Arduino与LabVIEW开发实战
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1.4 模拟输入/输出

1.4.1 模拟I/O的函数库

Arduino模拟I/O函数包括analogRead（pin）、analogWrite（pin，value）和analogReference（type），分别实现读取模拟量、PWM输出和设置参考电压的功能。

需要说明的是，模拟I/O函数库的操作对象仅仅为Arduino模拟输入引脚，如A0、A1等。同时，根据所选用的Arduino控制板不同，可用的模拟引脚数也不同。

1.analogRead（pin）

功能：从指定的模拟引脚读取数据值。

语法：analogRead（pin）

参数：

pin：模拟输入引脚（Uno：A0～A5，Mini、Nano：A0～A7，Mega：A0～A15）。

返回值：0～1023的整数值。

详细说明：

Arduino Uno拥有6路模拟输入：标号A0～A5，每一路具有10位的分辨率[1]分辨率是ADC的一个重要指标，一般以位数来说明，比如为N位，就是将参考电压分成2的N次方份，每一份即可以测量的最小变化量。以AVR单片机为核心的Arduino控制板ADC的位数为10位，如果参考电压为5V，则可分辨的最小电压是0.00488V，约0.005V。（即输入有1024个不同值），默认输入信号范围为0～5V，输入范围和最小分辨率可以通过analogReference（type）来设置。若参考电压为5V，则最小分辨率约为4.88mV。

在使用analogRead()前，不需要调用pinMode()来设置引脚为输入引脚。如果模拟输入引脚没有接入稳定的电压值，analogRead()返回值将由外界的干扰而决定，这个一般用来产生随机数。

2.analogWrite（pin，value）

功能：从指定的引脚输出模拟值（PWM）。

语法：analogWrite（pin，value）

参数：

pin：指定的引脚号。

value：0（完全关闭）～255（完全打开）。

详细说明：

在使用analogWrite()前，不需要调用pinMode()来设置引脚为输出引脚。

analogWrite()执行之后，指定引脚上将产生一个稳定的特殊占空比方波，PWM信号频率大约为490Hz，占空比为value/255，对应的电压值为value/255×5。

3.analogReference（type）

功能：配置模拟输入的参考电压（输入电压的最大值）。

语法：analogWrite（pin，value）

参数：

type：参考电压类型（DEFAULT、INTERNAL、INTERNAL1V1、INTERNAL2V56，或者EXTERNAL）。

参考电压类型的具体说明如下：

❏DEFAULT：默认5V（Arduino AVR控制器）或3.3V（Arduino Due控制器）为基准电压。

❏INTERNAL：在ATmega168和ATmega328上以1.1V为基准电压，在ATmega8上以2.56V为基准电压（Arduino Mega无此选项）。

❏INTERNAL1V1：以1.1V为基准电压（此选项仅针对Arduino Mega）。

❏INTERNAL2V56：以2.56V为基准电压（此选项仅针对Arduino Mega）。

❏EXTERNAL：以AREF引脚（0～5V）的电压作为基准电压。

注意 AREF引脚上的电压必须在0～5V，不得小于0V或超过5V。如果使用AREF引脚上的电压作为参考电压，在调用analogRead()前必须将参考电压的类型设置为EXTERNAL。在改变参考电压后，之前从analogRead()读取的数据可能不准确。

1.4.2 实验：会呼吸的灯

1.实验目的

会呼吸的灯，简而言之就是亮度由暗逐渐变亮，由亮逐渐变暗的LED，视觉效果上像在呼吸一样。通过Arduino Uno带有PWM（～）功能的数字引脚3控制LED产生由暗逐渐变亮，由亮逐渐变暗的呼吸灯效果。

2.硬件连接

将LED的阴极接至GND，阳极接至Arduino Uno带有PWM（～）功能的数字引脚3。硬件连接图如图1-27所示。

图1-27 会呼吸的灯硬件连接图

3.软件设计

通过模拟输出analogWrite（pin，value）对LED的亮度进行控制，从而形成呼吸灯，程序如代码清单1-4所示。

代码清单1-4：会呼吸的灯程序代码

int PWM_Pin = 3;                                        // 定义数字引脚3作为LED亮度的控制引脚
void setup() {
  pinMode(PWM_Pin, OUTPUT);             // 将数字引脚3设置为输出状态
}
void loop() {
  // 将LED的亮度由熄灭逐渐调高至全亮
  for (int brightness = 0; brightness ＜= 255; brightness++) {
    analogWrite(PWM_Pin, brightness);
    delay(5);
    } 
    // 将LED的亮度由全亮逐渐调低至熄灭
  for (int brightness = 255; brightness ＞= 0; brightness--) {
      analogWrite(PWM_Pin, brightness);
      delay(5);
    } 
  // 中间间断500毫秒
  delay（500）;
}

1.4.3 实验：调光LED

1.实验目的

通过Arduino Uno的模拟引脚A0读取电位器的分压，实现对数字引脚D3上LED亮度的控制。学习analogWrite（pin，value）和analogRead（pin）的使用。

2.硬件连接

将LED的阴极串联220Ω的限流电阻接至GND，阳极（长管脚）接至Arduino Uno带有PWM（～）功能的数字引脚D3。将旋转电位器的两端接至+5V和GND，中间端接至模拟端口A0。硬件连接图如图1-28所示。

图1-28 调光LED 硬件连接图

3.软件设计

通过模拟输入analogRead（pin）和模拟输出analogWrite（pin，value），利用电位器对LED的亮度进行控制，程序如代码清单1-5所示。

代码清单1-5：调光LED程序代码

int sensorPin = A0;                                        // 定义模拟引脚A0作为电位器的读取引脚
int ledPin = 3;                                                // 定义数字引脚3作为LED亮度的控制引脚
int sensorValue = 0;                        

void setup() {
  //将LED引脚设置为输出状态
  pinMode(ledPin, OUTPUT);  
}

void loop() {
  sensorValue = analogRead(sensorPin);      // 读取电位器的分压值的数字量(0～1023)
  analogWrite(ledPin,sensorValue/4);           // 将电位器的分压值的数字量(0～1023)缩小4倍，
                         转换为模拟输出量(0～255)，来调节LED的亮度
}
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