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Arduino程式快速入門
Revised on March 8, 2020
? 程式基本架構
? 指令語法
? 資料型別
? 變數與常數
? 陣列與字串資料
? 運算子
? 分支結構
? 重複結構

? 檢視預設的程式框架
void setup() {
//put your setup code here, to run once:
}
void loop() {
//put your main code here, to run repeatedly:
}
Arduino程式基本架構
2

? 編輯以下程式碼
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println("setup");
}
void loop() {
Serial.println("loop");
delay(2500);
}
Lab 測試Arduino程式運行 1/2
3

? 選單命令Tools> Serial Monitor開啟序列埠監控視窗
? 檢視輸出結果
? 按?下Arduino Reset按鈕，檢視輸出結果
Lab 測試Arduino程式運行 2/2
按下Arduino Reset按鈕
Arduino開始執行
4
必須與Serial.begin(9600);指令設定相符

/* 多行註解 (block comment)，從/*起始到*/結束
通常在程式檔開頭，簡述程式之功能、作者、設計日期、程式版本等訊息
ShyiShiou Wu; March 8, 2020
*/
// 單行註解 (single line comment)，從//起始到該行結束
//標頭檔區，如有使用擴充函式庫時，須在此指定擴充函式庫之標頭檔
#include <Servo.h>
//自行定義的標頭檔，頭尾使用雙引號括住
#include "config.h"
//全域變數宣告區，程式中使用的全域變數或常數
#define RED_LED 12 //定義常數
byte SW = 2; //宣告變數
Arduino程式框架 1/2
5

//系統設置函式，Arduino重置時，會先執行設置函式，且只會執行一次
void setup(){
}
//程式主廻圈，執行設置函式後，會循環執行loop函式
void loop() {
}
//其它自訂函式，依功能需求自行設計之函式。被呼叫時才會執行
void mySub() {
//put your subroutine code here
}
Arduino程式框架 2/2
6

? 前置處理指令
? #include
用來引入標頭檔(header file)
? 專案資料夾(儲存*.ino的目錄)下的自訂標頭檔
#include "config.h"
? libraries資料夾下的函式庫標頭檔
#include <Servo.h>
? #define
用來定義常數(constant)
#define RED_LED 12 //不用等號與分號，通常使用大寫字母
? 宣告變數(variable)
int lightness = 0; //變數型別變數名稱 = 初始值;
Arduino指令語法 1/3
7

? 每行指令敘述以分號結尾(前置處理指令不可加分號)
int lightness = 0;
? 程式碼區分大小寫(case sensitive)
? lightness與Lightness是不?樣
? 程式區塊，左右大括弧必須成對
void setup() {
...
}
8

? 自訂副程式(subroutine)
? 沒有回傳值
//void 副程式名稱(參數1, 參數2, ...)
void showMessage(){
//副程式程式碼
...
}
? 自訂函式(function)
? 使用return回傳資料
//傳回值型別函式名稱(參數1, 參數2, ...)
int function_name(int arg1, int arg2){
//函式程式碼
...
return (expression); //傳回值
}
9

? 資料型別決定變數所能存放的資料格式與容量
? boolean
? 只有true或false二種值(HIGH或LOW)
? char
? 字元資料，佔1 byte
? 使用單引號標記字元，例如'A'
? 也可使用ACSII code，例如65
? 做為數值資料時，有效值-128~127
? unsigned char
? 1 byte，數值0~255
Arduino Uno資料型別 1/4
10

? ASCII code
? 控制字元
? 顯示字元
? 0~9
? A~Z
? a~z
? 符號
11

? byte
? 8-bit無號數，數值0~255
? int
? 16-bit整數，-32,768~32,767
? unsigned int
? 16-bit無號數，0~65,535
? word
? 16-bit無號數，0~65,535
? short
? 16-bit整數，-32,768~32,767
12

? long
? 32-bit整數，-2,147,483,648L~2,147,483,647L
? unsigned long
? 32-bit無號數，0~4,294,967,295L
? float
? 4 bytes浮點數，最大值3.4028235E+38，最小值-3.4028235E+38
? double
? 4 bytes倍精準數，同float
13

