2017级Arduino小组学习任务

推荐学习资料：

1. 官网参考资料 https://www.arduino.cc/reference/en/
2. Arduino公开课 http://ardui.co/basic
3. 一个内容非常丰富的网站 https://randomnerdtutorials.com/projects-arduino/

目录

项目1：Arduino基本输入输出电路（任务序号 1）
项目2：PWM实现变色LED灯 （任务序号 2）
项目3：用电位器实现调光LED灯 （任务序号 3）
项目4：用模拟温度传感器LM35实现温度测量（任务序号 4）
项目5：用光敏电阻实现手机的自动屏幕亮度效果（任务序号 5）
项目6：用蜂鸣器演奏简单的乐曲（任务序号 6、7）
项目7：利用一位数码管实现0-9数字的显示（任务序号 8、9）
项目8：利用四位数码管实现动态扫描显示（任务序号 10、11）
项目9：利用MAX7219点阵模块实现形状符号显示（任务序号 12）
项目10：利用数字温度传感器18B20+四位数码管显示温度值（任务序号 13）
项目11：利用数字温湿度传感器DHT11+四位数码管显示温湿度值（任务序号 14）
项目12：按键消抖（任务序号 15）
项目13：Arduino外部中断（任务序号 16）
项目14：定时器中断（任务序号 17）
项目15：实时时钟 + 四位数码管显示时间 + 按键调表 （任务序号 18、19、20）

项目1. Arduino基本输入输出电路（任务序号 1）

（由一个小组独立完成）

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1. Arduino的基本输入输出函数
   （详细介绍pinMode、digitalWrite、digitalRead三个函数的参数及用法）
2. 上拉电阻在输入电路中的作用
   （结合pinMode函数的参数介绍何谓上拉电阻、在读取按键输入时，分别使用无上拉、内置上拉和外置上拉，编程演示其异同）
3. 限流电阻在输出电路中的作用
   （查资料了解Arduino GPIO端口能够输入和输出的最大电流是多少，查资料了解红、绿、蓝三色LED正常工作的电流范围是多少，说明在GPIO端口接LED为何要串接限流电阻，一般串接多大阻值的限流电阻）
4. 大电流驱动电路
   （由于Arduino GPIO端口输出电流有限，不能直接驱动电机、继电器等需要较大电流的设备，因此需要使用三极管或场效应管设计驱动电路，画出三极管或场效应管驱动继电器的电路图，并说明其工作原理）

项目2. PWM实现变色LED灯 （任务序号 2）

（由一个小组独立完成）
要求：使用Arduino Nano + 三色LED模块，实现从串口输入RGB值，LED显示对应的颜色，如串口输入255，0，0，LED为纯红色，输入255，255，0，LED为黄色。

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1. 什么是PWM？有何用途？
2. Arduino 产生PWM信号的两种方式
   2.1 适用于所有GPIO的纯软件编程方式
   (讲解此方式需给出一个用PWM信号控制板载LED灯亮度变化的示例代码)
   2.2 仅适用于6个端口的硬件方式
   (讲解此方式重点介绍AnalogWrite函数的用法)
   3 串口输入输出的基本方法（给出最简单的代码示例）
   4 串口控制变色灯的实现（Fritzing绘制的电路图、工作原理的说明、包含完整注释的源代码、map函数的用法）

项目3. 用电位器实现调光LED灯（任务序号 3）

（由一个小组独立完成）
要求：通过旋转电位器（可变电阻）改变一个外接LED灯的亮度

1. Arduino 模数转换函数 AnalogRead的用法
   （在哪些引脚上可用，给出一个以可变电阻分压为输入，从串口输出模数转换数值的例程）
   2.1 用电位器实现调光LED灯（使用AanlogWrite函数，即项目1中的2.2方式）
   （Fritzing绘制的电路图、工作原理的说明，包含完整注释的源代码）
   2.2 用电位器实现调光LED灯（使用软件编程的方法，即项目1中的2.1方式）
   （工作原理的说明，包含完整注释的源代码，与2.1代码的比较）

