《ESP32S3 Arduino开发指南》 第二章 Arduino基础知识

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第二章 Arduino基础知识

本章，我们将向大家介绍Arduino是一个什么东西？让大家对Arduino有一个大概了解。

本章将分为如下几个小节：

• 2.1什么是Arduino
• 2.2 Arduino的由来
• 2.3 Arduino的优势
• 2.4 Arduino语言
• 2.5 Arduino程序结构
  

2.1 什么是Arduino

        Arduino即为开源硬件。可以说Arduino从真正意义上推动了开源硬件的发展，在Arduino出现以前，虽然也有很多公司在推广一些简单易用的可编程控制器，但是由于开发平台种类繁多，而且使用这些控制器基本上都需要对电子技术、数字逻辑、寄存器等内容进行多方面的了解和学习，才能完成一个电子产品的制作。这就给开源硬件的推广和普及设定了一个很高的门槛，电子爱好者需要花很多时间和精力才能开始开发和制作自己的作品。而使用Arduino能很快地完成一个电子产品的制作，这是由于Arduino提供了一个开放易学，进入门槛相对较低的开发平台，让电子爱好者对于开源硬件的广泛使用变成了可能。

        广泛来说，Arduino指的是一个生态，这里就包括Arduino开发板、Arduino IDE以及周边资料，其中包括社区、驱动库以及示例代码等，如下图2.1.1所示：

图2.1.1 Arduino生态图

        现今，Arduino开发板有很多，正点原子ESP32-S3开发板也是属于Arduino开发板，简单来说，只要是搭载Arduino支持芯片的开发板都可以称为Arduino开发板。目前支持Arduino开发的芯片有很多，比如Mega系列芯片(Mega328p/Mega2560/Mega32u4等)、STM32系列芯片(STM32F0/F1/F2/F3/F4/F7/H7等)、ESP系列芯片(esp32/esp32s2/esp32c3/esp32s3等)以及树莓派系列芯片等。这里的实质就是有每个系列芯片对应要有一个Arduino库，比如乐鑫官方的arduino-esp32库，ST的stm32duino库，只要在Arduino安装这种芯片库便可以使用Arduino的语法在Arduino IDE上对芯片进行开发。

        Arduino IDE是Arduino Integrated Development Environment集成开发环境的简称。本教程就是基于该软件对ESP32-S3进行开发。该IDE比较遗憾的是没有调试功能，在后面“Arduino开发环境搭建”章节会对这个软件进行讲解。

        得益于广大的电子爱好者对于开源硬件的贡献，Arduino的社区活跃度很高，驱动库种类繁多而且有些一直存在更新迭代，不断完善，示例代码功能也越来越健全。使用Arduino IDE进行开发，由于驱动库是相互兼容的，很多代码不需要修改就可以直接使用，这就可以让从芯片替代成本变得很低，也让越来越多电子爱好者参与Arduino生态的建设。

2.2 Arduino的由来

Arduino是一种基于开源硬件和软件的电子原型平台，它由一个意大利的团队于2005年创建。该团队的成员包括Massimo Banzi、David Cuartielles、Carlo Galoppini和Michael Margolis，如下图2.2.1所示。

图2.2.1 Arduino创始团队

在2005年冬天，Massimo Banzi和David Cuartielles为了解决找不到既便宜又好用的微控制器的现状，两人决定设计自己的电路板，并且在这期间吸收了Banzi学生David Mellis为电路板设计编程语言。两天以后，David Mellis就写出了程序代码。又过了三天，电路板就完工了。

据说这个Arduino名字的由来是，Massimo Banzi喜欢去一家名叫di Re Arduino的酒吧，这酒吧是以1000年前意大利国王Arduin的名字命名的，为了纪念这个地方，他将这块电路板命名为Arduino。

随后，Banzi、Cuartielles和Mellis把设计图放到了网上。版权法可以监管开源软件，却很难用在硬件上，为了保持设计的开放源码理念，他们决定采用Creative Commons(CC)的授权方式公开硬件设计图。在这样的授权下，任何人都可以生产电路板的复制品，甚至还能重新设计和销售原设计的复制品。人们不需要支付任何费用，甚至不用取得Arduino团队的许可。然而，如果重新发布了引用设计，就必须声明原始Arduino团队的贡献。如果修改了电路板，则最新设计必须使用相同或类似的Creative Commons(CC)的授权方式，以保证新版本的Arduino电路板也会一样是自由和开放的。唯一被保留的只有Arduino这个名字，它被注册成了商标，在没有官方授权的情况下不能使用它。短短的几年时间，Arduino在全球积累了大量用户，推动了开源硬件、创客运动，甚至是硬件创业领域的发展，越来越多的芯片厂商和开发公司宣布自己的硬件支持Arduino。

