重要的内容写在前面：
- 该系列是以up主太极创客的零基础入门学用Arduino教程为基础制作的学习笔记。
- 个人把这个教程学完之后，整体感觉是很好的，如果有条件的可以先学习一些相关课程，学起来会更加轻松，相关课程有数字电路（强烈推荐先学数电，不然可能会有一些地方理解起来很困难）、模拟电路等，然后就是C++（注意C++是必学的）。
- 文章中的代码都是跟着老师边学边敲的，不过比起老师的版本我还把注释写得详细了些，并且个人认为重要的地方都有详细的分析。
- 一些函数的介绍有参考太极创客官网给出的中文翻译，为了便于现查现用，把个人认为重要的部分粘贴了过来并做了一些修改。
- 如有错漏欢迎指正。
视频链接：2-1 MeArm项目概述_哔哩哔哩_bilibili
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一、伺服电机（舵机）
1、认识伺服电机
（1）伺服电机是一种根据输入PWM信号占空比来控制输出角度的装置（二者具体有什么对应关系取决于电机的型号），其硬件结构如下图所示，电位器与转轴相连，转轴每一个转动角度都分别对应电位器的一个旋转角度，控制电路负责将电位器部分传来的信号和输入的PWM信号作比对，如果当前转轴的转动角度不符合输入PWM信号占空比对应的输出角度，则控制电路将控制电机带动齿轮组旋转，直到转轴的旋转角度与输入的PWM信号相对应。
（2）舵机一般有三根引线需要连接，且引线的颜色一般有统一标准，如下所示，其中橙色线负责给电机输入PWM信号，它不一定必须连接在Arduino的9号引脚，只要带PWM输出的引脚都可以连接。
（3）通常舵机需要的供电功率比较高，如果需要控制1个以上的舵机，那么必须使用单独的电源为舵机供电，而不能使用Arduino开发板的+5V引脚为1个以上的舵机供电。另外，如果使用独立电源为舵机供电，那么独立电源与Arduino必须共地（电源GND与Arduino的GND相互连接在一起）。
2、Servo库概述
（1）通过Servo库可以用Arduino控制舵机（伺服电机）。常见的Arduino舵机有两种，一种舵机轴可以旋转180度，还有一种舵机轴可以连续旋转，这种舵机的旋转速度是可以控制的。
（2）Servo库允许大多数Arduino开发板（如Arduino Uno）同时控制12个舵机，对于Arduino Mega，可以用Servo库同时控制48个舵机。
（3）请注意：使用Servo库可能会影响Arduino开发板的某些引脚的PWM功能。
（4）对于除Mega开发板以外的Arduino开发板，当使用Servo库时，开发板的9号和10号引脚的PWM功能是无法使用的，也就是说，Arduino程序如果使用了Servo库，无论9号和10号引脚上是否连接了舵机，这两个引脚都不能使用analogWrite进行控制。
（5）对于Mega开发板，使用12个以下的舵机是不会影响开发板的PWM功能的，但如果使用12个以上的舵机，那么Mega开发板上的引脚11和引脚12是要受到影响的。
3、Servo库提供的函数
（1）servo.attach(pin)：告知Arduino舵机的数据线连接在引脚pin上。
（2）servo.write(angle)：对于标准舵机，write函数会将舵机轴旋转到角度angle相应的位置；对于连续旋转类型的舵机，write函数可以设置舵机的旋转速度（0指示舵机向着一个方向全速旋转，180指示舵机向着另一个方向全速旋转，90指示舵机静止不动，以此类推）。
（3）servo.read()：获取当前舵机轴的角度（即上一次使用write()函数设置舵机轴的角度信息）。
（4）servo.attached()：检查某一个舵机对象是否连接在开发板引脚上，如果某一个舵机对象的确连接在开发板上则返回true，否则返回false。
（5）servo.deattach()：将舵机对象与Arduino开发板断开连接，舵机一旦与Arduino开发板断开连接，则引脚9和引脚10的PWM输出（analogWrite）功能将会恢复。
4、例——舵机自动旋转
（1）根据上图所示将电路连接好。
（2）将下面的程序下载到开发板中，会发现舵机进行重复的来回旋转。值得注意的是，C++采用面向对象的编程思想，Servo库的编写亦是如此，所以可以为Arduino控制的舵机分别创建Servo对象，通过Servo对象调用Servo类的成员函数以达到让对象（舵机）执行相应操作的效果。
#include <Servo.h> //包含Servo库的头文件
Servo myservo; //创建Servo对象用以控制伺服电机
int pos = 0; //存储伺服电机角度信息的变量
void setup()
{
myservo.attach(9); //Servo对象（其控制的电机）连接在9号引脚
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
for (pos = 0; pos < 180; pos += 45) //从0度转到180度，每一步旋转45度