项目4. 用模拟温度传感器LM35实现温度测量（任务序号 4）

（由一个小组独立完成）
要求：使用LM35传感器，从串口输出当前环境温度

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1. 如何通过https://www.alldatasheet.com/网站检索LM35的datasheet（说明书）
2. 如何对照datasheet来分辨LM35的引脚和了解工作原理
3. 用万用表测量LM35电压输出引脚的电压并手动换算温度
   （不接Arduino的情况下，用万用表测量LM35输出引脚的电压并手动换算温度，改变LM35所处环境的温度，观察电压的变化，此节的目的是理解原理）
4. 实现温度测量 （Fritzing绘制的电路图、工作原理的说明、包含完整注释的源代码、map函数的用法）

项目5. 光敏电阻实现手机的自动屏幕亮度效果（任务序号 5）

（由一个小组独立完成）
要求：在光线强的地方，自动增强LED的亮度，在光线弱的地方，自动增强LED的亮度

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1. 5506型光敏电阻的主要参数及其在测光电路中的接法
   （参数主要介绍亮电阻和暗电阻，可参考购买的网店页面介绍 https://detail.tmall.com/item.htm?spm=a1z10.3-b.w4011-3660415149.42.621365aerMcRtl&id=574358540746&rn=91d85a52ccf5c88842b7a54e9754504a&abbucket=19）
2. 用万用表测量光敏电阻的阻值，观察其阻值随光线强弱的变化情况
   此节的目的是理解原理）
3. 实现温度测量 （Fritzing绘制的电路图、工作原理的说明、包含完整注释的源代码、map函数的用法）

项目6. 用蜂鸣器演奏简单的乐曲（任务序号 6、7）

（两个小组合作完成，自主分工）

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1. 什么是无源蜂鸣器和有源蜂鸣器（有什么特点，适用于什么场景）
2. 写一个用旋转电位器连续改变蜂鸣器音调的程序
   （Fritzing绘制的电路图、工作原理的说明、包含完整注释的源代码）
3. Arduino中与音调有关的两个函数（tone 和 noTune）
4. 写一个连续播放7个音符，每个音符时长1秒的程序 （包含完整注释的源代码）
5. 把乐谱转换为播放程序的基本方法（需要哪些变量，以什么方式存储）
6. 编程实现播放《两只老虎》（包含完整注释的源代码）
7. 微动开关（按键）的结构、引脚及电路连接方法
8. 实现7键电子琴 （Fritzing绘制的电路图、工作原理的说明、包含完整注释的源代码）

项目7. 利用一位数码管实现0-9数字的显示（任务序号 8、9）

（两组合作，一组完成1-4，另一组完成5-7）

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1. 一位数码管的结构原理
   （何谓共阴、共阳？在电路连接和软件编程方面有何区别）
2. 一位数码管与Arduino的连接电路
3. 设计0-9数字显示用的字形表
   （如何设计？共阴和共阳有何区别？如何在程序中存储？能显示哪些英文字母？）
4. 编写三个例程（包含完整注释的源代码）
   4.1 串口输入数字n，则显示数字n
   4.2 0-9循环显示，每个数字显示1秒
   4.3 连接一个微动开关（按键），按一下，显示一个数字，0-9循环。（Friting绘制电路图）
5. 74HC595的引脚及其功能
   （下载74HC595的datasheet，了解其引脚和功能）
6. 74HC595实现串入并出
   （不用Arduino，用微动开关（按键）+8个LED+1片74HC595，实现一个按键驱动的移位亮灯，目的是理解74HC595的基本工作原理）
7. 用74HC595实现4.2程序
   (使用Arduino的shiftOut函数，重点介绍函数用法、电路连接，Fritzing绘出电路图)

