Arduino課程：02.數據類型及條件語句

2.1 課程說明

今天制作一期人機互動的例子帶給大家：用按鈕控制LED。將開關作為延時開關來使用，按下開關后1秒鐘，燈才會亮，燈亮5秒后才熄滅，這樣大家就能依據這個例子，自己延伸出很多好玩的玩法出來。通過案例學習變量、運算符、條件語句三種語法知識。

2.2. 器材：

2.3. 重點器材介紹

開關：有按鍵式、滑動式、微動型，除了尺寸和外型不同，開關可分成：

• 常開（normal open，簡稱N.O）：接點平常是不相連的，按下去之后才導通。
• 常閉（normal close）：接點平常是導通的
  開關也是傳感器，微動開關（鼠標）；極限開關（光驅的托盤）；磁簧開關；水銀開關。

2.3. 電路：

2.4 條件語句

形式1

if (expression)
statement;
如果你有一個語句，你可以使用沒有大括號{}的if語句。

形式2

if (expression) {
Block of statements;
}

形式3

if ... else語句語法
if (expression) { Block of statements; }
else { Block of statements; }

2.5 改變程序流程的if條件式

-比較運算符

比較運算符參與運算后，會返回一個布爾值（true或false）。

-邏輯運算符

-指定運算符

2.6 使用端口操作指令、位移運算符

處理器有D、B兩個數位輸出/輸入接口，以及一個類比接口C。
DDRB = B00110100； //DDRB包含8、13接口，DDRD包含07接口
PORTB= B00100100；

2.7 任務一

利用按鈕控制LED

/* 
    作用:當你按下按鈕后1秒鐘，燈會亮，然后維持5秒鐘，熄滅 
*/  
void setup () {
    pinMode(4,INPUT);   //將4號數字口設置為輸入狀態，13號數字口設置為輸出狀態  
    pinMode(13,OUTPUT);  
}
void loop(){
    int n =digitalRead(4);      //創建一個變量n，將4號數字口的狀態采集出來賦值給他。  
    if (n==HIGH)            //判斷n是否為高電平，如果是執行下面的語句，不是則跳過。  
    {
        delay(1000);  
        digitalWrite(13,HIGH);  
        delay(5000);  
        digitalWrite(13,LOW);  
    }
}

結果：

編譯并上傳代碼之后，按著、放開幾次微動開關試試，理論上，LED將在按著開關時被點亮，放開開關時熄滅。但實際上，LED可能在你放開開光之后，仍然點亮著，這是機械式開關的彈跳（bouncing）現象。

2.8 流水燈

在arduino控制板上的3、4、5引腳上連接3個LED，通過程序依次控制3個LED燈的亮滅

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 用變量來管理代碼

上例中連接在13引腳的led閃爍，如果把led接在10腳，代碼需要修改2次，利用變量可簡化代碼的修改。

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

聲明變量的語法：

數據類型 變量名

例如：
int age = 18; //預留16位的存儲空間，并存入數字18；
int older = age +10; //先取出age的值，加上10之后，再賦值給older。

變量命名規定

? 變量名稱只能包含英文字母、數字和底線（_）。
? 第一個字符不能是數字。
? 變量的名稱大小寫有別，因此LED和led是兩個不同的變量！
? 變量名稱應該使用有意義的文字，如LED和pin，。讓代碼變得容易理解。
? 若要用兩個單字來命名變量，可以用“駝峰式”記法，
? 避免用特殊意義的保留字來命名。

2.10 數據類型

數據類型用于設置“數據容器”的格式和容量。在聲明變量的同時，必須設置該變量所能保存的數據類型。

基礎類型

表：不帶正負號的數據類型

數據類型說明

1. 設置數據類型時，需要留意該類型所能保存的最大值。如果保存值超過變量的容量，該值將從0開始計算。
   • byte類型最大只能保存十進制的255，若存入256，則實際的保存值將是0； 數學表達式也要留意數據類型的上限，
   • long ans = 4000 100; //計算結果：6784； 這是因為程序編譯程序用整數型態計算4000100，正確寫法：其中一個計算數字后面加上設置數值類型的格式字符， long ans = 4000L * 100L; //計算結果：400000