{
myservo.write(pos); //舵机旋转轴旋转到'pos'变量的角度
Serial.println(pos);
delay(1500); //等待1.5秒以确保伺服电机可以达到目标角度
}
for (pos = 180; pos > 0; pos -= 45) //从180度转到0度，每一步旋转45度
{
myservo.write(pos); //舵机旋转轴旋转到'pos'变量的角度
Serial.println(pos);
delay(1500); //等待1.5秒以确保伺服电机可以达到目标角度
}
}
二、串口通讯
1、概述
（1）串行端口用于Arduino和个人电脑或其它设备进行通信（若没有特殊说明，所提及的串口通信双方均为Arduino与个人电脑），所有Arduino控制器都有至少一个串行端口（也称为UART或者USART）。
（2）个人电脑可以通过USB端口与Arduino的引脚0（RX）和引脚1（TX）进行通信，所以当Arduino的引脚0和引脚1用于串行通信功能时，Arduino的引脚0和引脚1是不能做其它工作的。引脚RX和引脚TX工作时，开发板上会有相应的两盏指示灯分别闪烁。
①开发板上的RX和TX如下图所示。
②电脑端的RX和TX如下图所示。
③Arduino和计算机的连接如下图所示，计算机可通过TX向Arduino发送以字节为单位的数据，Arduino可借助RX接收计算机发送来的数据，同理，Arduino可通过TX向计算机发送以字节为单位的数据，计算机可借助RX接收Arduino发送来的数据。
（3）串口通信中有一个概念是波特率，可认为是数据传输速率，通信双方的波特率应相同，否则无法正常通信。
（4）如果想深入了解串口通信的底层原理，可以参考课程《计算机网络》，虽然该课程不会详细介绍甚至不会介绍串口通信，但是通过对通信协议的学习，也有助于理解串口通信的原理。
2、例1——串行通讯基本演示
（1）本例仅用USB线将单片机和个人电脑连接即可。
（2）begin函数：
①该函数的作用是设置电脑与Arduino进行串口通讯时的数据传输速率（每秒传输字节数，也称波特率），可使用300、600、1200、2400、4800、9600、14400、19200、28800、38400、57600或115200，也可以根据所使用的设备而设置其它传输速率。
②使用格式为“Serial.begin(speed)”，其中参数speed为传输速率。
（3）available函数：
①当计算机给Arduino传输数据时，Arduino不一定能及时将该数据接收并处理，为了防止数据丢失，Arduino设置了串口接收缓存用于存放接收到的数据，当然，这个缓存不会很大，如果不及时将缓存中的数据读走，同样会造成数据丢失。另外，缓存中的字节数据是以ASCII码的形式存储的，比如字符’1’对应的ASCII码为49，转换为二进制就是00011001。
②available函数无函数参数，可用于检查设备是否接收到数据，该函数将会返回等待读取的数据字节数。
③available函数属于Stream类，该函数可被Stream类的子类所使用（Stream类的子类继承了Stream类的函数），如Serial、WiFiClient、File等，本例使用的是Serial.available()，用于检查串口接收缓存中是否有未处理的数据。
（4）read函数：
①read函数无参数，可用于从设备接收到数据中读取一个字节的数据，设备没有接收到数据时返回值为-1，设备接收到数据时返回值为接收到的数据流中的1个字符（先接收先读取，后接收后读取）。
②本函数属于Stream类，该函数可被Stream类的子类所使用，如Serial、WiFiClient、File等，本例使用的是Serial.read()，用于读取串口接收缓存中的数据。
③一个字节数据被读取走后，其在串口接收缓存中随之被移除。
（5）print函数：
①该函数的作用是以人类可读的ASCII码形式向串口发送数据，该函数有多种格式。
[1]Serial.print(val)：val是要发送的数据，可以是任意数据类型。
[2]Serial.print(val, format)：val是要发送的数据，可以是任意数据类型；format是指定数字的基数（用于整型数）或者小数的位数（用于浮点数），对于整数，这个允许的值为BIN（二进制）、OCT （八进制）、DEC（十进制）或HEX（十六进制），对于浮点数，该参数可以指定小数点的位数。
②整数的每一数位将以ASCII码形式发送；浮点数同样以ASCII码形式发送，默认保留小数点后两位；字节型数据将以单个字符形式发送；字符和字符串会以其相应的形式发送。
③该函数的返回值为发送的字节数，一般来说可以摒弃，即这个返回值没什么实际用途。
（6）println函数：
①该函数的作用是以人类可读的ASCII码形式向串口发送数据，与print函数极其类似，不同的是该函数会在数据发送完毕后发送一个换行符。