项目8. 利用四位数码管实现动态扫描显示（任务序号 10、11）

（两个小组完成，共同完成1-2，分别完成3、4）

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1. 探究视觉暂留效应与扫描现实刷新速率
   （用4个LED串接470欧限流电阻后接到Arduino板相邻的四个口线上，编写简单的“流水灯”程序，改变每个LED点亮的时间，确定人眼看上去四个LED同时亮且感觉不到闪烁的点亮时间是多少）
2. 四位数码管的电路结构与显示原理
   （什么是位选、什么是段选、共阴与共阳的区别、显示4位数字，需要多少条口线？显示n位数字呢？）
3. Arduino直接连接四位数码管实现四位阿拉伯数字显示
   （Friting绘制电路图（注意每个段都要加470欧姆限流电阻），程序原理说明，包含完整注释的源代码）
4. Arduino + 74HC595 + 四位数码管实现动态扫描显示
   （Friting绘制电路图（注意每个段都要加470欧姆限流电阻），程序原理说明，包含完整注释的源代码，可参考项目6的相关代码）

项目9. 利用MAX7219点阵模块实现形状符号显示（任务序号 12）

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1. MAX7219显示驱动芯片的功能特性
   （从http://www.alldatasheet.com检索并下载MAX7219说明书，介绍：芯片主要功能、性能参数、引脚、工作原理等）
2. 8x8LED点阵屏的内部结构与原理（与项目8第2节的内容相类比，本质上是一样的）
3. Arduino + MAX7219 + 8x8点阵的硬件电路连接
   （分别画出连接1片8x8点阵的电路和多个MAX7219+8x8点阵级联的情况）
4. 显示8x8点阵图形的程序实现（包含完整注释的源代码）
   （顺便介绍一下取字模软件的用法）

项目10：利用数字温度传感器DS18B20+四位数码管显示温度值（任务序号 13）

Guide for DS18B20 Temperature Sensor with Arduino | Random Nerd Tutorials https://randomnerdtutorials.com/guide-for-ds18b20-temperature-sensor-with-arduino/

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1. DS18B20 数字温度传感器的功能特性
   （从http://www.alldatasheet.com检索并下载DS18B20说明书，介绍：芯片主要功能、性能参数、引脚、典型电路连接方法等）
2. DS18B20所需的OneWire库和DallasTemperature库的安装与使用
   2.1 在Arduino IDE中安装库的方法（“项目”—“添加库”—“管理库”）
   2.2 通过网络下载手动安装库的方法
   （OneWire库下载地址：https://github.com/PaulStoffregen/OneWire）
   （DallasTemperature库下载地址：https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature-Control-Library）
3. DS18B20+四位数码管显示温度值
   （硬件电路图、包含注释的完整代码）
4. 在3的基础上实现温度报警功能
   （硬件电路图、包含注释的完整代码，当温度高于或低于某设定值时，蜂鸣器发出报警声）

项目11：利用数字温湿度传感器DHT11+四位数码管显示温湿度值（任务序号 14）

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1. DHT11 数字温度传感器的功能特性
   （从http://www.alldatasheet.com检索并下载DHT11说明书，介绍：芯片主要功能、性能参数、引脚、典型电路连接方法等）
2. DHT11 Arduino库的安装与使用
   2.1 在Arduino IDE中安装库的方法（“项目”—“添加库”—“管理库”）
   2.2 通过网络下载手动安装库的方法
   （该库下载地址：https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library）
3. DHT11+四位数码管显示温度值
   （硬件电路图、包含注释的完整代码）
4. 在3的基础上实现温湿度报警功能
   （硬件电路图、包含注释的完整代码，当温湿度高于或低于某设定值时，蜂鸣器发出报警声）