? 十進制(decimal)
? 123
? 二進制(binary)
? B01111011
? 限用於表示8位元數值 (0 to 255)
? 八進制(octal)
? 0173
? 十六進制(hexadecimal)
? 0x7B
數值資料表示法 1/2
14

? 浮點數
? 10.0
? 2.34E5
? 表示2.34×105，即234000.0
? 67e-12
? 表示67.0 ×10-12，即0.000000000067
數值資料表示法 2/2
15

? 在程式中用來存放運算資料或運算結果
? 宣告變數 (declaring variables)
? 語法：資料型別變數名稱 [= 初始值];
int count;
float fahrenheit, celsius = 25.0;
fahrenheit = celsius*9/5 + 32.0;
變數 1/5
16

? 變數命名規則
? 只能包含字?、數字及底線
? 開頭字元不能是數字
? 不能使用保留字
? arduino IDE會將保留字標示顏色(arduino目錄libkeywords.txt)
? 變數注意事項
? 區分大小寫
? 使用有意義的文字組合，以提高程式易讀性
? clock_pin
? clockPin 小駝峰式命名法(lower camel case)
? ClockPin 大駝峰式命名法(upper camel case)
變數 2/5
17

? 有效範圍(scope)
? 全域變數(global variable)，宣告在void setup()之前，提供整份
Arduino程式使用
? 區域變數(local variable)，宣告在程式區塊中，只能在所宣告的程式
區塊中使用；每次執行時變數會被動態創建(create)和銷毁(destroy)
int gPWMval; //整個程式檔都可使用gPWMval變數
void setup() {
}
void loop() {
int i, j; //變數i與j可在loop程式區塊中使用
//...
for (int k = 0; k < 100; k++){ //變數k只能在for程式區塊中使用
//...
}
}
變數 3/5
18

? 靜態變數(static variable)
? 在區域變數宣告前加上static關鍵字
? 程式執行期間變數內容會保留
void walk(int steps){
static int a = 0; //首次執行walk()函式，變數a初始值設為0，之後保留上一次執行結果
int b = 0; //每次執行walk()函式，變數b會重置為0
a = a + steps;
b = b + steps;
}
變數 4/5
19

? 指定超過範圍的值給數值變數時會造成overflow或underflow
byte a = 0; //8-bit無號數，有效值0~255
Serial.begin(9600);
a = a - 1; //超過下限，會造成underflow，a值變為255
Serial.println(a);
a = a + 1; //超過上限，會造成overflow，a值變為0
Serial.println(a);
變數 5/5
20
負數最小值正數最大值0
負數正數
overflow
underflow

int a = 0; //全域變數
void setup() {
Serial.begin(9600);
a = a + 1;
Serial.print("a = ");
Serial.println(a);
func1();
func2();
a = a + 1;
Serial.print("a = ");
Serial.println(a);
func1();
func1();
func2();
func2();
}
void loop() {
}
Lab 測試變數Scope 1/2
21

void func1() {
int b = 0;
b = a + b;
Serial.print("b in func1 = ");
Serial.println(b);
}
void func2(){
static int b = 0;
b = a + b;
Serial.print("b in func2 = ");
Serial.println(b);
}
Lab 測試變數Scope 2/2
22

? 程式執行過程中不會變更的數
? 常數名稱通常使用大寫字?
? #define RED_LED 12
? 編譯時，程式中所有RED_LED處會被替換成數字12
? const byte RED_LED = 12;
? 保留RED_LED變數，但限定內容不可變動。如果嘗試變更RED_LED值，
會產生assignment of read-only variable錯誤
? 內建常數
? INPUT, OUTPUT
? HIGH, LOW
? true, false
常數
23

? ?般的變數只能儲存?個值，陣列則可以用來存放多個值
? 陣列中的每個資料稱為陣列元素(element)，程式中以索引值存取陣
列元素，索引值從0開始
byte ledPins[] = {2, 4, 8};
pinMode(ledPins[0], OUTPUT);
? 二維陣列
char keypad[4][4] = { //矩陣按鍵
{'1','2','3','A'},
{'4','5','6','B'},
{'7','8','9','C'},
{'*','0','#','D'}};
Serial.println(keypad[1][2]); //'6'
陣列 (array)
24

