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在Arduino上模拟和电子I/O工作

news 2025/9/18 12:20:52

一、Arduino 的 I/O 概述

二、数字 I/O 工作方式

1. 设置引脚模式

读写数字信号

三、模拟输入（Analog Input）

1. 原理

2. 使用方法

四、模拟输出（PWM）

1. 原理

2. 使用方法

五、注意事项

一、Arduino 的 I/O 概述

Arduino 的引脚可以分为两类：

数字 I/O (Digital Input/Output)
- 只能识别和输出 0 或 1（低电平 0V，高电平 5V/3.3V，具体看开发板）。
- 可用于控制 LED、读取按钮开关状态、与数字传感器通信等。
模拟 I/O (Analog Input/Output)
- 模拟输入 (Analog Input)：通过板载的 ADC（模数转换器） 把连续的电压（0V~5V 或 0~3.3V）转换成离散的数值（通常 10 位，范围 0~1023）。
- 模拟输出 (Analog Output)：Arduino 没有真正的 DAC（数模转换器），所以它的“模拟输出”其实是 PWM（脉冲宽度调制） 信号，用来“模拟”电压大小。

二、数字 I/O 工作方式

1. 设置引脚模式

在 setup() 里定义：

pinMode(pin, INPUT);      // 设置为输入
pinMode(pin, INPUT_PULLUP); // 输入并启用内部上拉电阻
pinMode(pin, OUTPUT);     // 设置为输出

读写数字信号

输入：

int buttonState = digitalRead(2); // 读取引脚 2 的电平（0 或 1）

输出：

digitalWrite(13, HIGH); // 将引脚 13 拉高（5V）
digitalWrite(13, LOW);  // 将引脚 13 拉低（0V）

⚡ 例子：按钮控制 LED

const int buttonPin = 2;
const int ledPin = 13;
int buttonState = 0;void setup() {pinMode(buttonPin, INPUT);pinMode(ledPin, OUTPUT);
}void loop() {buttonState = digitalRead(buttonPin);if (buttonState == HIGH) {digitalWrite(ledPin, HIGH);  // 点亮 LED} else {digitalWrite(ledPin, LOW);   // 关闭 LED}
}

三、模拟输入（Analog Input）

1. 原理

Arduino UNO 有 6 个模拟输入引脚（A0~A5）。
电压范围：0V ~ 5V
ADC 分辨率：10 位 → 输出数值 0~1023
- 0 → 0V
- 1023 → 5V
- 例如：输入 2.5V → 大约读到 512

2. 使用方法

int sensorValue = analogRead(A0); // 读取 A0 上的电压

⚡ 例子：电位器读数

int sensorValue = 0;void setup() {Serial.begin(9600); // 打开串口监视器
}void loop() {sensorValue = analogRead(A0);  Serial.println(sensorValue);   // 打印 0~1023 的数值delay(500);
}

四、模拟输出（PWM）

1. 原理

Arduino UNO 的某些数字引脚支持 PWM 输出（标有 ~ 的引脚，如 3, 5, 6, 9, 10, 11）。
PWM 用高速开关信号的 占空比 来模拟电压：
- 0% 占空比 → 0V
- 50% 占空比 → 2.5V（假设 5V 电源）
- 100% 占空比 → 5V

2. 使用方法

analogWrite(pin, value); 
// value 范围 0~255
// 0 = 0V, 255 ≈ 5V

⚡ 例子：呼吸灯

int led = 9;   // 支持 PWM 的引脚
int brightness = 0;
int fadeAmount = 5;void setup() {pinMode(led, OUTPUT);
}void loop() {analogWrite(led, brightness);   // 设置亮度brightness = brightness + fadeAmount;if (brightness <= 0 || brightness >= 255) {fadeAmount = -fadeAmount; // 反向变化}delay(30);
}