     表： 轉換數值數據類型的格式字符

     格式字符	說明	示例
     L或l	強制轉換成長整數	4000L
     U或u	轉化成無正負號（unsigned）整數	32800U
     UL或ul	強制轉換成無正負號的長整數（unsigned long）	7295UL

     tips

     ATmega微處理器內部沒有浮點運算處理單元，因此，執行浮點數值運算，不僅耗時且精確度不高，請避免在程序中執行大量的浮點數運算。附帶一提，浮點數值可以用科學記號E或e表示，例如：
     1.8E3 = 1800
     在數字系統中，用四個二進制數來代表十進制的編碼，又稱為BCD碼（Binary Coded Decimal, 二進編碼十進數）

     2.11 不變的“常量”

     常量： 存放固定、不變量值的容器。

   • 使用const指令（constant，常量）定義常量
   • 常量名稱中的字母通常寫成大寫。
   • 變量設置后，就不能再更改其值。

     常量與“程序內存”

2. ATmega微處理器的代碼保存在內存，其內容無法在程序運行時間更改。而保存變量的容器，將在運行時間被建立在內容可隨意更換的SRAM中
3. 常見的預設常量 INPUT、OUTPUT、HIGH、LOW、true、false

   常量定義補充說明

   若要讓常量僅僅保存在程序內存，需要在常量聲明代碼中加入PROGMEM關鍵字。

   2.13 內存類型說明

   計算機內存分為RAM和ROM兩大類型

   RAM：

   • DRAM(Dynamic)→需搭配DRAM控制器持續刷新，存取慢，價格低廉
   • SRAM(Static)→ 不需要持續刷新，存取速度快，價格高 #### #### ROM：
   • mask ROM → 相當于DVD和CD
   • PROM → Programmable,可編程
   • EPROM → EP 代表Erasable and Programmalbe(可擦除編程)

2.14. 補充閱讀材料：

Arduino 數據類型

關鍵字 說明

1. void void關鍵字僅用于函數聲明。它表示該函數預計不會向調用它的函數返回任何信息。 例子

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

2. Boolean 布爾值保存兩個值之一，true或false。每個布爾變量占用一個字節的內存。
   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
   一種數據類型，占用一個字節的內存，存儲一個字符值。字符文字用單引號寫成：'A'，對于多個字符，字符串使用雙引號："ABC"。
   但是，字符是存儲為數字。你可以在ASCII圖表中查看特定編碼。這意味著可以對使用ASCII值的字符進行算術運算。例如，'A'+1的值為66，因為大寫字母A的ASCII值為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是一種無符號數據類型，占用一個字節的內存。unsigned char數據類型編碼數字為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 一個字節存儲一個8位無符號數，從0到255。
   例子

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

6. int
   整數（int）是數字存儲的主要數據類型。int存儲16位（2字節）值。這產生-32768至32767的范圍（最小值為-215 ，最大值為（215 ）-1）。
   int的大小因板而異。例如，在Arduino Due中，int存儲32位（4字節）值。這產生-2147483648至2147483647的范圍（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（無符號整數）與int相同，存儲2字節。然而，它們只存儲正值，產生0到65535（216）-1的有效范圍。Due存儲4字節（32位）值，范圍從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，一個word存儲一個16位無符號數。在Due和Zero上，它存儲一個32位無符號數。
   例子

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

9. Long
   Long變量是用于數字存儲的擴展大小變量，存儲32位（4字節），從-2147483648到2147483647。
   例子

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

10. unsigned long
    unsigned long變量是用于數字存儲的擴展大小變量，并存儲32位（4字節）。與標準的long不同，unsigned long不會存儲負數，它們的范圍為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位數據類型。在所有Arduinos（基于ATMega和ARM）上，一個short存儲一個16位（2字節）值。這產生-32768至32767的范圍（最小值為-215，最大值為（215）-1）。
    例子

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

12. float
    浮點數的數據類型是具有小數點的數字。浮點數通常用于近似模擬值和連續值，因為它們的分辨率高于整數。
    浮點數可以大到3.4028235E+38，也可以低到-3.4028235E+38。它們被存儲為32位（4字節）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，雙精度浮點數占用四個字節。也就是說，double實現與float完全相同，精度沒有增益。在Arduino Due上，double具有8字節（64位）精度。
    例子

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