1.2 可以做什么？

• 学习编程与电子基础（LED、按键、传感器）。
• 制作互动作品（自动浇花、智能小夜灯、电子骰子等）。
• 打通进阶路径（物联网、机器人、嵌入式开发）。

学习路径建议：从 Blink 验证环境与基础IO开始，进阶到按钮/串口交互，再尝试读写传感器与显示屏，逐步形成“感知-处理-输出”的完整闭环。

2.1 常见开发板

• Uno R3/R4：教学与入门首选，资料齐全。
• Nano：体积小巧，面包板友好。
• Mega 2560：IO丰富，适合大型项目。
• Leonardo/Micro：原生USB HID，易做键盘/鼠标。

2.2 外设与扩展

• 传感器：温湿度、光照、超声波、加速度等。
• 扩展板/模块：电机驱动、蓝牙/WiFi、显示屏、SD卡等。
• 生态优势：大量示例与库，快速构建原型。

3.1 安装 Arduino IDE

• 从官网下载安装 Arduino IDE（1.x 或 2.x 版本均可）。
• macOS 可能需要在系统设置中允许运行来自认证开发者的App。

3.2 连接与驱动

• 使用USB线连接开发板与电脑，选择正确的开发板型号与端口。
• 某些克隆板需要额外驱动（如CH340/CP2102）。
• IDE 中“工具”菜单设置：开发板、端口、程序员（默认）。

4.1 Blink 是什么？

• 让板载LED（通常是13号引脚或LED_BUILTIN）周期性闪烁。
• 意义：验证开发环境、编译、下载、串口、供电是否正常。

4.2 运行步骤

• 打开示例：文件 -> 示例 -> 01.Basics -> Blink。
• 选择正确开发板与端口，点击“上传”（右箭头）。
• 观察LED闪烁（1秒亮、1秒灭）。

// 标准 Blink 示例（可直接上传运行）
const int LED_PIN = LED_BUILTIN; // 大多开发板板载LED连到此常量

void setup() {
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // 点亮
  delay(1000);                 // 保持1秒
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);  // 熄灭
  delay(1000);                 // 保持1秒
}

小挑战：尝试把 delay(1000) 改为不同数值，观察节奏变化。

5.1 程序结构

• 两个核心函数：setup()（开机/复位后运行一次）、loop()（循环执行）。
• 注释：// 行注释，/* ... */ 块注释。

5.2 变量与类型

• 常见类型：int、long、float、bool、char、String。
• 命名建议：有意义、驼峰命名、避免魔法数字，使用常量。

5.3 控制结构

• 条件：if / else if / else。
• 循环：for、while、do...while。
• 延时：delay(ms)；非阻塞：millis() 定时。

5.4 函数与库

• 自定义函数：输入参数、返回值与作用域。
• 使用库：通过“管理库”搜索并安装，示例代码一键运行。

6.1 数字与模拟

• 数字IO：HIGH/LOW、INPUT/OUTPUT、INPUT_PULLUP。
• 模拟输入：analogRead(A0~)，返回0~1023（10位ADC，传统AVR）。
• PWM“模拟输出”：analogWrite(引脚, 占空比0~255)。

6.2 供电与引脚

• 常见电源：5V/3.3V/USB；GND 必须共地。
• 保护：限流电阻（如LED 220Ω）、模块工作电压匹配。
• 引脚图：了解板载LED、串口、I2C(SDA/SCL)、SPI等位置。

7.1 串口基础

• Serial.begin(波特率) 初始化；常用9600或115200。
• Serial.print/println 输出数据到串口监视器。

// 串口输出示例：在监视器中每秒打印一次计数
unsigned long last = 0;
unsigned long cnt = 0;

void setup(){
  Serial.begin(9600);
  // 等待串口准备（部分板型需要）
  // while(!Serial) { ; }
  Serial.println("Serial ready.");
}

void loop(){
  unsigned long now = millis();
  if(now - last >= 1000){
    last = now;
    Serial.print("seconds = ");
    Serial.println(++cnt);
  }
}