②该函数的返回值为发送的字节数，一般来说也可以摒弃，即这个返回值也没什么实际用途。
（7）将下面的程序下载到开发板中，然后开始人工调试。
void setup()
{
Serial.begin(9600);
Serial.println("Please input serial data.");
}
void loop()
{
if (Serial.available() > 0 ) //检查串口缓存中是否有数据等待读取
{
Serial.println("======================");
char serialData = Serial.read(); //读取串口缓存中等待的一个字符
Serial.print("Your serialData: '");
Serial.print(serialData); //发送刚刚读取到的字符给电脑
Serial.println("'");
Serial.print("serialData in DEC ");
Serial.println(serialData, DEC); //发送刚刚读取到字符的ASCII编码（十进制）
Serial.print("serialData in BIN ");
Serial.println(serialData, BIN); //发送刚刚读取到字符的ASCII编码（二进制）
Serial.print("serialData in OCT ");
Serial.println(serialData, OCT); //发送刚刚读取到字符的ASCII编码（八进制）
Serial.print("serialData in HEX ");
Serial.println(serialData, HEX); //发送刚刚读取到字符的ASCII编码（十六进制）
Serial.println("======================");
}
}①打开Arduino IDE的串口监视器，将内容“a”（结尾不带换行符）发送给Arduino，Arduino接收到数据后，Serial.available()的返回值为1，程序检测到缓存中有数据需要读取，然后进行读取操作，并将读取到的1字节数据以不同格式通过串口发送给电脑（同时附有提示信息）。
②打开Arduino IDE的串口监视器，将内容“bc”（结尾不带换行符）发送给Arduino，Arduino接收到数据后，Serial.available()的返回值为2，程序检测到缓存中有数据需要读取，然后进行读取操作，首先读取1字节数据——字符’b’并以不同格式通过串口发送给电脑（同时附有提示信息），再读取1字节数据——字符’c’并以不同格式通过串口发送给电脑（同时附有提示信息）。
3、例2——利用串行通讯控制一个舵机
（1）按照下图所示将电路连接好，其中Arduino、舵机和电源模块需要共地，电源模块选择5V的输出，另外需要注意电源模块的正负极不能短接。
（2）parseInt函数：
①parseInt函数没有参数，可用于从设备接收到的数据中寻找整数值并将其返回，返回值类型为长整型（long int），若找不到整数数据则返回0。
②本函数属于Stream类，可被Stream类的子类所使用，本例使用的是Serial.parseInt()。
（3）parseFloat函数：
①parseFloat函数没有参数，可用于从设备接收到的数据中寻找浮点数值并将其返回，返回值类型为浮点型（float）。
②本函数属于Stream类，可被Stream类的子类所使用，本例不使用该函数。
（4）将下面的程序下载到开发板中，然后开始人工调试（示例程序没有限定输入数值的取值范围，在实际应用中应用if语句对Arduino接收到的数值进行越界判断后再做处理）。
#include <Servo.h>
Servo myServo; //为舵机创建Servo对象myServo
int dataIndex = 0; //创建整数型变量，存储输入数据序列号
void setup()
{
myServo.attach(6); //舵机连接在引脚6上
Serial.begin(9600); //启动串口通讯，配置传输波特率为9600
Serial.println("Please input serial data.");
}
void loop()
{
if ( Serial.available() > 0 ) // 检查串口缓存是否有数据等待传输
{ //处理数据序列号并通过串口监视器显示
dataIndex++;
Serial.print("dataIndex = ");
Serial.print(dataIndex);
Serial.print(" , ");
int pos = Serial.parseInt(); //解析串口数据中的整数信息并赋值给变量pos
Serial.print("Set servo position: ");
Serial.println(pos); //通过串口发送变量pos数值
