本节书摘来自华章计算机《Arduino开发实战指南：LabVIEW卷》一书中的第2章，第2.2节,作者：余崇梓著， 更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

2.2　Arduino程序结构及基本函数

2.2.1　Arduino程序结构

Arduino编程语言的基本结构非常简单，包含至少两个部分或者叫两个函数。其他语句及函数都被包括在这两个不可或缺的函数中。代码清单2-1：Arduino程序结构

void setup()                                //setup函数{   statements;}Void loop()                                 // loop函数{   statements;}

setup函数负责准备工作，loop函数负责执行。两个函数都是程序正常运行所必需的

部分。setup函数跟随在程序最开始的变量声明之后，它是程序运行的第一个函数，只运行一次，主要用来设置端口模式（pinMode）或者初始化串口通信。setup函数只在程序开始的时候调用一次，用它来初始化端口模式，或者开始串口通信。即使程序中没有实际要运行的语句也需要有setup函数。代码清单2-2：setup函数结构

void setup(){      pinMode(pin,OUTPUT);    //设置“pin”为输出端口}

loop函数跟随其后，主要包含将连续执行的代码，比如：读取（输入）、触发（输出）等。这个函数是所有Arduino程序的核心，它包含了大量的程序任务，使程序能够控制Arduino板。

代码清单2-3：loop函数结构

void loop(){     digitalWrite(pin,HIGH);  // 将“pin”置高电平     delay(1000);             // 保持1s     digitalWrite(pin,LOW);   // 将“pin”置低电平     delay(1000);             // 保持1s}

2.2.2　Arduino数据类型及运算符

Arduino IDE 开发语言使用的是C语言，所以Arduino的数据类型及运算符同基本C语言一样，这里进行简单介绍。1．数据类型1）整型整型数据分为短整型和长整型，关键字分别为int和long，短整型为16位值，范围为32767～-32768；长整型为32位值，范围为2147483647～-2147483648。2）字符型字符型关键字为char。char在内存中占一个字节。3）实型（浮点型）实型数据分为单精度型和双精度型，关键字分别为float和double，float为32位值，范围为3.4E+38～-3.4E+38；double为64位值，范围为1.7E+308～-1.7E+308。4）枚举型枚举型关键字为enum。2．常量常量为程序运行中值不能改变的量。如：-1、23、'd'。常量也可以用一个标识符代表，例如：#define n30，定义n代表常量30。Arduino中有几种特别的常量。1）TRUE/FALSE常量对于布尔常量，FALSE一般定义为0；TRUE经常定义为1，有时候也定义为非0。代码清单2-4：TRUE/FALSE常量

if(b== TRUE);{     doSomething;}

2）HIGH/LOW常量

这些常量定义端口为HIGH或者LOW，经常用来读取或者写入数字端口。HIGH一般定义为逻辑值1、ON或者5V；而LOW一般定义为逻辑值0、OFF或者0V。如：digitalWrite(13,HIGH)3）INPUT/OUTPUT这些常量用在pinMode()函数中，定义端口的模式为输入或者输出。如：pinMode(13,OUTPUT);3．变量变量是一种通过命名及存储数值以便被后面程序使用的方法。下面的代码声明了一个命名为inputVariable的变量，并且将模拟输入端口2的值赋给该变量。所有的变量在使用前必须声明。

int inputVariable = 0;          //声明变量，并赋初始值为0intputVariable = analogRead(2); //将模拟输入端口2的值赋给变量

变量可以在程序最开始即void setup()之前，在某个函数内，或者某个语句(比如for语句)内声明。变量声明的地方决定了变量的作用域。

全局变量在setup()函数之前声明，这个全局变量可以被程序中的所有函数和语句使用。局部变量在函数内部或者for循环的一部分中被声明。它的作用域也只有在函数内部或者for循环内部。代码清单2-5展示了不同的变量使用情况。代码清单2-5：变量的使用

int value;            //value可以在任何函数中使用void setup(){                       //不需要setup}void loop(){      for(int i=0;i<20;)         {          i++;         //i只能在for loop中使用         }       float f;         //f只能在loop中使用}

4．运算符

运算符按照优先级顺序由上向下排列，如表2-1所示。

5．注释

在Arduino程序中有两种注释符，分别为：块注释，以“/”开头并以“/”结束的字符串，两者之间的部分为注释。行注释，使用“//”进行行注释，其后的字符串为注释。注释可以出现在程序任何位置，添加注释可以帮助理解程序。2.2.3　Arduino的控制语句Arduino程序流程控制语句也与C语言中的流程控制语句相同，这里做一下简单介绍。1．条件选择语句（1）if语句一般形式如下：

if (condition) statement;或者if (condition){     compound statement;}

if语句流程图如图2-10所示。

代码清单2-6为if语句使用示例。代码清单2-6：if语句示例

#include 
    
     #define TRUE    1#define FALSE   0main (){     int i;    if (TRUE)    {        printf ("This is always printed");    }    if (FALSE)    {        printf ("This is never printed");    }}
    