项目12：按键消抖（任务序号 15）

参考资料：https://blog.csdn.net/tigerrui/article/details/82735721

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1. 按键抖动及消抖的基本原理介绍
   （按键抖动的危害（给出一个简单的示例程序），软件消抖与硬件消抖的基本原理）
2. 常用软件消抖方法
   2.1 纯手工编程实现软件消抖（分别讨论按下消抖、弹起消抖的实现，完整示例程序）
   2.2 利用Bounce2函数库实现按键消抖（库的下载安装及完整示例程序）
3. 硬件消抖电路及其原理
   （画出电路图，说明原理）

项目13：Arduino外部中断（任务序号 16）

参考资料：
https://blog.csdn.net/c80486/article/details/52622035
https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/

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1. 中断的概念、分类及其用途
   （内部中断与外部中断的区别，在Arduino中的具体体现）
2. Arduino中的外部中断
   2.1 支持外部中断输入的引脚
   2.2 Arduino中断相关函数及其用法 （attachInterrupt() 与 detachInterrupt() ）
   （重点介绍 attachInterrupt函数及其参数，编程演示不同的中断触发类型（LOW、CHANGE、RISING、FALLING））
3. 中断应用示例程序
   3.1 编写一个手动方式实现PWM十档调光的程序（不使用AnalogWrite函数，手工编写代码生成PWM信号（可参考项目2的2.1节），外接一个按键，每按一下键，亮度在1-10档间循环，用查询的方式检测按键）
   3.2 改为用中断的方式检测按键，其他均同上，比较两者的差别（编程复杂度方面，实际使用效果方面）

项目14：定时器中断（任务序号 17）
参考资料：
https://blog.csdn.net/c80486/article/details/52622035
https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/

图文教程详细目录

1. 中断的概念、分类及其用途
   （内部中断与外部中断的区别，在Arduino中的具体体现）
2. Arduino中的定时器中断
   2.1 Arduino 定时器中断的基本使用方法与注意事项
   2.2 Arduino 定时器中断函数库 MsTimer2的安装与使用
   （下载地址：https://github.com/PaulStoffregen/MsTimer2）
   2.3 利用Arduino定时器中断来检测按键时长
   （外接一个按键，设置一个时长为1ms的定时器中断，按下按键后，统计中断发生的次数，直至按键弹起，此时的次数即是以ms为单位的按键时长，从串口输出）
3. 综合应用案例
   （在2.3的基础上，完成一个进阶的案例：反应时间检测。外接一个按键一个LED等，按下按键后，随机等待10-20秒，LED灯熄灭，当按键者看到LED熄灭时，立即松手让按键弹起，从LED熄灭，到按键弹起，即为人的反应时间，从串口输出，精确到1ms）

项目15：实时时钟 + 四位数码管显示时间 + 按键调表 （任务序号 18、19、20）

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1. DS3231实时时钟芯片功能与特性
   （从http://www.alldatasheet.com检索并下载DS3231说明书，介绍：芯片主要功能、性能参数、封装形式与引脚、工作原理、典型电路连接方法等）
2. I2C通信方式原理与应用
   （I2C是各类传感器与模块与Arduino通信的最常用方式之一，重点介绍I2C的特点、Arduino的相关引脚、相关库的安装与使用）
3. DS3231实时时钟模块的原理图
   （检索DS3231实时时钟模块的电路图，说明电路各部分的功能，说明模块各引脚的功能）
4. DS3231实时时钟的基本实现
   （利用I2C库和DS3231库实现从串口每隔1S输出一次年月日星期时分秒信息，实现从串口输入“YYYYMMDDHHMMSS”格式的信息后，实现调表功能，写出包含完整注释的代码）
5. DS3231 + 四位数码管显示
   （画出电路图，写出包含完整注释的代码，MM.DD 与 MM:SS分别显示5S。）
6. DS3231 + 四位数码管显示 + 按键调表
   （画出电路图，写出包含完整注释的代码，连接几个按键，实现从运行状态到调表状态切换、年月日时分秒字段的切换、数值的增减等）