编程实现点灯和串口打印hello world

Tutorial: 卓越工程师 Category: 嵌入式 Published: 2026-10-23 11:05:29 Views: 1 Likes: 0 Comments: 0

309.4、编程实现点灯和串口打印 hello world

void setup() {                     // 定义初始化函数；开发板每次上电或复位后，Arduino 框架会调用它一次。
    pinMode(13,OUTPUT);            // 将视频使用的 13 号数字引脚配置为输出，用它控制板载 L 灯。
}                                  // setup 函数结束，随后 Arduino 框架开始反复调用 loop。
void loop() {                      // 定义反复执行的主循环；只要程序正常运行，本函数就会一轮接一轮执行。
    digitalWrite(13,LOW);          // 把 13 号引脚输出为低电平；在本节 Uno 兼容板上，L 灯熄灭。
    delay(2000);                   // 当前主流程停留 2000 毫秒，即约 2 秒，因而保持熄灭约 2 秒。
    digitalWrite(13,HIGH);         // 把 13 号引脚输出为高电平；在本节 Uno 兼容板上，L 灯点亮。
    delay(2000);                   // 当前主流程再停留约 2 秒；结束后 loop 从头执行，再把灯熄灭。
}                                  // 本轮循环结束；Arduino 框架会再次调用 loop，形成约 4 秒一个周期的闪烁。

上方是视频约 05:00 编译并上传的第一份独立草图。讲师随后删除点灯语句，将它改成下面的串口打印草图；二者不是同一时刻共同运行的程序，不能把两组 setup()、loop() 原样粘进同一个草图。

void setup() {                     // 定义初始化函数；每次上电或复位后执行一次。
    Serial.begin(115200);          // 以视频实际使用的 115200 bit/s 初始化硬件串口。
}                                  // 串口初始化结束，随后进入反复执行的 loop。
void loop() {                      // 定义反复执行的主循环。
    Serial.println("hello world"); // 发送字符串 hello world，并在末尾追加回车符和换行符。
    delay(1000);                   // 当前主流程等待约 1000 毫秒，再开始下一轮打印。
}                                  // 本轮结束；下一轮会再次打印一行 hello world。

第二份草图逐字保留视频最终画面中的 115200、Serial.println("hello world") 和 delay(1000)。代码围栏按项目要求写为 c，但 Arduino 的 .ino 草图实际会按 C++ 流程预处理、编译，并与 Arduino 核心链接；这里没有抄入 Serial、digitalWrite() 等库和核心的内部实现。

一、Arduino 的基本语法

本节在课程的 Arduino Uno R3 CH340G 兼容板上完成两个最小实验：先用数字输出让板载 L 灯按“灭 2 秒、亮 2 秒”循环，再用硬件串口约每秒打印一行 hello world。它们分别验证了数字输出、延时、程序上传和串口监视器这几条最基本的开发链路。

1.1 setup() 函数

  • Arduino 草图通常提供 setup() 和 loop() 两个函数。setup() 适合放引脚模式、串口、传感器等只需在一轮程序启动时配置一次的初始化代码。本节第一份草图在这里调用 pinMode()，第二份草图在这里调用 Serial.begin()。
  • “只执行一次”是指每次启动过程执行一次，不是烧录后永远只执行一次。重新上电、按复位键、重新上传，或者串口监视器的打开动作触发自动复位时，程序都会从启动流程重新开始，setup() 也会再次执行。
  • 视频把 setup() 口头类比成 C 语言的 main()，只能用来帮助理解“从这里开始做初始化”，不能当成真实调用关系。经典 Uno 的 AVR 核心已经实现了隐藏的 main()：先完成核心初始化，再调用一次 setup()，之后进入无限循环反复调用 loop()。因此用户草图里的 setup() 不是真正的 main()。
  • void 表示函数不向调用者返回结果；setup 是 Arduino 框架约定的函数名，大小写不能改；圆括号 () 表示本例没有参数；花括号 {} 围起函数体。

1.2 loop() 函数

  • loop() 放需要持续重复的业务逻辑。后续追光项目会在这里反复读取光敏传感器、比较光照并控制舵机；本节则反复改变 LED 电平或发送字符串。
  • 从效果上可以把它理解为“处在一个无限循环里”，但 loop() 本身不是 while(1) 语句。Arduino AVR 核心的 main() 使用无限 for 循环调用 loop()，每次 loop() 返回后，框架还可能处理 serialEventRun()，然后再调用下一轮 loop()。
  • 只要开发板保持供电且程序没有复位、卡死或进入其他不会返回的流程，loop() 就会持续被调用。每次调用都从函数第一条语句开始，不会自动记住上次执行到了哪一行。

