程式基本架構、程式語法、資料型別、變數與常數、運算子、條件敘述、迴圈敘述

1. Arduino程式快速入門
Revised on September 10, 2019
 程式基本架構
 程式語法
 資料型別
 變數與常數
 運算子
 條件敘述
 迴圈敘述

2.  選單命令「File/New」
 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

3.  選單命令File> New
 編輯以下程式碼
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
Serial.println("setup");
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
Serial.println("loop");
delay(2500);
}
Lab 測試Arduino程式運行 1/2
3

4.  選單命令Tools> Serial Monitor開啟序列埠監控視窗
 檢視輸出結果
 按⼀下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

5. /* 註解區 (block comment)
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; November 5, 2017
*/
//單行註解 (single line comment)
//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>
//自行定義的標頭檔使用雙引號
#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
Servo myservo;
//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(){
//put your setup code here, to run once:
}
Arduino程式框架 1/2
5

6. //程式主廻圈，Arduino會循環執行loop函式
void loop() {
//put your main code here, to run repeatedly:
}
//其它自訂函式，依功能需求自行設計之函式
void mySub() {
// put your subroutine code here
}
Arduino程式框架 2/2
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7.  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程式基本語法 1/3
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8.  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 ≠ Lightness
 程式區塊，左右大括弧必須成對
void setup() {
...
}
Arduino程式基本語法 2/3
8

9.  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
}
Arduino程式基本語法 3/3
9

10.  資料型別決定資料變數的格式與容量
 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
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11.  ASCII code
 控制字元
 顯示字元
Arduino Uno資料型別 2/4
11

12.  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
Arduino Uno資料型別 3/4
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13.  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
Arduino Uno資料型別 4/4
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14.  十進制(decimal)
 123
 二進制(binary)
 B1111011
 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
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15.  浮點數
 10.0 10.0 10.0
 2.34E5 2.34 * 10^5 234000
 67e-12 67.0 * 10^-12 0.000000000067
數值資料表示法 2/2
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16.  在程式中用來暫存資料
 宣告變數 (declaring variables)
 語法：資料型別 變數名稱 [= 初始值];
int count;
float temperature = 25.0;
變數 1/4
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17.  變數命名規則
 只能包含字⺟、數字及底線
 開頭字元不能是數字
 不能使用保留字
 arduino IDE中保留字會標示顏色(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
 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 2/4
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18.  有效範圍(scope)
 全域變數(global variable)，宣告在#include指令之後，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; //在loop程式區塊中可使用變數i與j
//...
for (int k = 0; k < 100; k++){ //變數k只能在for程式區塊中使用
//...
}
}
變數 3/4
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19.  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; //每次執行walk()函式，變數a會保留上一次執行結果
int b; //每次執行walk()函式，變數b會重置
a = a + steps;
b = b + steps;
}
變數 4/4
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20. 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
20

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
21

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⺟
 #define RED_LED 12
 編譯時，RED_LED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
 內建常數
 INPUT, OUTPUT
 HIGH, LOW
 true, false
常數
22

23.  ⼀般的變數只能儲存⼀個值，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);
pinMode(ledPins[1], OUTPUT);
pinMode(ledPins[2], 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'}};
陣列 (array)
23

24.  使用雙引號標記字串資料
 char str1[] = "Arduino";
 sizeof(str1)結果為8，會自動加上'0'(空字元)做為字串結束標記
 字串就是⼀種字元陣列 (char array)
 char str2[] = {'A', 'r', 'd', 'u', 'i', 'n', 'o', '0'};
字串
24
如果要把str2做為字串，必須自行加上字串結束字元

25.  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
25

26.  計算字串⻑度
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
26

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! arduio";
hello_str.remove(2, 6); //Hiino
String物件 3/4
27

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
28

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
29

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)
Arduino運算子 2/7
30

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
Arduino運算子 3/7
31

32.  布林運算子 (Boolean Operators)
 ! (logical not)
 && (logical and)
 || (logical or)
Arduino運算子 4/7
32

33.  遞增運算
 ++ (increment)
x++; //等同x = x + 1;
 遞減運算
 -- (decrement)
x--; //等同x = x - 1;
Arduino運算子 5/7
33

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;
Arduino運算子 6/7
34

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;
Arduino運算子 7/7
35

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
Precedence & associativity 1/2
36

37. 運算子 優先序
() 1
!、~、++、−− 2
×、/ 3
+、− 4
>>、<< 5
<、<=、>、>= 6
==、!= 7
^、&、| 8
&& 9
|| 10
= 12
Precedence & associativity 2/2
37

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
38

39.  重複結構(Iteration)
程式的三種基本控制結構 2/2
true
false
39

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
40

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
41

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
42

43. Lab if敘述 2/2
43

44.  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
44

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
45

46. Lab switch敘述 2/2
46

47.  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
47

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
48

49.  while迴圏
while(condition){
// statement(s)
}
 範例
int i = 0;
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
49

50. void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int i = 0;
while (i <= 255){
Serial.println(i);
delay(500);
i += 5;
}
Serial.print("Finally, i = ");
Serial.println(i);
}
Lab while迴圈敘述
50

51.  do … while迴圏
do {
// statement block
} while (condition);
 ⾄少會執行⼀次
 範例
#define pwmPin 3
...
int i = 0;
do {
analogWrite(pwmPin, 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
51

52. void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int i = 0;
do {
Serial.println(i);
delay(500);
i += 5;
} while (i <= 255);
Serial.print("Finally, i = ");
Serial.println(i);
}
Lab do迴圈敘述
52

53.  http://www.arduino.cc/reference/en/
Arduino語言參考資料
53