提示：打开“串口监视器”，波特率选择与 Serial.begin 保持一致。

7.2 调试技巧

• 关键变量打印、分段定位问题。
• 使用延时/标记文本观察程序流。
• 注意：频繁打印会影响时序，必要时降低频率。

8.1 目标与材料

• 目标：通过代码控制外接LED按指定节奏闪烁。
• 材料：Arduino Uno、LED、220Ω电阻、面包板、若干杜邦线。

8.2 接线

• LED 长脚(阳极) -> 电阻 -> 数字引脚 8。
• LED 短脚(阴极) -> GND。

8.3 代码提示

• 使用 pinMode(8, OUTPUT)、digitalWrite(8, HIGH/LOW)、delay(ms)。
• 试着改变间隔实现“SOS”闪烁节奏。

// 外接LED闪烁：引脚8，串联220Ω到LED阳极，阴极接GND
const int LED_PIN = 8;

void setup(){
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void dot(){ digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(200); digitalWrite(LED_PIN, LOW); delay(200); }
void dash(){ digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(600); digitalWrite(LED_PIN, LOW); delay(200); }

void loop(){
  // S (···)
  dot(); dot(); dot();
  delay(400);
  // O (———)
  dash(); dash(); dash();
  delay(400);
  // S (···)
  dot(); dot(); dot();
  // 字之间间隔
  delay(1000);
}

进阶：用 millis() 重写为非阻塞闪烁逻辑。

9.1 目标与材料

• 目标：按下按钮点亮LED，松开熄灭；进阶：按一下切换状态。
• 材料：按钮、10kΩ上拉/下拉电阻（或使用INPUT_PULLUP）。

9.2 接线方案A（外部电阻）

• 按键一端 -> 5V；另一端 -> 数字引脚 7 与 10kΩ -> GND。
• LED 与 220Ω 串联 -> 数字引脚 8；LED 另一端 -> GND。

9.3 接线方案B（内置上拉）

• pinMode(7, INPUT_PULLUP)；按键一端 -> 引脚7；另一端 -> GND。
• 读取值取反：按下为LOW，松开为HIGH。

9.4 去抖动与状态机

• 软件去抖：检测变化后延时10~50ms再确认。
• 状态切换：按下沿触发，使用变量保存LED当前状态。

// 按一下切换LED状态（带简单去抖），按钮接7脚，使用内置上拉
const int BTN_PIN = 7;
const int LED_PIN = 8;

bool ledOn = false;
int lastStable = HIGH;          // 使用 INPUT_PULLUP，未按下为HIGH
unsigned long lastChange = 0;
const unsigned long debounce = 30; // 去抖时间(ms)

void setup(){
  pinMode(BTN_PIN, INPUT_PULLUP);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_PIN, ledOn ? HIGH : LOW);
}

void loop(){
  int reading = digitalRead(BTN_PIN);
  if(reading != lastStable){
    // 可能发生了状态变化，开始计时
    if(millis() - lastChange > debounce){
      lastChange = millis();
      lastStable = reading;
      if(lastStable == LOW){
        // 检测到按下沿，切换LED状态
        ledOn = !ledOn;
        digitalWrite(LED_PIN, ledOn ? HIGH : LOW);
      }
    }
  }
}

提示：若按钮接线为下拉到GND且另一端到5V，请相应修改输入模式与逻辑。

10.1 连接与供电

• USB线故障/仅充电不传数据；端口选择错误。
• GND未共地、LED极性接反、无限流电阻导致烧毁风险。

10.2 编译与上传

• 开发板/端口选择错误；库未安装或重名冲突。
• 正在占用串口监视器导致上传失败（先关闭监视器）。

10.3 逻辑与时序

• 阻塞式delay导致按钮不灵敏；用millis()改写为非阻塞。
• 浮空输入抖动：使用上拉/下拉或INPUT_PULLUP。

11.1 课堂作业（任选其一或全部）

• 用millis()实现非阻塞节拍器LED（快/慢档切换）。
• 实现“按一下切换LED状态”，加入去抖动。
• 把按钮状态通过Serial打印，并统计按压次数。

11.2 拓展方向

• 连接光敏电阻，做自动夜灯（阈值判断）。
• 使用蜂鸣器播放提示音（tone/noTone）。
• 下一讲：使用1602 LCD 显示（参考同目录LCD讲义）。

12.1 本讲收获

• 了解 Arduino 平台与常见板型，完成环境安装与Blink。
• 掌握基本的C/C++语法与Arduino API（数字/模拟IO、串口）。
• 独立完成两个基础实战，具备继续学习的信心与路径。