? 以雙引號標記字串資料，會在結尾自動加上'0'(空字元)做為字串結
束標記
? char str1[] = "Arduino";
? sizeof(str1)結果為8，包含'0'(空字元)
? 字串就是?種字元陣列 (char array)
? char str2[] = {'A', 'r', 'd', 'u', 'i', 'n', 'o', '0'};
字串
25
如果要把str2做為字串，必須自行加上字串結束字元

? String物件比字元陣列提供更多便利的字串處理運算
? 建構元
String str1 = String(235, BIN); //"11101011"
String str2 = String(45, HEX); //"2d"
String str3 = "Hello String"; //"Hello String"
? 字串串接
int sensorValue=analogRead(A0);
String msg$ = "Sensor value: " + sensorValue;
? 尋找特定字元位置索引
String html_str = "<HTML><HEAD><BODY>";
int i1 = html_str.indexOf('>'); //5
int i2 = html_str.indexOf('>', i1 + 1); //11
int lastOpeningBracket=html_str.lastIndexOf('<'); //12
String物件 1/4
26

? 計算字串?度
String hello_str = "Hello! arduio ";
Serial.println(hello_str.length()); //18
hello_str.trim(); //切除字串後面多餘空白
Serial.println(hello_str.length()); //14
? 大小寫轉換
String arduino_str = "Arduino programming";
Serial.println(arduino_str); //Arduino programming
arduino_str.toUpperCase();
Serial.println(arduino_str); //ARDUINO PROGRAMMING
arduino_str.toLowerCase();
Serial.println(arduino_str); //arduino programming
String物件 2/4
27

? 替換字串
String hello_str = "Hello! arduio";
Serial.println(hello_str); //Hello! arduino
hello_str.replace("Hello","Hi");
Serial.println(hello_str); //Hi! arduino
? 子字串
String head_str = "Content-Type: text/html";
Serial.println(head_str.substring(14, 18)); //text
? 移除子字串
String hello_str = "Hi! arduino";
hello_str.remove(2, 6); //Hiino
String物件 3/4
28

? 比較字串
String cmd1_str = "Turn on";
String cmd2_str = "Turn off";
Serial.println(cmd1_str == "Turn on"); //1
Serial.println(cmd2_str.equals("Turn Off")); //0
Serial.println(cmd2_str.equalsIgnoreCase("Turn Off")); //1
String物件 4/4
29

? 算術運算子(Arithmetic Operators)
? % (modulo)
? * (multiplication)
? + (addition)
? - (subtraction)
? / (division)
? = (assignment operator)
float r = 3 / 2; //r=1.0
float r = 3 / 2.0; //r=1.5
float r = 3 / (float)2; //r=1.5
Arduino運算子 1/7
30

? 比較運算子(Comparison Operators)
? != (not equal to)
? < (less than)
? <= (less than or equal to)
? == (equal to)
? > (greater than)
? >= (greater than or equal to)
31

? 位元運算子 (Bitwise Operators)
? & (bitwise and)
? << (bitshift left) LSB補0
? >> (bitshift right) MSB補符號位元
? ^ (bitwise xor)
? | (bitwise or)
? ~ (bitwise not)
PORTD ^= (1 << PD3); //Toggle D3輸出
32

? 布林運算子 (Boolean Operators)
? ! (logical not)
? && (logical and)
? || (logical or)
33

? 遞增運算
? ++ (increment)
x++; //等同x = x + 1;
? 遞減運算
? -- (decrement)
x--; //等同x = x - 1;
34

? 複合運算子(Compound Operators)
? 同時執行『算數運算子或位元運算子』及『指定運算子』兩件工作
? += (compound addition)
x += y; //等同x = x + y;
? -= (compound subtraction)
x -= y; //等同x = x - y;
? *= (compound multiplication)
x *= y; //等同x = x * y;
? /= (compound division)
x /= y; //等同x = x / y;
35

? &= (compound bitwise and)
x &= y; //等同x = x & y;
? |= (compound bitwise or)
x |= y; //等同x = x | y;
? ^= (compound bitwise xor)
x ^= y; //等同x = x ^ y;
36

