(); } else if (leftSensor == HIGH) { // 左边在黑线上，右转 motorRight(); } else if (rightSensor == HIGH) { // 右边在黑线上，左转 motorLeft(); } else { // 其他，直行 motorForward(); } ``` --- ### 3.7 循环语句 #### 3.7.1 for循环 ```cpp // 格式：for(初始化; 条件; 更新) for (int i = 0; i < 10; i++) { // 重复10次 } // 示例：LED闪烁10次 for (int i = 0; i < 10; i++) { digitalWrite(LED, HIGH); delay(500); digitalWrite(LED, LOW); delay(500); } ``` #### 3.7.2 while循环 ```cpp // 条件满足时循环 while (条件) { // 重复执行 } // 示例：等待按键按下 while (digitalRead(BUTTON) == HIGH) { delay(10); // 等待 } // 按下后继续执行 ``` #### 3.7.3 do-while循环 ```cpp // 先执行一次，再判断条件 do { // 执行一次 } while (条件); ``` --- ### 3.8 数组 #### 3.8.1 声明和使用 ```cpp // 声明并赋值 int leds[3] = {2, 3, 4}; // 访问元素 leds[0] = 2; // 第1个元素 leds[1] = 3; // 第2个元素 leds[2] = 4; // 第3个元素 ``` #### 3.8.2 流水灯应用 ```cpp int leds[3] = {2, 3, 4}; void setup() { for (int i = 0; i < 3; i++) { pinMode(leds[i], OUTPUT); } } void loop() { for (int i = 0; i < 3; i++) { digitalWrite(leds[i], HIGH); delay(200); digitalWrite(leds[i], LOW); } } ``` --- ### 3.9 函数 #### 3.9.1 定义格式 ```cpp 返回类型 函数名(参数1, 参数2, ...) { // 函数体 return 结果; } // 示例 int add(int a, int b) { return a + b; } // 调用 int sum = add(3, 5); // sum = 8 ``` #### 3.9.2 void类型函数 ```cpp void 函数名(参数) { // 无返回值 } // 示例 void blinkLED(int pin) { digitalWrite(pin, HIGH); delay(500); digitalWrite(pin, LOW); delay(500); } // 调用 blinkLED(2); // LED闪烁 blinkLED(3); // 另一个LED闪烁 ``` #### 3.9.3 循迹小车函数封装 ```cpp void motorForward() { digitalWrite(M1_IN1, HIGH); digitalWrite(M1_IN2, LOW); digitalWrite(M2_IN1, HIGH); digitalWrite(M2_IN2, LOW); } void motorBack() { digitalWrite(M1_IN1, LOW); digitalWrite(M1_IN2, HIGH); digitalWrite(M2_IN1, LOW); digitalWrite(M2_IN2, HIGH); } void motorLeft() { digitalWrite(M1_IN1, LOW); digitalWrite(M1_IN2, LOW); digitalWrite(M2_IN1, HIGH); digitalWrite(M2_IN2, LOW); } void motorRight() { digitalWrite(M1_IN1, HIGH); digitalWrite(M1_IN2, LOW); digitalWrite(M2_IN1, LOW); digitalWrite(M2_IN2, LOW); } void motorStop() { digitalWrite(M1_IN1, LOW); digitalWrite(M1_IN2, LOW); digitalWrite(M2_IN1, LOW); digitalWrite(M2_IN2, LOW); } ``` --- ## 实验操作（30分钟） ### 3.10 实验3 - Arduino编程实践 #### 任务1：SOS求救信号 ```cpp const int LED = 2; void setup() { pinMode(LED, OUTPUT); } void shortFlash() { digitalWrite(LED, HIGH); delay(200); digitalWrite(LED, LOW); delay(200); } void longFlash() { digitalWrite(LED, HIGH); delay(600); digitalWrite(LED, LOW); delay(200); } void loop() { // S: 三短 for (int i = 0; i < 3; i++) shortFlash(); delay(500); // O: 三长 for (int i = 0; i < 3; i++) longFlash(); delay(500); // S: 三短 for (int i = 0; i < 3; i++) shortFlash(); delay(2000); // 2秒后重复 } ``` #### 任务2：按键控制LED（带消抖） ```cpp const int LED = 2; const int BUTTON = 0; bool ledState = false; void setup() { pinMode(LED, OUTPUT); pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP); } void loop() { if (digitalRead(BUTTON) == LOW) { delay(10); // 消抖 if (digitalRead(BUTTON) == LOW) { ledState = !ledState; digitalWrite(LED, ledState ? HIGH : LOW); while (digitalRead(BUTTON) == LOW); // 等待松开 } } } ``` --- ## 课堂总结 ``` ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 第3周要点速记 │ ├─────────────────────────────────────────────────────────┤ │ │ │ 📌 Arduino程序结构： │ │ setup() = 初始化（只执行一次） │ │ loop() = 主循环（无限执行） │ │ │ │ 📌 数据类型：int, float, bool, String │ │ │ │ 📌 条件判断：if / else if / else │ │ │ │ 📌 循环语句：for(已知次数) / while(条件循环) │ │ │ │ 📌 数组：存储多个同类型数据 │ │ │ │ 📌 函数：代码复用，提高可读性 │ │ │ └─────────────────────────────────────────────────────────┘ ``` --- ## 下周预告 **第4周：通信接口 - UART与I2C** **开场Demo：传感器数据上云** --- **讲义版本**: v1.0 **更新日期**: 2026-04-10 **授课教师**: 李茂奎老师