Arduino程式控制入門指南 - AI 程式學習網

經過幾年 ESP8266 的專案開發經驗，其中也實作過一些 Arduino 案例，所以想留下一些 Arduino 的知識，以備之後不用常常再上網找相關資訊。在此留下一些 Arduino 的經驗談，作為給初學者的基本基礎知識。

每個部分有一些詳細的理論說明、摘要以及較高階的方法。初學者不需要全部都理解，重要的是開始動手做，在實作過程中學習才是最有效率的方式。

如果您是一個初學者，肯定過程中一定會有一些您不理解的地方。不用擔心，這是絕對正常的，所以先不要氣餒，只要持續在接下來的步驟中閱讀了其他範例，整體架構就會漸漸變得清晰起來，所以請不要放棄！

我也會提供一些相關 Arduino 的參考網頁、Wiki 和其他資源網頁連接。如果您想進一步了解某個主題，這些都是不錯的起點想法。同樣，如果您不了解這些主題中的任何一個，對於初學者來說也不用太擔心，一些邏輯可能讓你困惑，甚至使你沮喪。如果是這種情況，就先暫時跳過這些案例，但是不要放棄！

類似這樣的理論課程會是很有幫助，但是建議你還是要透過自己動手做實驗來學習。將此篇入門指南作為起點，作為參考，只要製作自己的實例，修改這邊提供給您的範例，嘗試新的想法，不懂的地方問問 Google，您的可能性會是無限的！

什麼是 Arduino？

首先第一件事情：Arduino 是什麼？

讓我們看一下 Arduino 網站上的介紹：

『Arduino 是一個基於易於使用的硬體和軟體的開源電子平台。Arduino 開發板能夠讀取輸入（如感測器上的指示燈、手指按於按鍵上而送出的訊號或 Twitter 的訊息），接著再將訊息轉換為輸出（如啟動馬達、開啟 LED 或在網路上發佈訊息等）。您可以通過向 Arduino 控制板上的微控制器發送一組指令來告訴它該怎麼做。要達到這些功能，你必須學會使用基於 Wiring 的 Arduino 編輯程式語言，和基於 Processing 的 Arduino 開發工具（IDE）。』

這實際上說明了一切。您可以在此處找到官方的完整介紹。

（圖片來源：arduino.cc）

有關 Arduino Uno 控制板的規格：

Arduino 開發板本身是一塊藍色的電路板，大小相當於一張信用卡（也有其他尺寸的開發板，例如更小的 Arduino Nano 或功能更強的 Arduino Mega）。

以下是 Arduino Uno（最常見的入門型號）的主要規格：

規格項目	數值
微控制器	ATmega328P
工作電壓	5V
輸入電壓（建議）	7～12V（Vin 引腳）
數位 I/O 引腳	14 個（其中 6 個支援 PWM 輸出）
類比輸入引腳	6 個（10 位元解析度，0～1023）
每引腳最大電流	40mA
Flash 記憶體	32KB（其中 0.5KB 用於 bootloader）
SRAM	2KB
EEPROM	1KB
時脈速度	16MHz

I/O 引腳（輸入/輸出）可以用作：

輸入引腳：連接按鈕或旋鈕、溫度感測器、光線感測器、甚至是鍵盤與滑鼠、數位樂器等。
輸出引腳：連接發光二極體（LED）、驅動馬達、在家中控制路燈、連接到小型顯示器、甚至連接到網際網路，以便它可以檢查你的郵件，發出鳴叫聲等。

透過 USB 連接，您也可以用它來控制您的電腦，或使用您的電腦來控制 Arduino。如您所見，應用是非常廣泛的！

您可以從 Arduino 官方商店或 PCHome、蝦皮、露天等當地經銷商處購買 Arduino 開發板。

若要了解如何使用 Arduino 控制板，請查看 Arduino 官方部落格或 Instructables 上的 Arduino 頻道。

開始之前：如何不燒掉 Arduino

在開始將撰寫完成的程式碼燒錄入 Arduino 之前，最好先了解會燒毀損壞電路板的幾種常見原因。以下這 12 點是每位 Arduino 初學者都必須牢記的安全守則：

❌ 每個引腳輸出超過 40mA 的電流

Arduino 的每個輸出引腳最大只能提供 40mA 的電流，因此，您不能直接驅動馬達或揚聲器，也不能在不串聯限流電阻的情況下直接連接 LED。一般 LED 的工作電流約為 10～20mA，請務必加上適當的限流電阻（例如 220Ω 或 330Ω）。