myServo.write(pos); //使用pos变量数值设置伺服电机
delay(15);
}
}①通过串口助手向Arduino发送内容“90”，程序检测到串口接收缓存有未处理数据后，调用parseInt函数对其中的数据进行处理，读取并分析出数据中的内容为整数90，接着Arduino通过串口将“90”发回给计算机，同时控制舵机旋转至90°的位置。
②通过串口助手向Arduino发送内容“*#AB45”，程序检测到串口接收缓存有未处理数据后，调用parseInt函数对其中的数据进行处理，读取并分析出数据中的内容含有整数45，接着Arduino通过串口将“45”发回给计算机，同时控制舵机旋转至45°的位置。
③通过串口助手向Arduino发送内容“*#AB135CV”，程序检测到串口接收缓存有未处理数据后，调用parseInt函数对其中的数据进行处理，读取并分析出数据中的内容含有整数135，“135”之前的字符全部省略，“135”之后的字符在本次parseInt函数的调用中不进行读取，这部分内容仍存储在缓存中，接着Arduino通过串口将“135”发回给计算机，同时控制舵机旋转至135°的位置，这时串口缓存中还有内容“CV”未处理，故程序再次调用parseInt函数对其中的数据进行处理，但在剩余内容“CV”中找不到整数数据，故返回0，Arduino通过串口将“0”发回给计算机，同时控制舵机旋转至0°的位置。
④通过串口助手向Arduino发送内容“*#AB90CV45”，程序检测到串口接收缓存有未处理数据后，调用parseInt函数对其中的数据进行处理，首先parseInt读取到整数数据“90”，“90”以后的数据不参与本次读取，Arduino控制舵机旋转至90°的位置，这时串口接收缓存中还有数据未处理，则程序再次调用parseInt函数，读取到整数数据“45”，Arduino控制舵机旋转至45°的位置。
4、例3——利用串行通讯控制四个舵机
（1）按照下图所示将电路连接好，其中Arduino、舵机和电源模块需要共地，电源模块选择5V的输出，另外需要注意电源模块的正负极不能短接。
（2）将下面的程序下载到开发板中，然后开始人工调试（示例程序没有限定输入数值的取值范围，在实际应用中应用if语句对Arduino接收到的数值进行越界判断后再做处理）。
#include <Servo.h>
Servo base, fArm, rArm, claw; //建立4个电机对象
void setup()
{
base.attach(11); //base伺服电机连接引脚11 电机代号为'b'
rArm.attach(10); //rArm伺服电机连接引脚10 电机代号为'r'
fArm.attach(9); //fArm伺服电机连接引脚9 电机代号为'f'
claw.attach(6); //claw伺服电机连接引脚6 电机代号为'c'
Serial.begin(9600);
Serial.println("Please input serial data.");
}
void loop()
{
if (Serial.available()) //检查串口缓存是否有数据等待传输
{
char servoName = Serial.read(); //获取电机指令中电机编号信息
Serial.print("servoName = ");
Serial.print(servoName);
Serial.print(" , ");
int data = Serial.parseInt(); //获取电机指令中电机角度信息
switch(servoName) //根据电机指令中电机信息决定对哪一个电机进行角度设置
{
case 'b': //电机编号为b，设置base电机的角度
base.write(data); Serial.print("Set base servo value: ");
Serial.println(data); break;
case 'r': //电机编号为r，设置rArm电机的角度
rArm.write(data); Serial.print("Set rArm servo value: ");
Serial.println(data); break;
case 'f': //电机编号为f，设置fArm电机的角度
fArm.write(data); Serial.print("Set fArm servo value: ");
Serial.println(data); break;
case 'c': //电机编号为c，设置claw电机的角度
claw.write(data); Serial.print("Set claw servo value: ");
Serial.println(data); break;
}
}
}①通过串口助手向Arduino发送内容“b45”，程序检测到缓存中有未处理数据，遂进行处理，首先获取第一个字节，其ASCII码对应的字符’b’为电机编号，接着从后续数据中获取到整数数据“45”，经过switch语句的逻辑控制将编号为“b”的电机控制旋转至45°。