（2）if...else语句

一般形式如下：

if (condition) statement1; else statement2;或者if (condition){     statements;}else{     statements;}

if...else语句的流程图如图2-11所示。

图2-11　if...else语句的流程图

代码清单2-7：if...else语句示例

#include 
    
     main(){    int i;          scanf ("%ld",i);    if (i > 0)    {          printf ("That number was positive!");    }    else    {          printf ("That number was negative or zero!");    }}
    

（3）switch语句

一般形式为：

switch (int or char expression){   case constant expression 1 : statement 1;                   break;          /* optional */   case constant expression 2 : statement 2;                   break;          /* optional */   case constant expression n : statement n;                   break;          /* optional */   default : default statement;                   break;}

对于switch条件语句，如果找到相同的结果值则执行case内的程序语句，当执行完case语句后，并不会直接离开switch条件语句，还是会住下继续执行其他case语句和default语句，这种情形称为“失败经过”（Falling Through）现象。

因此，在每一条case语句最后，必须加上break语句来结束switch语句，才可以避免“失败经过”的情况。default语句可放在switch条件语句的任何位置，如果找不到吻合的结果值，最后会执行default语句，除非摆在最后时，才可以省略default语句内的break语句，否则还是必须加上break语句。代码清单2-8：switch语句示例

#include 
    
     main(){    for(int i=0; i<3; i++)    {         switch(i)         {              default: printf("%d", i);              case 1: printf("%d", i); break;              case 2: printf("%d", i);         }    }    return 0;}
    

2．循环语句

（1）while循环语句一般形式为：

while (condition){    statements;}

while语句的流程图如图2-12所示。

代码清单2-9：while语句示例

/* count all the spaces in an line of input */#include 
    
     main(){     char ch;    short count = 0;        printf ("Type in a line of text\n");        while ((ch = getchar()) != '\n')    {        if (ch == ' ')        {             count++;        }    }    printf ("Number of space = %d\n",count);}
    

（2）do...while语句

一般形式为：

do{    statements;}while (condition)

do...while语句的流程图如图2-13所示。

代码清单2-10：do...while语句示例

/**********************************************//* do ... while demo                          *//**********************************************/   /* print a string enclosed by quotes " " */   /* gets input from stdin i.e. keyboard  ???*/   /* skips anything outside the quotes    ???*/#include 
    
     /*************************************************//* Level 0                                       *//*************************************************/main(){     char ch,skipstring();    do    {         if ((ch = getchar()) == '"')         {               printf ("The string was:\n");               ch = skipstring();         }    }         while (ch != '\n')    {    }}/*************************************************//* Level 1                                       *//*************************************************/char skipstring () /* skip a string "" */{      char ch;          do     {          ch = getchar();          putchar(ch);                   if (ch == '\n')          {               printf ("\nString was not closed ");               printf ("before end of line\n");               break;          }     }          while (ch != '"')     {     }          return (ch);}
    

（3）for循环语句

一般形式为：

for (expression1; condition; expression2){}

for循环的流程图如图2-14所示。

代码清单2-11：for语句示例

/************************************************//* Prime Number Generator #1                    *//************************************************/   /* Check for prime number by raw number */   /* crunching. Try dividing all numbers  */   /* up to half the size of a given i, if */   /* remainder == 0 then not prime!       */#include 
    
     #define MAXINT  500#define TRUE     1#define FALSE    0/*************************************************//* Level 0                                       *//*************************************************/main(){     int i;          for (i = 2; i <= MAXINT; i++)    {          if (prime(i))          {                printf ("%5d",i);          }     }}/*************************************************//* Level 1                                       *//*************************************************/prime (i)         /* check for a prime number */int i;{      int j;          for (j = 2; j <= i/2; j++)     {          if(i%j==0)          {              return FALSE;          }     }          return TRUE;}
    

3．中断语句

（1）break语句break语句的作用是跳出整个循环。如有嵌套的循环，则跳出最近的循环体。代码清单2-12：break语句示例

/* an expensive way of assigning i to be 12 would be: */for (i = 1; i <= 20; i++){     if(i==12)     {         break;     }}/* another way of making skipgarb() */while(TRUE){     ch = getchar();     if(ch=='\n')     {         break;     }}

（2）continue语句

continue语句的作用是跳出一次循环，即忽略continue后面的其他语句，紧接着执行下一次循环。代码清单2-13：continue语句示例

/* to avoid dividing by zero */for (i = -10; i <= 10; i++){     if (i==0)     {         continue;     }     printf ("%d", 20/i);}

2.2.4　Arduino的基本函数

函数是包含一个名字和一段语句的代码，当函数被调用的时候，函数里面的语句被执行。前面已经讨论过void setup()和void loop()函数了，后面会讨论更多的函数。可以自己编写自己的函数，自定义函数格式如下：

type functionName(parameters){     statements;}

type为函数返回值类型，如果没有返回值，函数类型为void。parameters是传递给函数的参数。

“{}”用来定义函数块或语句块的开始和结束。如：

type function(){     statements;}

“；”用来结束一个语句，也用来在for循环中分隔不同的部分。

Arduino程序中有一些特定的函数，用来实现Arduino特定的操作，如下所示。（1）pinMode(pin,mode)用在void setup()函数中，用来配置某个端口为输入端口还是输出端口。

pinMode(pin,OUTPUT);            //配置"pin"为输出端口

Arduino的数字端口默认为输入，所以不需要用pinMode()函数专门配置为输入端口。被配置为输入的端口处于高阻的状态。ATmega单片机芯片内部有20 kΩ上拉电阻，可以方便地通过软件来配置。这些上拉电阻可以通过下面的方式配置：

pinMode(pin,INPUT);             //设置"pin"为输入端口digitalWrite(pin,HIGH);         //打开上拉电阻

