Arduino 开发ESP32

前言

本人新手用于记录学习ESP32的初学过程，此笔记来源于学校课程和b站

Arduino 开发ESP32简介

ESP32 是一款功能强大且性价比极高的 Wi-Fi + 蓝牙双模芯片，而 Arduino 是一个广为人知、易于上手的开源电子原型平台。将两者结合，意味着你可以用 Arduino 简单易懂的编程方式（基于 C/C++），来驾驭 ESP32 强大的硬件功能，非常适合初学者、快速原型开发以及物联网（IoT）项目。
核心概念：什么是 Arduino 开发 ESP32？
它并不是一个全新的东西，而是指在 Arduino IDE（集成开发环境）或 Arduino 框架下，为 ESP32 芯片编写和上传程序。

硬件是 ESP32：负责执行代码、连接网络、驱动外设。

开发环境和语言是 Arduino：负责提供熟悉的编程接口、丰富的库函数和简洁的上传流程。

官方 Arduino 核心库并不原生支持 ESP32，因此需要一个“桥梁”——这就是 ESP32 Arduino Core（ESP32 Arduino 核心库）。它由 Espressif（乐鑫，ESP32 的制造商）和社区共同维护，将 ESP32 的硬件操作封装成了 Arduino 风格的函数。

安装 Arduino 开发环境

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Arduino开发语言

Arduino 是基于 C++，现在要回顾一下相关的知识

注释与变量

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// 这是一个单行注释

/*
这是一个多行注释
它可以跨越多行
*/

  • 在 Arduino中声明一个变量的步骤：
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    数据类型 变量名；
    由于跟c++差不多的，我就不在往下写了

Arduino 常用内置函数介绍

在使用 Arduino 进行编程时，系统提供了大量内置函数，这些函数能够极大简化程序编写流程，帮助开发者高效处理引脚输入输出、逻辑流控制及各类功能实现。以下是最核心、最常用的 Arduino 内置函数详解。

1. 引脚模式配置函数：pinMode(pin, mode)

功能：用于配置指定数字引脚的工作模式（输入或输出），是控制引脚前必须执行的初始化步骤。
参数说明：

  • pin：需配置的数字引脚编号（如 2、13 等，需与 Arduino 板卡实际引脚对应）。
  • mode：引脚模式，仅支持以下两种固定值：
    • INPUT：配置为输入模式（用于读取外部信号，如按键、传感器输出）。
    • OUTPUT：配置为输出模式（用于驱动外部设备，如 LED、继电器）。

示例：将数字引脚 13 配置为输出模式 

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pinMode(13, OUTPUT);

2. 数字引脚写入函数：digitalWrite(pin, value)

功能：向已配置为 OUTPUT 模式的数字引脚写入高电平（HIGH）或低电平（LOW），实现对外部设备的开关控制。
参数说明：

  • pin：需写入电平的数字引脚编号（必须先通过 pinMode 配置为 OUTPUT 模式）。
  • value：需写入的电平值，仅支持两种固定值：
    • HIGH：写入高电平（通常对应 Arduino 工作电压，如 5V 或 3.3V）。
    • LOW：写入低电平（通常对应 0V）。

示例：向数字引脚 13 写入高电平（点亮引脚连接的 LED） 

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digitalWrite(13, HIGH);

3. 数字引脚读取函数：digitalRead(pin)

功能：读取已配置为 INPUT 模式的数字引脚当前电平，获取外部设备的数字信号（如按键是否按下）。
参数说明：

  • pin：需读取的数字引脚编号（必须先通过 pinMode 配置为 INPUT 模式）。

返回值：引脚当前的电平值，仅为 HIGH 或 LOW。

示例：读取数字引脚 2 的电平，并将结果存储到变量 buttonState 中 

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int buttonState = digitalRead(2);

4. 模拟引脚读取函数：analogRead(pin)

功能：读取模拟引脚的模拟信号（如电位器、光敏电阻等连续变化的信号），并将其转换为 Arduino 可处理的数字值。
参数说明：

  • pin：需读取的模拟引脚编号（Arduino 板卡通常以 A0、A1 等标识，无需通过 pinMode 配置）。

关键特性：

  • 模拟信号范围：通常为 0V ~ 5V（或 0V ~ 3.3V，取决于板卡）。
  • 数字值输出范围：固定为 0 ~ 1023（10 位 ADC 分辨率，即 (2^{10} = 1024) 个等级）。
  • 读取速度：单次读取约需 100 微秒（μs）。

示例：读取模拟引脚 A0 的值，并将结果存储到变量 sensorValue 中 

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int sensorValue = analogRead(A0);

