Arduino教程 02 LED灯闪烁「DFR0100」 DF创客社区

【本篇课程内容于 2024年8月2日更新】

在这个项目中，我们将重复使用之前的测试代码中的Blink程序。
有所不同的是，这里我们需要外接一个LED到数字引脚，而不是使用焊在开发板上的LED（也就是“L”灯）。该项目能帮助我们能清晰的认识LED的工作原理及一些硬件电路的搭建。

所需元件

Arduino教程 02 LED灯闪烁「DFR0100」图8

*这里仅为示意图，具体阻值参看包装袋标示。阻值可能根据你使用的LED的不同而不同，后面会说明如何计算这个阻值。

硬件连接

首先，从套件中取出Prototype shield扩展板和面包板，将面包板背面的双面胶揭下，并按照下图将其粘贴到Prototype shield扩展板上。再取出UNO，把贴有面包板Prototype shield扩展板插到UNO上。
取出所需元件，按照下图进行连接。

DF跳线颜色定义：

绿色连接数字口，
蓝色连接模拟口，
红色连接VCC（电源正极），
黑色连接GND（电源负极），
白色可随意搭配
图 1 LED闪烁连线图

*虽然跳线的本质功能是一样的，但标准化操作（通过规定跳线颜色的使用规律）能大大减少因个人习惯不同而导致的连接错误，还能帮助在排查错误时提高效率。

将LED和对应电阻连接在面包板上（按照上图），接着使用对应颜色的跳线进行连接。检查元件和线的连接位置，与上图保持一致即可。针对LED的连接需要注意：LED长脚为 + ，短脚为 - 。完成连接后，使用USB数据线将Arduino与计算机连接，准备编写和上传程序。

示例代码

打开Arduino IDE，在编辑框中输入样下方例代码所示代码。（输入代码也是一种学习编程的过程，虽然提供代码的压缩包，但还是建议初学者自己输入代码，亲身体验一下。）

样例代码 1-1：

//项目一 —— 闪烁第一个LED闪烁
    /*
描述：LED每隔一秒交替亮灭一次
    */    
int ledPin = 13;
void setup() {
       pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
       digitalWrite(ledPin,HIGH);
       delay(1000);
       digitalWrite(ledPin,LOW);
       delay(1000);
}

输入完毕后，点击IDE的“校验(Verify)”，查看输入代码是否通过编译。如果显示没有错误，单击“上传(UpLoad)”，给Arduino上传代码。以上每一步都完成了的话，你应该可以看到面包板上的红色LED每隔一秒交替亮灭一次。

现在让我们来回顾一下代码和硬件，看看它们是如何工作的。

代码回顾

代码的第一行如下所示:
//项目一 —— 闪烁第一个LED

这是代码中的说明文字，可以叫做注释。是以“//”开始，之后直到该行末尾的所有文字将不被编译器编译。注释在代码中是非常有用的，它可以帮助你理解代码，如果项目比较复杂，那么代码也会随之非常的长，而此时注释就会发挥很大作用，可以快速帮你回忆起这段代码的功能。同样，当把你的代码分享给别人的时候，别人也能很快理解你的代码。

又如以下文字:
/* 在这两个符号之间的文字，都将被注释掉，编译器自动不进行编译，注释掉的文字将会呈现灰色 */

这是另外一种写注释的方式，用“/…/”,这个符号的作用是可以注释多行，这也是与上一种注释方式的区别之处。在 / 和 / 中间的所有内容都将被编译器忽略，不进行编译。IDE会自动把注释的文字颜色变为灰色。

注释接下来的一行是:
Arduino教程 02 LED灯闪烁「DFR0100」图9

这就是所谓的变量声明，变量是用来存储数据的。这个例子，我们用的类型是int型或者说是整型，可以表示一个在-32768到32767之间的数。变量的类型，是由你存储的内容来决定的。这里我们存储的10这个整数。ledPin是变量名。（变量名其实就是这个变量的一个名字，代表这个值。当然，也可以不叫ledPin，按你的喜好来取），变量名的选取最好根据变量的功能来定。ledPin这里说明，这个变量表示LED和Arduino的数字引脚10相连。