上拉电阻一般用来连接像开关之类的输入信号。注意，在上面的例子中，并没有把端口配置为输出，而是启用了内部的上拉电阻。

配置为OUTPUT输出类型的端口处于低阻抗的状态，并能提供40mA电流给其他器件或电路。这个电流足够点亮LED，但是不足以驱动继电器、电磁铁及电机。如果Arduino的端口被短路或者电流过大，会损坏输出端口甚至损坏ATmega芯片。所以，通常在OUTPUT输出端口上串联一个470Ω或者1kΩ的电阻会比较好。（2）digitalRead(pin)读取数字端口的值，一般为HIGH或者LOW。pin可以为变量或者常量（0～13）。如：

value = digitalRead(pin);

（3）digitalWrite(pin,value)

在一个指定的端口输出逻辑HIGH或者LOW，pin可以为变量或者常量（0～13）。如：

digitalWrite(pin,HIGH);         //设置"pin"为高电平

在代码清单2-14中，按键连接到数字输入端口，LED连接到数字输出端口，当数字按键按下的时候将LED点亮。

代码清单2-14：数字输入输出示例

int led =13;int pin =7;int value =0;void setup(){      pinMode(led,OUTPUT);      pinMode(pin,INPUT);}void loop(){      value = digitalRead(pin);      digitalWrite(led,value);}

（4）analogRead(pin)

读取模拟输入端口的数值，模拟输入端口的分辨率为10位，模拟输入端口为A10～A15，函数返回值范围为0～1023。如：

value = analogRead(pin);

注意，模拟输入端口不像模拟输出端口，不需要配置为INPUT或者OUTPUT。

（5）analogWrite（pin,value）使用带有PWM硬件功能的输出端口产生类似于模拟值的PWM信号。这个函数可以在数字端口3、5、6、9、10、11使用。value数值可以为变量或者常量（0～255）。如：

analogWrite(pin,value);

如果value为0，那么在相应的端口，电压一直保持为0V；如果value为255，那么相应端口的电压一直保持为5V；如果vaule为64，那么端口电压将保持3/4时间为0V，1/4时间为5V；如果value为192，那么端口电压将保持1/4时间为0V，3/4时间为5V。

由于这是一个硬件功能，当analogWrite()被调用后，端口将始终保持稳定的波形，直至下次调用。在代码清单2-15中，读取模拟输入端口的值，将该值除以4，并将结果通过PWM输出端口输出。代码清单2-15：模拟采集示例

int led = 10;int pin = 0;int value;void setup(){}void loop(){value = analogRead(pin);value /= 4;analogWrite(led,value);}

（6）delay(ms)

暂停程序等待设定的毫秒数，1000代表1000ms，即1s。如：delay(1000);//等待1s（7）millis()返回Arduino板开始运行当前程序至今的毫秒数（时间），返回值为无符号长整型。如：value = millis();注意，这个返回值在9小时后可能溢出（重置为0）。（8）min(x,y)比较两个值的大小，返回较小的值。如：value = min(value,100);（9）max(x,y)比较两个值的大小，返回较大的值。如：value = max(value,100);（10）randomSeed(seed)设定一个值，或者种子，作为随机数函数的起始值。（11）randomSeed(value);Arduino只能产生伪随机数。seed可以是一个变量、函数返回值（millis()）或者模拟端口采集的数值。（12）random(min,max)random函数允许返回设定的在最小值和最大值之间的伪随机数。如：vaule = random(100,200); //设置value为在100～200范围内的一个随机数注意，该函数需要在randomSeed()函数之后使用。代码清单2-16创建了一个0～255之间的随机数，并且通过PWM端口将随机数输出。代码清单2-16：random函数示例

int randNumber;int led = 10;void setup(){}void loop(){      randomSeed(millis());      randNumber = random(255);      analogWrite(led,randNumber);      delay(500);}

（13）Serial.begin(rate)

打开串口，设置串口通信的波特率。Arduino和计算机通信的常用波特率为9600。当然，也支持其他速度。如：

void setup(){      Serial.begin(9600);}

注意，当使用串口通信的时候，数字端口0（RX）和1（TX）不能再被用作其他功能同时使用。

（14）Serial.println(data)输出数据到串口，并且可以将输出数据返回，可以使用串口监听器读取输出的数据。（15）Serial.println(analogValue);在代码清单2-17中，读取模拟输入端口A10的值并且每隔1s将它发送给上位机。代码清单2-17：println函数示例

void setup(){      Serial.begin(9600);}void loop(){      Serial.println(analogRead(0));      delay(1000);}