1.3 编程点灯

1.3.1 板上四类指示灯

视频展示的 Uno 兼容板有 L、TX、RX、ON 四类指示灯，它们的含义不能混为一谈：

标识表示什么能证明什么、不能证明什么
L用户可控制的板载 LED；本板随数字引脚 13 的状态变化能验证 D13 输出及程序运行效果；不代表其他引脚都正常
TX / RXUSB—串口转换通道上的发送/接收活动上传或串口收发时可能闪烁；它们不是任意数字引脚通信的通用指示灯，也不能证明收到的数据内容正确
ON电源指示灯常亮说明板上电源轨已上电；不能证明草图已正确编译、上传或运行

课程板使用 CH340G，而官方 Uno R3 使用 ATmega16U2 做 USB—串口转换，具体 LED 驱动电路可能不同，所以不要仅凭 TX、RX 的字样武断判断“哪一颗一定表示主控向外发送”。应从整条链路理解：

电脑串口监视器 ⇄ USB ⇄ CH340G USB—串口桥 ⇄ ATmega328P 的 D0/RX、D1/TX

官方 Uno 资料还特别说明，板上 TX/RX 灯反映的是 USB—串口芯片与电脑之间的数据活动；仅在 D0、D1 上与另一设备通信，不一定让这两颗灯按同样方式闪烁。课程兼容板则应以它自己的原理图和实测为准。

1.3.2 D13 为什么能控制 L 灯
  • 官方 Uno R3 把 LED_BUILTIN 定义为数字引脚 13，本节兼容板也按 Uno 布局让 L 灯受 D13 控制。视频实测为 HIGH 时亮、LOW 时灭；这叫高电平有效。
  • pinMode(13,OUTPUT) 的作用是把 D13 配置为数字输出，不是“给 13 号引脚使能”。随后 digitalWrite(13,LOW) 或 digitalWrite(13,HIGH) 才真正选择输出电平。Uno 是 5 V 逻辑板，理想理解可把 LOW 看作接近 0 V、HIGH 看作接近 5 V，但实测电压会受供电和负载影响。
  • 板载灯的 LED、限流/驱动电路已经做在开发板上，本实验不用另接 LED。若另接裸 LED，则必须确认极性并串联合适的限流电阻，不能把 LED 直接跨接在输出和地之间。
  • 视频把 D13 数字写死在代码里，这是本节应保留的原代码。Arduino 还提供随板型变化的 LED_BUILTIN 常量，移植到其他开发板时更方便，但本节不擅自用它改写课堂源码。
1.3.3 引脚模式与函数语法
  • 对经典 AVR Uno，本节常用的三种 pinMode() 模式是：INPUT（高阻输入）、OUTPUT（输出）和 INPUT_PULLUP（输入并接通芯片内部上拉电阻）。视频所说“三种输出”是口误，应为“三种常用引脚模式”；本节控制 LED 必须用 OUTPUT。
  • Arduino 标识符区分大小写：pinMode 中的 M、digitalWrite 中的 W，以及常量 OUTPUT、LOW、HIGH 都要按代码书写。中文全角括号、逗号、分号也不能代替英文半角符号。
  • IDE 把函数或常量显示成某种颜色，只是语法高亮提示，不是“有效函数”的最终证明；所选开发板平台、库或编辑器主题变化时，颜色也可能不同。应以点击“验证/上传”后的编译结果为准。
  • 不是“每一行都必须加分号”。这里的函数调用语句 pinMode(...);、digitalWrite(...);、delay(...); 需要英文分号；函数定义行以及单独的 {、} 后面不加分号。
1.3.4 闪烁过程逐步展开

一轮 loop() 的执行顺序如下：

  1. D13 输出 LOW，L 灯灭。
  2. delay(2000) 阻塞当前主流程约 2000 ms，也就是 2 s。
  3. D13 输出 HIGH，L 灯亮。
  4. 再等待约 2 s。
  5. 本轮结束，下一轮马上从 LOW 开始。

因此完整名义周期约为 2 s + 2 s = 4 s，灭、亮各占约一半时间。视频约 06:09 的实物画面也依次展示“灭 2 秒、亮 2 秒”。delay() 的单位是毫秒，1000 ms = 1 s；它会让草图当前主流程在等待期不能继续做传感器读取等任务，因此适合入门演示，但以后需要多任务并行响应时通常不能大量依赖这种阻塞式等待。