在声明的最后用一个“;”来表示这句语句的结束。分号必不可少！必须切换到英文输入法里的分号。

何为变量？

我们做个这样的比方，变量好比一个盒子，盒子的空间用来存放东西的，想要放的东西一定要比盒子小，那样才放的下，否则会溢出。变量也是一样，你存储的数据一定要在变量的范围内，否则会出现溢出。

之所以叫变量，是因为程序运行过程中，可以改变它的值。程序中，有时候会对变量值进行数字计算，变量的值也会随之发生变化。随着学习的深入，您将遇到更多关于变量、数据类型、作用域等高级概念，这些都将对您的编程技能产生重要影响。

在给变量起名字时，还需要强调的一点。在C语言中，变量名必须以一个字母开头，之后可以包含字母、数字、下划线。注意C语言认为大小写字母是不同的。C语言中还有一些特定的名称也是不能使用的，比如main，if，while等。为了避免这些特定名称作为变量名，所有这些名称在IDE程序中显示为橙色。

接下来是setup()函数:
Arduino教程 02 LED灯闪烁「DFR0100」图2
在这个程序里有两个函数，一个叫做setup()，它的主要目的是在loop() 函数运行之前为程序做必要的设置。在Arduino中程序运行时将首先调用setup() 函数。用于初始化变量、设置针脚的输出/输入类型、配置串口等等。每次Arduino上电或重启后，setup() 函数只运行一次。函数内部被花括号括起来的部分将会被依次执行，从“ { ”开始，以“ } ”结束。两个符号之间的语句都属于这个函数。

setup()函数内只有一条语句，那就是pinMode函数。

pinMode(ledPin, OUTPUT);

这个函数是用来设置Arduino数字引脚的模式的，只用于数字引脚定义是输入(INPUT)还是输出 (OUTPUT)。在函数的括号内包含两个参数，引脚号以及引脚的模式。

函数格式如下:
Arduino教程 02 LED灯闪烁「DFR0100」图3
pinMode就是一个函数的调用，只是这个函数已经在Arduino软件内部编写好了，所以我们也只需直接调用就可以了。在函数的括号内包含两个参数，就是需设定引脚号及引脚的模式，引脚号是ledPin，在我们程序的第一句话就声明过了， ledPin代表10，之后用到ledPin的地方，都可以理解为10的代名词。上述的语句表达什么意思呢？该语句想告诉Arduino，数字引脚10被设置为OUTPUT模式。

函数

函数通常为具有一个个功能的小模块，通过这些功能的整合，就组成了我们的整段代码，一个完整的功能实现。这些功能块也能被反复运用。这时，就体现函数的好处了。在程序运行过程中，有些功能可能会被重复使用，所以只需程序中调用一下函数名就可以了，无需重复编写。而setup()和loop()比较特殊，不能反复调用。

还有一个概念我们需要了解一下，就是函数的返回值，我们可以理解为是一种反馈。在函数中是如何体现有无返回值的呢?就是，函数的声明，比如“ void ”就是函数无返回值的信号，并且后面的括号内为空，我们之后会经常用到。带返回值的函数，我们先不做说明了，有兴趣的可以去网上了解一下。

你是否对函数有了一个简单的概念了呢?不明白也没关系，在我们之后的项目还会涉及到的。

INPUT与 OUTPUT的区别

INPUT是输入的信号，是外部给控制器的信号，根据外部环境变化给控制器不同的信号。比如像我们之后会用到的按钮，它就是典型的 INPUT模式，它需要我们按下按键后，控制器才能接收到外部给它的指令。

OUTPUT是输出信号，你需要让控制器能反应出某些特征，向外界发出信号，典型的就是LED，它闪烁的过程就是向外部发出信号的过程。又比如我们后面会用到的蜂鸣器，一个会发出声音的玩意儿，发声的过程就是向外界发出信号的过程，所以它也是OUTPUT。

我们接着往下看，程序现在进行到我们的主函数loop():

void loop() { 

       digitalWrite(ledPin,HIGH); 

       delay(1000); 

       digitalWrite(ledPin,LOW); 

       delay(1000);