5. PWM 信号输出函数：analogWrite(pin, value)

功能：在支持 PWM（脉冲宽度调制）功能的数字引脚上输出模拟“等效值”（实际为高频脉冲信号），可实现设备的渐变控制（如 LED 亮度调节、电机转速控制）。
参数说明：

  • pin：需输出 PWM 信号的数字引脚（Arduino 板卡通常以 ~ 标识，如 ~3、~9，无需额外配置 pinMode）。
  • value：PWM 信号的占空比，范围为 0 ~ 255（8 位分辨率）：
    • 0：占空比 0%（等效于低电平，设备关闭）。
    • 255：占空比 100%（等效于高电平，设备满功率）。
    • 中间值（如 128）：占空比 50%（等效于半功率）。

示例：向 PWM 引脚 9 输出值 128（使 LED 处于半亮状态） 

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analogWrite(9, 128);

6. 延时函数：delay(ms)

功能：使程序暂停指定的时间，常用于控制事件间隔（如 LED 闪烁、传感器采样间隔）。
参数说明：

  • ms：暂停的时间，单位为 毫秒（ms）（1 秒 = 1000 毫秒）。

注意：delay 函数会“阻塞”程序执行——暂停期间，Arduino 无法执行其他代码（如读取传感器、响应按键）。若需非阻塞延时，需使用 millis() 函数。

示例：使程序暂停 1000 毫秒（1 秒） 

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delay(1000);

7. 时间跟踪函数：millis()

功能：返回 Arduino 板卡通电（或复位）以来的累计时间，单位为毫秒（ms），常用于实现非阻塞延时、时间间隔记录。
参数说明：无参数。

返回值：自启动以来的毫秒数，数据类型为 unsigned long（最大值约 50 天，溢出后会自动从 0 重新开始计数）。

示例：记录程序启动后的时间，并打印到串口 

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unsigned long currentTime = millis();
Serial.print("运行时间：");
Serial.print(currentTime);
Serial.println(" ms");

8. 串口初始化函数：Serial.begin(baud)

功能：初始化 Arduino 与电脑（或其他设备）的串口通信，建立数据传输的“通道”，是使用串口功能的前提。
参数说明：

  • baud：串口通信的波特率（数据传输速率，单位为“波特/秒”），需与电脑串口监视器的波特率保持一致（常用值：9600、115200、38400 等）。

示例：以 9600 波特率初始化串口通信 

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void setup() {
  Serial.begin(9600); // 仅需在 setup() 中初始化一次
}

9. 串口数据发送函数：Serial.print(data)

功能：将数据（数字、字符串、变量等）通过串口发送到电脑，在串口监视器中查看，常用于调试程序、输出传感器数据。
参数说明：

  • data：需发送的数据，支持多种类型：
    • 字符串：如 "传感器值："。
    • 数字：如 123、45.67（可指定进制，如 Serial.print(10, HEX) 表示以十六进制发送 10）。
    • 变量：如前面定义的 sensorValue、currentTime。

关联函数：Serial.println(data)——功能与 Serial.print 一致，但会在数据末尾自动添加“换行符”（使下次输出从新一行开始）。

示例：发送字符串和变量值到串口 

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int temp = 25;
Serial.print("当前温度："); // 不换行
Serial.println(temp); // 发送变量并换行

10. 串口数据接收检测函数：Serial.available()

功能：检查是否有数据通过串口发送到 Arduino（即电脑是否向 Arduino 发送了数据），用于判断是否需要读取串口数据。
参数说明：无参数。

返回值：等待读取的串口数据字节数（0 表示无数据，大于 0 表示有数据待读取）。

示例：检测到串口有数据时，读取并打印该数据 

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if (Serial.available() > 0) {
  char receivedData = Serial.read(); // 读取一个字节的数据
  Serial.print("收到数据：");
  Serial.println(receivedData);
}

面包板

面包板是连接电路的简单而有用的工具。它对初学者非常有用，因为您无需焊接即可轻松试验和测试电路。但它对更有经验的人也很有用，因为您可以快速制作一个想法或电路的一部分。

图上横向的5孔是连通的，纵向是不连通的。
竖向的红色是+，蓝色为- 接地

硬件电路设计


VIN是5V电源引脚，3v3是3v电源引脚，GND引脚为接地引脚

  1. GPIO 引脚引脚又叫管脚，英文叫 Pin, 就是从集成电路（芯片以及一些电子元件）内部电路引出与外围电路的接线的接口。在我们的 ESP32 开发板上, 我们可以把这些称为引脚, 这些引脚其实是从 ESP32 芯片内部引出来的, 我们可以看到每个引脚都标了自己独特的名字。其中有一类引脚叫 GPIO 引脚, 负责输入/输出电压。开发板上 D 开头的引脚都是这种引脚, 比如 D2、D4、D15 等等