❌ 將輸出短路接到 +5V、+3.3V 或 GND 引腳

如果輸出引腳的電壓為 5V，而您直接將它接地，則會消耗大量電流，幾乎會立即燒毀您的 Arduino。

❌ 引腳直接接觸導電表面

確保不要將運作中的 Arduino 放在導電（金屬）表面上，因為這會使底部的引腳短路。建議放在防靜電泡棉或木頭墊板上。

❌ 所有輸出引腳的總電流超過 200mA

Arduino 上的 ATmega 控制晶片最多只能承載 200mA 的總電流。如果同時驅動多個高耗電設備（例如 10 個每個 20mA 的 LED），會損壞您的電路板。若需要驅動多個高電流設備，請使用電晶體或 MOSFET 驅動電路。

❌ 向輸入引腳提供超過工作電壓的電壓

向引腳輸入超過 5V（或 3.3V，取決於開發板工作電壓）的電壓是非常危險的。請注意，如果將 5V 的 Arduino 輸出連接到 3.3V 的感測器晶片，也可能會燒毀該晶片，需要加上電壓分壓電路或電位轉換器（Level Shifter）。

❌ 向 5V 引腳提供超過 5V 的電壓

Arduino 開發板的 5V 直接進入 ATmega 晶片，其最大承受電壓極限為 6V，超過就會損毀。

❌ 向 Vin 引腳提供超過 12V 的電壓

板上有一個板載 5V 穩壓器，如果以 12V 以上的電壓供電，會因過熱而導致穩壓器燒毀。建議使用 7～9V 的乾淨直流電源。

❌ 從 5V 引腳抽取超過 500mA 的電流（使用外部電源時）

板載的 5V 穩壓器最大大約只能提供 500mA 的電流。USB 電源也有限流保險絲保護，限制在 500mA 以內。需要更多電流時，請使用外部穩壓電源模組。

❌ 從 3.3V 引腳抽取超過 50mA 的電流

板載 3.3V 穩壓器只能提供 50mA 的電流。這意味著您無法將耗電的 3.3V 設備（例如 ESP8266 或 nRF24L01 無線模組）直接連接到 Arduino：您需要外接一個外部 3.3V 穩壓器（例如 AMS1117-3.3）。

❌ 反接電源極性

如果將 5V 或 Vin 引腳與 GND 引腳接反，電路板將會立即燒毀。圓形 DC 電源插孔有二極體保護，但 Vin/5V 引腳沒有。使用前請務必以三用電表確認電壓和極性。

❌ 使用 USB 電源時，將負載連接到 Vin 引腳

如果 Arduino 的 5V 來自 USB 連接，此時將負載連接到 Vin 引腳，電流會逆向流過穩壓器，從而導致穩壓器損壞。

❌ 靜電放電 (ESD)

儘管大多數晶片都有二極體防護靜電，但最好還是使用防靜電腕帶，或者在乾燥環境下觸摸開發板前先觸摸接地的金屬物放電，桌子下面避免鋪地毯。

軟體開發環境

Arduino IDE

為了對 Arduino 進行程式編寫，我們需要下載安裝 Arduino IDE（整合開發環境）。目前最新版本為 Arduino IDE 2.x，介面更現代、有自動補全功能，建議直接安裝新版。

您可以前往 Arduino 官方下載頁面下載最新版本。

Windows 安裝步驟：

進入官方網站的下載頁面，選擇 Windows 版本的安裝程式（.exe）。
如果您想支持該開源項目，可以考慮 donate 一些錢，之後再點擊「JUST DOWNLOAD」，或直接點選「下載」。
下載完成後開啟並執行安裝檔（.exe）。
在 UAC 彈窗中點擊「是」，授予系統管理員權限。
閱讀並同意軟體許可協議（License Agreement）。
選擇要安裝的元件，您將需要安裝 Arduino 軟體與 USB 驅動程式（這非常重要，否則電腦將無法識別連接的開發板）。
接受預設的安裝路徑，或選擇另一個路徑，然後點擊安裝。
過程中若系統提示您是否要安裝 Arduino USB 驅動程式（裝置軟體），請點選「安裝」，這樣電腦才能辨識 Arduino 板子。
等待安裝完成，在桌面上可以看到 Arduino IDE 的圖示，雙擊即可啟動。

（完整的官方安裝指南也可以在 Arduino 官方網站上找到。）

第一個程式：Blink（讓 LED 閃爍）

安裝完 IDE 之後，最好的入門實驗就是讓 Arduino 上內建的 LED 燈閃爍起來，這就是著名的 “Blink” 程式，相當於程式設計中的 “Hello World”！

以下是 Blink 的程式碼：

// 宣告常數：Arduino Uno 的內建 LED 連接在 Pin 13
const int LED_PIN = 13;

// setup() 在開機或重置時只執行一次
void setup() {
  // 將 LED_PIN 設定為輸出模式
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

// loop() 持續重複執行
void loop() {
  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);  // 開啟 LED（輸出高電壓 5V）
  delay(1000);                  // 等待 1000 毫秒（1 秒）
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);   // 關閉 LED（輸出低電壓 0V）
  delay(1000);                  // 再等待 1 秒
}

程式說明：