2.3 Arduino的优势

        使用Arduino去开发硬件，技术门槛很低。几乎任何人，即使不懂电脑编程也能用Arduino做出很酷的东西，比如点灯，控制马达，对传感器进行回应。

简单来说，使用Arduino去开发优势非常明显，可以归纳为一下5点：

1、跨平台

Arduino IDE可以在Windows、Mac OS X和Linux三大主流操作系统上运行，而其他的大多数控制器只能在Windows上开发。

2、简单清晰的开发

Arduino IDE基于Processing IDE开发，这对于开发板来说极易掌握，同时又有足够的灵活性。Arduino语言是基于Wiring语言开发的，是对AVR-GCC库的二次封装，并不需要太多的单片机基础和编程基础，只要简单的学习后就可以快速地进行可开发。

3、开放性

Arduino的硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，在开源协议范围内可以任意修改原始设计及相应代码。

4、社区和第三方支持

Arduino有着众多的开发者和用户，因此可以找到他们提供的众多开源的示例代码和硬件设计。例如，可以在Githun.com、Arduino.cc、Openjumper.com等网站上找到Arduino的第三方硬件、外设和类库等支持，以便更快、更简单地扩展自己的Arduino项目。

5、硬件开发趋势

Arduino不仅仅是全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开发的趋势。Arduino简单的开发方式使得开发者更关注于创意和实现，可以更快地完成自己的项目开发，大大节约学习的成本，缩短开发周期。

鉴于Arduino的种种优势，越来越多的专业硬件开发者已经或开始使用Arduino来开发项目和产品；越来越多的软件开发者使用Arduino进入硬件、物联网等开发领域；在大学里，自动化、软件专业，甚至艺术专业，也纷纷开设了Arduino相关课程。

2.4 Arduino语言

Arduino使用C/C++语言编写程序，虽然C++兼容C语言，但是这两种语言又有所区别。C语言跟C++语言最大的区别在于：C语言是一种面向过程的编程语言，而C++是一种面向对象的编程语言。早期的Arduino核心库使用C语言编写，后面引进了面向对象的思想，目前最新的Arduino核心库采用C与C++混合编程。

通常所说的Arduino语言，是指Arduino核心库文件提供的各种应用程序编程接口（Applocation Programming Interface，简称API）的集合。这些API是对更底层的单片机支持库进行二次封装所形成的。例如，使用ESP单片机的Arduino核心库是对ESP-IDF库的二次封装。

在使用ESP-IDF对ESP32进行开发中，将一个I/O口设置为输出高电平状态需要以下操作：

gpio_set_direction(GPIO_NUM_1, GPIO_MODE_OUTPUT);

gpio_set_level(GPIO_NUM_1, PIN_SET);

在ESP-IDF中，这个代码架构是可以减少对底层的理解要求，不需要明白寄存器的意义及其之间的关系，来达到配置多个寄存器来达到目的。但是在别的芯片中，比如传统的AVR芯片以及STM32芯片中，这是需要去理解寄存器的。

PinMode(1,　OUTPUT);

digitalWrite(1, HIGH);

        这里的pinMode即是设置引脚的模式，这里设定了1脚为输出模式；而digitalWrite(1, HIGH)则是使1脚输出高电平数字信号。这些封装好的API使得程序中的语句更容易被理解，因此可以不用理会单片机中繁杂的寄存器配置就能直观地控制Arduino，在增强了程序可读性的同时，也提高了开发效率。

        若在使用时存在arduino库无法实现对芯片的外设驱动时，也可以考虑包含esp-idf函数所在头文件对里面函数进行调用，来完成该驱动的实现。

2.5 Arduino程序结构

在Arduino程序中，是没有main函数的，这跟传统的C/C++程序结构有所不同。

其实并不是Arduino程序中没有main函数，而是main函数的定义隐藏在了Arduino的核心库文件中，这个是需要我们去到核心库中才能找到main函数的踪影。在进行Arduino开发时一般不直接操作main函数，而使用setup()和loop()这两个函数。

接下来，看一下Arduino程序的基本结构，如下：

void setup() {

  // 在这里填写setup函数代码，它只会运行一次

}

void loop() {

  // 在这里编写loop函数代码，它会不断重复运行

}

Arduino程序的基本结构由setup()和loop()两个函数组成。

1、setup()

Arduino控制器通电后或复位后，会开始执行setup()函数中的程序，该程序只会执行一次。

通常是在setup()函数中完成Arduino的初始化设置，如配置I/O口转台和初始化串口等操作。

2、loop()

setup()函数中的程序执行完毕后，Arduino会接着执行loop()函数中的程序。而loop()函数是一个死循环，其中的程序会不断地重复运行。

通常在loop()函数中完成程序的主要功能，如驱动各种传感器获取数据等。

寒稞

感谢分享，那啥，第一章在哪里？怎么没有找到

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寒稞 发表于 2025-2-24 10:57
感谢分享，那啥，第一章在哪里？怎么没有找到

第一章的内容并不是很重要，而且链接很多，担心被删就没有发，如果您这边有需要的话，可以到下面这个网址里打开百度网盘的资料链接，直接获取完整PDF资料：
http://www.openedv.com/docs/boards/esp32/ATK-DNESP32S3.html

konglsh

同问，第一章哪去了？

玛德陛下

学习了学习了