②通过串口助手向Arduino发送内容“r90”，程序检测到缓存中有未处理数据，遂进行处理，首先获取第一个字节，其ASCII码对应的字符’r’为电机编号，接着从后续数据中获取到整数数据“90”，经过switch语句的逻辑控制将编号为“r”的电机控制旋转至90°。
③通过串口助手向Arduino发送内容“f135”，程序检测到缓存中有未处理数据，遂进行处理，首先获取第一个字节，其ASCII码对应的字符’f’为电机编号，接着从后续数据中获取到整数数据“135”，经过switch语句的逻辑控制将编号为“f”的电机控制旋转至135°。
④通过串口助手向Arduino发送内容“c180”，程序检测到缓存中有未处理数据，遂进行处理，首先获取第一个字节，其ASCII码对应的字符’c’为电机编号，接着从后续数据中获取到整数数据“180”，经过switch语句的逻辑控制将编号为“c”的电机控制旋转至180°。
⑤如果发送一个非法的电机编号（比如“a”），四个舵机均不会有任何响应，因为switch语句中没有实现对这种异常情况进行处理。
5、更多Serial（串行通信）函数
（1）Serial.end()：终止串行通讯，让RX和TX引脚用于Arduino的输入（INPUT）或输出（OUTPUT）功能。（可调用Serial.begin()重新打开串行通讯）
（2）Serial.find(target)：可用于从设备接收到的数据中寻找指定字符串信息，target为被查找字符串，允许使用String或char类型，当函数找到了指定字符串信息后将会立即结束函数执行并且返回“真”，否则将会返回“假”。
（3）Serial.findUntil(target, terminator)：可用于从设备接收到的数据中寻找指定字符串信息，当函数找到了指定字符串信息后将会立即结束函数执行并且返回“真”，否则将会返回“假”。
①该函数在满足以下任一条件后都会停止函数执行：读取到指定终止字符串、找到了指定字符串信息、达到设定时间（可使用setTimeout来设置）。
②target是被查找字符串，允许使用String或char类型；terminator是终止字符串，用于设置终止函数执行的字符串信息，设备在读取数据时一旦读取到此终止字符串，将会结束函数执行并返回。
（4）Serial.flush()：让开发板在所有待发数据发送完毕前，保持等待状态。
（5）Serial.peek()：从设备接收到的数据中读取一个字节的数据，设备没有接收到数据时返回值为-1，设备接收到数据时返回值为接收到的数据流中的第1个字符；与read函数不同的是，使用peek函数读取数据后，被读取的数据不会从数据流中消除。
（6）Serial.readBytes(buffer, length)：用于从设备接收的数据中读取信息，读取到的数据信息将存放在缓存变量中。
①该函数在读取到指定字节数的信息或者达到设定时间（该设定时间可使用setTimeout来设置）后都会停止函数执行并返回。
②buffer是缓存变量/数组，用于存储读取到的信息，允许使用char或者byte类型的变量或数组；length是读取字节的数量，readBytes函数在读取到length所指定的字节数量后就会停止运行，允许使用int类型。
（7）Serial.readBytesUntil(character, buffer, length)：用于从设备接收到数据中读取信息，读取到的数据信息将存放在缓存变量中。
①该函数在满足以下任一条件后都会停止函数执行并且返回：读取到指定终止字符、读取到指定字节数的信息、达到设定时间（可使用setTimeout来设置）。
②当函数读取到终止字符后，会立即停止函数执行，此时buffer（缓存变量/数组）中所存储的信息为设备读取到终止字符前的字符内容。
③character是终止字符，用于设置终止函数执行的字符信息，允许使用char类型；buffer是缓存变量/数组，用于存储读取到的信息，允许使用char或者byte类型的变量或数组；length是读取字节数量，readBytes函数在读取到length所指定的字节数量后就会停止运行，允许使用int类型。
（8）Serial.write有两种形式：
①Serial.write(val)：将字节数据val通过串口发送，val可以是一个字节数据，也可以是由一系列字节数据组成的字符串。
②Serial.write(buf, len)：将同一系列字节组成的数组buf通过串口发送，len为数组长度。
（9）Serial.readString()：用于从设备接收到数据中读取数据信息，读取到的信息将以字符串格式返回。
（10）Serial.readStringUntil(terminator)：用于从设备接收到的数据中读取信息，读取到的数据信息将以字符串形式返回，该函数在读取到指定终止字符terminator或达到设定时间（可使用setTimeout来设置）时都会停止函数执行并返回。