1.3.5 编译、选择端口并上传

视频中的操作顺序为：

  1. 用可传输数据的 USB Type-B 线连接开发板和电脑，ON 灯亮起。
  2. 在 Arduino IDE 中选择板型 Arduino Uno。
  3. 在“工具 → 端口”选择插入此板后出现的端口；视频状态栏显示的是 COM3，这只是当时电脑分配的编号，其他电脑不必相同。
  4. 点击“上传”，等待编译和写入完成；上传期间 TX/RX 灯可能闪烁。
  5. 上传成功后观察 L 灯是否按预期闪烁。

板型决定编译参数和上传协议，端口决定上传目标，二者都要正确。找不到端口时，可在 Windows 设备管理器中对比插板前后新增的 COMx；课程 CH340G 兼容板还要确认 USB 线确实支持数据、CH340 驱动已正确安装。D0/RX、D1/TX 与 USB—串口桥共用硬件串口，上传异常时应先移除接在这两个引脚上、可能干扰电平的外设。

1.4 串口通信函数

1.4.1 例题：串口打印 hello world
  • Serial.begin(115200) 以 115200 bit/s 初始化 Uno 的硬件串口。转录把讲师提到的另一种常见速率识别成了“960”，结合 Arduino 常见设置应理解为 9600；但视频本次真正写入、编译和监视的值始终是 115200，所以精校代码只保留 115200。
  • Serial 在这块 Uno 兼容板上通过 ATmega328P 的硬件 UART 和 CH340G 与电脑交换数据。begin() 只设置通信速率，不会自动打印内容；真正发送字符串的是 Serial.println("hello world")。
  • Serial.print() 输出数据后不主动换行；Serial.println() 在数据后追加回车 \r 和换行 \n，所以串口监视器中每次 hello world 各占一行。字符串必须用英文双引号括起来，视频中的字母全为小写，中间有一个空格。
  • 程序进入第一轮 loop() 后会先打印，再执行 delay(1000)；所以第一行不会先等 1 秒才发送，后续两行的开始时间约相隔 1 秒，再加上很短的发送与循环开销。它是“约每秒一次”，不是严格的实时定时器。
1.4.2 串口监视器的两个下拉框

上传第二份草图后，视频打开串口监视器并把速率选为 115200 baud。监视器和程序必须使用相同速率，持续不一致时通常会显示乱码。画面中第一行开头出现过几个异常字符，但后续 hello world 已连续正确显示；单次残留或打开瞬间的异常字节不能仅凭画面确定具体成因，若乱码持续出现，应优先核对波特率、目标端口、USB 连接及是否频繁复位。

串口监视器右侧另一个“换行和回车”下拉框控制的是从监视器发送文字时，在末尾附加什么结束符。本程序没有调用 Serial.available()、Serial.read() 接收电脑输入，因此该选项不影响 println() 发往电脑的逐行输出；不要把它和 115200 baud 的速率选项混为一谈。

1.4.3 常见现象的判断
现象优先检查
编译报 not declared 或语法错误函数名大小写、英文括号/逗号/分号、字符串双引号
编译成功但上传失败是否选对 Arduino Uno 和实际 COMx，数据线、CH340 驱动、D0/D1 外设是否干扰
串口窗口一直空白是否上传的是第二份草图、是否打开正确端口、板子是否不断复位
持续乱码草图和监视器是否都为 115200、端口是否选错、连接是否稳定
hello world 挤在同一行是否误写成 Serial.print()，或接收软件是否按 CR/LF 显示
ON 灯亮但没有输出ON 只表示供电，仍需检查程序、上传和串口设置

核对依据

  • 本地 videos/309.4、编程实现点灯和串口打印hello world.mp4、对应转录与原始 Markdown：逐帧核对两份最终草图、D13 L 灯、COM3、Arduino Uno、115200 baud、实物闪烁和串口输出；源码以视频最终编译/上传画面为准，没有用后续追光项目代码补全。
  • Arduino AVR Core 的 main.cpp：核对经典 Uno 中隐藏的 main()、一次调用 setup()、循环调用 loop() 和 serialEventRun() 的真实关系。
  • Arduino 官方 Blink 示例与digitalWrite() 参考：核对 Uno 的 LED_BUILTIN 为 D13、HIGH/LOW 控灯以及 delay() 的毫秒单位和阻塞特性。
  • Arduino Uno Rev3 官方资料、Uno R3 引脚图与原理图：核对 D13/L、D0/RX、D1/TX、5 V 逻辑和 USB—串口指示灯的功能；课程 CH340G 兼容板与官方 16U2 版的差异以第 307 节已确认的实物为边界。
  • Arduino Serial.println() 参考与Arduino API 概览：核对串口初始化、print/println 差异及回车换行行为。
  • Arduino 草图构建流程：核对 .ino 草图会经过预处理、按 C++ 编译并与 Arduino 核心链接；本文只收录课堂业务代码，不抄录框架或库实现。
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