}

Arduino程序必须包含setup()和loop()两个函数，否则不能正常工作。*

在 setup() 函数中初始化和定义了变量后，就开始执行 loop() 函数。顾名思义，该函数在程序运行过程中不断的循环，loop()函数中的每条语句都逐次进行，直到函数的最后，然后再从loop函数的第一条语句再次开始，三次、四次......一直这样循环下去，直到关闭Arduino或者按下重启按钮。

在这个项目中，我们希望LED灯亮，保持1秒，然后关闭，保持1 秒，然后一直重复上面的动作。那么在Arduino的语句中，该怎么实现呢?

先看loop()函数内的第一条语句，这里我们涉及到了另外一个函数就是digitalWrite()。

digitalWrite(ledPin,HIGH);

函数格式如下：
Arduino教程 02 LED灯闪烁「DFR0100」图4

这个函数的意义是:引脚pin在 pinMode()的中被设置为OUTPUT模式时，其电压将被设置为相应的值，HIGH为5V(3.3V控制板上为 3.3V)，LOW为0V。我们这里就是给引脚10(ledPin)一个5V的高电平，点亮了引脚10这个LED。

我们这里强调了，pinMode()被设置为OUTPUT时，才用到 digitalWrite()。这是为什么呢?看一下下面这段话。

pinMode()digitalWrite()digitalRead()的关系

前面说了pinMode()中的INPUT与OUTPUT设置是有讲究的，是由元件本身的功能决定的。

然而，前面设置INPUT和OUTPUT与之后程序需要如何执行也有着紧密关系的。既然pin是OUTPUT的话，那势必是控制器Arduino要给外界信号，所以需要Arduino给引脚先写入信号——digitalWrite()。我们这里还没用到digitalRead()，就先说了吧!如果pin是INPUT的话，是外界给了控制器Arduino信号，所以需要Arduino读取引脚信号——digitalRead()。

对于初学者来说，可以先学着用，再慢慢弄明白里面的原由。pinMode()设置为OUTPUT,对应使用digitalWrite()。INPUT对应使用digitalRead()。下表是一张对应表:

比如:LED、蜂鸣器	比如:按键控制
pinMode(pin,OUTPUT)	pinMode(pin,INPUT)
digitalWrite(pin,HIGH/LOW)	digitalRead(pin)

接着的一句语句:

             delay(1000);

delay()函数，用于延时等待。等待1000毫秒(1000毫秒也就是1秒，以此类推吧!)。我们举一反三一下，如果我们需要延时2秒呢?
答案:delay(2000);

接着看下一句是:

digitalWrite(ledPin,LOW);

有了上面的引导，这句话是不是很容易理解了呢?这句话意思为，为引脚10一个0V的低电平，也就是熄灭LED。

然后再延时1秒。之后回到loop()函数开始部分，循环运行。

现在我们知道代码是如何运作的了，让我们来个小小的改动吧!让LED保持关闭5秒，然后快速闪烁一下(250毫秒)，就像汽车报警器上的LED指示灯那样。试着写一下:

答案:


int ledPin = 10;
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(ledPin, HIGH);
  delay(250);
  digitalWrite(ledPin, LOW);
  delay(5000);
}
```

通过改变LED开和关的时间，可以产生不同的效果，开关时间短，则闪烁快，开关时间长，则闪烁慢。外面的灯光效果都是基于这样的原理。让我们再来看下硬件。看看硬件又是如何工作的。

硬件回顾

面包板

面包板是一种可重复使用的非焊接的元件，用于制作电子线路原型或者线路设计。简单的说，面包板是一种电子实验元件，表面是打孔的塑料，底部有金属条，可以实现插上即可导通，无需焊接的作用。面包板该怎么使用?其实很简单，就是把电子元件和跳线插到板子上的洞洞里，具体该怎么插，我们就要从面包板的内部结构上说了。
Arduino教程 02 LED灯闪烁「DFR0100」图5
从上图我们可以看到，面包板分为上下两个部分，蓝线指出的纵向每5个孔是相通的。那有人问，为什么上下两个部分不全通呢？其实面包板中间这个凹槽设计是有讲究的。凹槽两面孔间距刚好是7.62mm，这个间距正好可以插入标准窄体的DIP引脚的IC（如下图）。
Arduino教程 02 LED灯闪烁「DFR0100」图6

IC插上后，因为引脚多，一般很难取下，硬来很容易弄弯引脚，这个槽刚好可以用镊子之类的东西将IC慢慢取下。（这里引入DIP引脚的IC的目的是为了解释面包板凹槽的作用，后续课程如果用到该元件会有更详细的说明。）

电阻

下一个要说的元件是电阻。电阻的单位是 Ω（欧姆）。电阻会对电流产生一定的阻力，引起它两端电压的下降。可以将电阻想象成一个水管，它比连接它的管子细一点，当水（电流）流入电阻，因管子变细，水流（电流）虽然从另一端出来，但水流减小了。电阻也是一样的道理，所以电阻可以用来给其他元件减流或减压。

电阻有很多用处，对应名称也不同，上拉电阻，下拉电阻，限流电阻等。我们这里用作限流电阻。在这个例子里，数字引脚10的输出电压为5V，输入电流为40mA（毫安）直流电。普通的LED需要2V的电压和35mA左右的电流。因此如果想以LED的最大亮度点亮它，需要一个电阻将电压从5V降到2V，电流从40mA减到35mA。这个电阻起限流的作用。

如果不连电阻会怎样呢？流过LED的电流过过大(可以理解为水流过大，水管爆破了！)，会使LED烧掉，就会看到一缕青烟并伴随着糊味儿~

这里具体对电阻值选取的计算就不做说明了，只要知道在接LED时需要用到一个100Ω左右的电阻就可以了。大一点也没关系，但不能小于100Ω。如果电阻值选的过大的话，LED不会有什么影响，就是会显的比较暗。很容易理解，电阻越大，减流或减压效果更明显了。LED随电流减小而变暗。

电阻色环读值

我们元器件的包装袋上已经明确标明了各个元件的名称。但不排除有时候不小心标签掉了，可是手头又没有可以测量的工具，那该怎么办呢?有个方法就是从电阻上的色环来读取电阻值。我们这里就不做详细说明了。感兴趣的可以读读看阻值。

提供一个五色坏电阻阻值在线计算器:

（如果链接失效，请使用阻值计算器作为关键词搜索可用的网页或软件。）[/align">HTTP://WWW.eechina.com/tools/five_color_ring_resistance.html（如果链接失效，请使用阻值计算器作为关键词搜索可用的网页或软件。）[/align]

LED

最后要说就是LED,标准的发光二极管，是二极管中的一种。二极管是一种只允许电流从一个方向流进的电子器件。它就像一个水流系统的中的阀门，但是只允许一个方向通过。如果电流试图改变流动方向，那么二极管就将阻止它这么干。所以，二极管在电路中的作用通常是用来防止电路中意外地电源与地连接，避免造成损坏其他元件。
LED也是一种二极管，会发光的二极管。LED能发出不同颜色和亮度的光线，包括光谱中的紫外线和红外线。（比如我们经常使用的各类遥控器上面的LED也是其中一种，与普通的发光二极管长的一样，只是发出的光我们人眼看不到，我们也称之为红外发射管。）

如果仔细观察LED,你会注意到，LED引脚长度不同，长引脚为+，短引脚为-。那如果正负接反会怎么样呢？下面这张图就说明问题了，接反就不亮了呗。下图是不是还缺个电阻呀，细心的你发现了吗？
Arduino教程 02 LED灯闪烁「DFR0100」图7
在我们的套件中，还有一种LED，是4个脚的，不要以为我们发错了噢。这个LED功能可大着呢，它能呈现不同颜色，也称之为RGB LED。我们都知道红色、绿色、蓝色是三原色，通过这三种颜色的暗弱变换的组合可以呈现出任何你想要的颜色。把三种颜色放在同一个外壳里就能达到这样的效果。在我们之后的项目中还会介绍到。