Arduino编程控制与应用 课件3-5 完成模拟输入与输出功能的实现

Arduino编程控制与应用能力模块三掌握Arduino文本编程的应用任务五完成模拟输入与输出功能的实现导入通过模拟输出、LED亮度调节、模拟输出与呼吸灯、模拟输入读取，从而实现模拟输入与输出功能。具体效果如下：1.通过调节流水灯多功能扩展板上的可调电阻改变A0引脚的电压，并在串口监视器中打印出A0引脚的电压模拟值。2.通过11号引脚输出模拟量，改变模拟量的大小，流水灯多功能扩展板的11号LED灯呈现不用的亮度。3.流水灯多功能扩展板的11号LED灯从暗逐渐变亮，然后再逐渐变暗，不断循环。新授Newteaching1目录一、模拟信号二、模拟输入与输出功能实现一、模拟信号

模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息，如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等等，我们通常又把模拟信号称为连续信号，它在一定的时间范围内可以有无限多个不同的取值。在Arduino中，常用0～5V的电压来表示模拟信号。

二、模拟输入与输出功能实现

Arduino板上实现模拟输入与输出功能需要用到如下函数：

analogReference()函数函数的作用是配置模拟输入输出端口的参考电压。analogRead()函数函数的作用是读取指定模拟端口的模拟值，读取周期为100µs，最大读取速度可达每秒10000次。analogWrite()函数函数的作用是通过PWM的方式在端口输出一个模拟量，经常用于LED亮度控制和电机转速控制。二、模拟输入与输出功能实现1.analogReference()函数

analogReference函数的作用是配置模拟输入输出端口的参考电压。获取该

端口的电压值后，根据参考电压将模拟值转换为0-1023。此函数为无返回值函数。其调用形式为：analogReference(type)；参数type的选项如下：1.DEFAULT：默认5V或3.3V为基准电压（以Arduino板的电压为基准电压）；2.INTERNAL：低电压模式，使用片内基准电压（Mega板无此选项）；3.INTERNAL1V1：低电压模式，以1.1V为基准电压（此选项只针对Mega板）；4.INTERNAL256：低电压模式，以2.56V为基准电压（此选项只针对Mega板）；5.EXTERNAL：扩展模式，以AREF端口（0～5V）的电压为基准电压（此选项只针对Mega板）。二、模拟输入与输出功能实现2.analogRead()函数

analogRead函数的作用是读取指定模拟端口的模拟值，读取周期为100µs，最大读取速度可达每秒10000次。其调用形式为：analogRead(pin)；参数pin表示读取模拟输入端口编号（必须是模拟输入输出端口，对于UNO即为A0-A5端口），函数的返回值为整型值（0-1023之间）。输入电压为5V的读取精度为5V/1024个单位，约等于0.0049V。输入范围和精度可以通过前面学习的analogReference函数修改。二、数字信号的基本知识3.analogWrite()函数

analogWrite函数的作用是通过PWM的方式在端口输出一个模拟量，经常用于LED亮度控制和电机转速控制。analogWrite函数为无返回值函数。其调用形式为：analogWrite(pin,value)；参数pin表示所要设置的端口，只能选择函数支持的端口（这些端口一般标有“～”或“PWM”，对于UNO板来说是3、5、6、9、10、11端口）；参数value表示PWM输出的占空比，范围在0～255之间，对应的占空比为0～100%。二、模拟输入与输出功能实现

PWM（PlusWidthModulation，脉冲宽度调制）是一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（包含形状以及幅值）。它对模拟信号电平进行数字编码，也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化。占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比，例如方波的占空比就是50%。二、模拟输入与输出功能实现

Arduino板上数字前面带“A”的端口是模拟输入端口，使用这些端口可以完成模拟输入功能，但作为输出端口时只能当做数字端口使用。模拟输出端口一般标有“～”或“PWM”，对于UNO板来说是3、5、6、9、10、11端口。任务实施2TaskImplementation一、任务准备（一）软件及硬件准备序号软件及硬件名称数量1ArduinoIDE/2联网的电脑1台/人3键盘1个/人4鼠标1个/人5ArduinoUNO开发板1块/人6流水灯多功能扩展板1块/人7USB串口线1根/人一、任务准备（二）场地设备准备（三）安全防护准备任务实施前需要做好场地防护准备以及检查实训场地和设备设施是否及存在安全隐患，如不正常请汇报老师并进行处理方可实施任务。11.注意Arduino开发板与电脑的连接是否可靠；22.注意Arduino开发板与电脑连接端口的匹配；