? 優先序(Precedence)
? 決定運算的先後次序
? a = b + c * d;
? 結合性(associativity)
? 決定相同優先序的運算同時存在時，是要由左向右運算，還是由右向左運算
? a = b + c + d;
? 最好使用小括號明確設定運算優先序
? a += b << c – d << e
算術運算(-)優先權高於位元運算(<<)，位元運算(<<)優先權高於複合運
算(+=)，所以是c-d先執行，之後兩個 << 結合順序為'左至右'，所以
是 (b<<(c-d))<<e，最後才是 +=
Precedence & associativity 1/2
37

運算子優先序
() 1
!、~、++、?? 2
×、/ 3
+、? 4
>>、<< 5
<、<=、>、>= 6
==、!= 7
^、&、| 8
&& 9
|| 10
= 12
Precedence & associativity 2/2
38

? 循序結構(Sequence)
? 選擇結構(Selection)
程式的三種基本控制結構 1/2
truefalse
39

? 重複結構(Iteration)
程式的三種基本控制結構 2/2
true
false
40

? if … else
if (condition1){
//do job A
}
else if (condition2){
//do job B
}
else if (condition3){
//do job C
}
else {
//do job D
}
if敘述
41

? X ? Y : Z
? 若X為true，執行Y，否則執行Z
? 範例
if (analogRead(CDS) < threshold)
ledState = HIGH;
else
ledState = LOW;
上述程式碼可改寫如下：
ledState = (analogRead(CDS) < threshold)? HIGH : LOW;
三元運算子
42

#define LED 13
void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
byte cmd = Serial.read();
if (cmd == '1') { //從序列埠收到'1'
digitalWrite(LED, HIGH);
Serial.println("Turn LED on");
}
if (cmd == '0') { //從序列埠收到'0'
digitalWrite(LED, LOW);
Serial.println("Turn LED off");
}
}
Lab if敘述 1/2
43

? switch…case
switch (var) { //var必須是整數或字元
case label1:
//statements
break;
case label2:
//statements
break;
default:
//statements
}
switch…case敘述
case 比對1
default 其它敘述
程式區塊1
true
false
程式區塊2case 比對2
switch (整數運算式)
case 比對n
true
false
non break
程式區塊n
true
non break
non break
break
break
break
結束
false
45

#define LED 13
void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
byte cmd = Serial.read();
switch (cmd){
case '0': //從序列埠收到'0'
digitalWrite(LED, LOW);
Serial.println("Turn LED off");
break;
case '1': //從序列埠收到'1'
digitalWrite(LED, HIGH);
Serial.println("Turn LED on");
break;
}
}
Lab switch敘述 1/2
46

? for迴圏
for (initialization; condition; increment) {
//statement(s);
}
? 範例
byte ledPins[] = {2, 4, 8, 3, 6};
for (int i = 0; i < 5; i++){
pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
}
for迴圈敘述
條件運算式重複作業區塊
true
false
更新計數值
初始計數值
結束
48

void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int i;
for (i = 0; i <= 255; i += 5){
Serial.println(i);
delay(500);
}
Serial.print("Finally, i = ");
Serial.println(i);
}
Lab for迴圈敘述
49

? while迴圏
while(condition){
//statement(s)
}
? 範例
int i = 0; //迴圈初始值
while (i <= 255){
analogWrite(pwmPin, i);
delay(10);
i++;
}
while迴圈敘述
條件運算式重複作業區塊
true
false
結束
50

void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
while (i <= 255){
Serial.println(i);
delay(500);
i += 5;
}
Serial.println(i);
}
Lab while迴圈敘述
51

? do … while迴圏
do {
// statement block
} while (condition);
? 至少會執行?次
? 範例
#define LED 3 //PWM輸出腳位
...
do {
analogWrite(LED, i);
delay(10);
i++;
} while (i <= 255);
do迴圈敘述
條件運算式
重複作業區塊
true
false
結束
52

void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
do {
Serial.println(i);
delay(500);
i += 5;
} while (i <= 255);
Serial.println(i);
}
Lab do迴圈敘述
53

? http://www.arduino.cc/reference/en/
Arduino語言參考資料
54

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