33.注意输出电压，避免开发板被烧坏；

44.注意Arduino开发板与流水灯多功能扩展板连接时，针脚要对孔，插入时要小心，避免阵脚变歪或折断。

二、实施步骤（一）控制电路连接

连接线的方头端接口连接ArduinoUNO开发板，另一端USB接口连接电脑。

二、实施步骤（二）控制程序编写与上传

步骤1：打开ArduinoIDE软件，进入界面。

二、实施步骤（二）控制程序编写与上传

步骤2：在工具-端口-选择对应的端口。若分不清端口，先把开发板连接上，查看端口，有COM1、COM3、COM4、COM5、COM6；断开开发板连接，查看端口，有COM3、COM4、COM5、COM6；少了一个COM10端口，那么COM10就是对应的端口。

二、实施步骤（三）模拟输入读取

步骤1：新建一个文档，//后的代号可删除；在【代码编写区域】中输入“intitem;”，然后在“voidsetup(){”下方输入“Serial.begin(9600);”，最后在“voidloop(){”下方输入如图所示代码

任务效果：通过调节流水灯多功能扩展板上的可调电阻改变A0引脚的电压，并在串口监视器中打印出A0引脚的电压模拟值。二、实施步骤（三）模拟输入读取

步骤2：点击上传，如果操作顺利，就会显示上传成功，然后打开串口监视器，其会打印出现一个值（具体的数值要看可调电阻所处的位置），这是读取到了模拟输入的值，如图所示。

二、实施步骤（三）模拟输入读取

步骤3：可通过旋转可调电阻来改变模拟输入的值（理论范围是0-1024），逆时针旋转模拟输入值增大，反之减小。在串口监视器都可读取变化的模拟输入值，如图所示。

二、实施步骤（三）串口与数字输出步骤4：控制程序解析：定义一个整数变量item，设置初始化函数中定义串口的波特率为9600，在loop函数中读取A0的值并保存在item变量中，通过串口监视器打印出item的值，然后延时1000ms。程序运行流程如图3-5-8所示。

二、实施步骤（四）模拟输出

步骤1：新建一个文档，//后的代号可删除；在【代码编写区域】中的输入“intitem=255;”，随后在“voidsetup(){”的下方输入“pinMode(11,OUTPUT)；”，最后在voidloop(){的下方输入“analogWrite(11,iteam)；”，完成的代码如图所示。

二、实施步骤（四）模拟输出

步骤2：点击上传，如果操作顺利，就会显示上传成功，然后可发现3号LED非常的亮，是因为此时的模拟输出电压值为最大的255，如图所示。可以通过改变模拟输出电压来控制3号LED的亮度，模拟输出电压越大LED越亮，模拟输出电压值范围是0-255。

二、实施步骤（四）模拟输出

步骤3：控制程序解析：定义一个整数型变量item并赋值为255，在初始化函数中设置11号引脚为输出模式，在loop函数中设置11号引脚输出值为item的模拟量。程序运行流程如图所示。

二、实施步骤（五）模拟输出与呼吸灯

步骤1：新建一个文档，//后的代号可删除；在【代码编写区域】中的“voidsetup（）{”下方输入“pinMode(11,OUTPUT);”，再在“voidsetup(){”下方输入如图所示代码。点击上传，如果操作顺利，就会显示上传成功，然后可发现3号LED的亮度由弱变强，以此形式进行循环，跟呼吸一样，因此称其为呼吸灯。

二、实施步骤（五）模拟输出与呼吸灯

步骤2：控制程序解析：在初始化函数中设置11号引脚为输出模式，在loop函数中使用for循环函数使11号引脚输出值为i的模拟量并延时6ms，i的值从0到255，每次循环加1，当i大于255时退出for循环，进入下一个for循环，设置11号引脚输出值为i的模拟量并延时6ms，i的值从255到0，每次循环减1。当i小于0的时候退出循环。程序运行流程如图3-5-13所示。

二、实施步骤（五）模拟输出与呼吸灯

步骤4：控制程序解析：定义一个整数变量item，设置初始化函数中定义串口的波