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Arduino 循环

在Arduino编程中，循环是一种重要的控制结构，它允许我们重复执行一段代码，直到满足特定条件。循环可以帮助我们简化代码，避免重复编写相同的代码块。Arduino支持三种主要的循环结构：for循环、while循环和do-while循环。本文将详细介绍这些循环的用法，并通过实际案例展示它们的应用场景。

1. for循环​

for循环是最常用的循环结构之一，它允许我们在已知循环次数的情况下重复执行一段代码。for循环的语法如下：

cpp
for (初始化; 条件; 增量) {
  // 循环体
}
  • 初始化：在循环开始前执行一次，通常用于初始化计数器变量。
  • 条件：每次循环开始前检查的条件，如果为true，则继续执行循环体；如果为false，则退出循环。
  • 增量：每次循环结束后执行，通常用于更新计数器变量。

示例：使用for循环点亮LED​

假设我们有一个连接到Arduino的LED灯，我们希望它闪烁5次。可以使用for循环来实现：

cpp
void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // 设置LED引脚为输出模式
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // 点亮LED
    delay(500); // 等待500毫秒
    digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // 关闭LED
    delay(500); // 等待500毫秒
  }
  delay(2000); // 等待2秒后重新开始
}

在这个例子中，for循环会执行5次，每次循环都会点亮LED并等待500毫秒，然后关闭LED并再次等待500毫秒。

2. while循环​

while循环在条件为true时重复执行一段代码。与for循环不同，while循环不需要初始化或增量表达式，它只依赖于条件表达式。while循环的语法如下：

cpp
while (条件) {
  // 循环体
}

示例：使用while循环检测按钮状态​

假设我们有一个按钮连接到Arduino，我们希望当按钮按下时，LED灯持续点亮。可以使用while循环来实现：

cpp
void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // 设置LED引脚为输出模式
  pinMode(2, INPUT); // 设置按钮引脚为输入模式
}

void loop() {
  while (digitalRead(2) == HIGH) { // 当按钮按下时
    digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // 点亮LED
  }
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // 关闭LED
}

在这个例子中，while循环会持续检查按钮的状态。如果按钮被按下（即引脚2为高电平），LED灯将持续点亮；否则，LED灯将关闭。

3. do-while循环​

do-while循环与while循环类似，但它会先执行一次循环体，然后再检查条件。这意味着无论条件是否为true，循环体至少会执行一次。do-while循环的语法如下：

cpp
do {
  // 循环体
} while (条件);

示例：使用do-while循环读取传感器数据​

假设我们有一个传感器连接到Arduino，我们希望至少读取一次传感器数据，并在数据超过某个阈值时停止读取。可以使用do-while循环来实现：

cpp
int sensorValue = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
}

void loop() {
  do {
    sensorValue = analogRead(A0); // 读取传感器数据
    Serial.println(sensorValue); // 打印传感器数据到串口监视器
    delay(100); // 等待100毫秒
  } while (sensorValue < 500); // 当传感器数据小于500时继续读取
}

在这个例子中，do-while循环会先读取一次传感器数据并打印到串口监视器，然后检查传感器数据是否小于500。如果数据小于500，循环将继续执行；否则，循环将退出。

4. 实际应用案例​

案例1：交通信号灯控制​

假设我们需要模拟一个简单的交通信号灯系统，使用for循环来控制红、黄、绿灯的切换：

cpp
void setup() {
  pinMode(8, OUTPUT); // 红灯
  pinMode(9, OUTPUT); // 黄灯
  pinMode(10, OUTPUT); // 绿灯
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    digitalWrite(8, HIGH); // 红灯亮
    delay(5000); // 等待5秒
    digitalWrite(8, LOW); // 红灯灭
    digitalWrite(10, HIGH); // 绿灯亮
    delay(5000); // 等待5秒
    digitalWrite(10, LOW); // 绿灯灭
    digitalWrite(9, HIGH); // 黄灯亮
    delay(2000); // 等待2秒
    digitalWrite(9, LOW); // 黄灯灭
  }
}

在这个案例中，for循环会重复3次，每次循环都会依次点亮红灯、绿灯和黄灯，并保持一定的时间。

案例2：温度监控系统​

假设我们需要监控环境温度，并在温度超过某个阈值时触发警报。可以使用while循环来实现：

cpp
float temperature = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
}

void loop() {
  temperature = readTemperature(); // 读取温度
  while (temperature > 30) { // 当温度超过30度时
    Serial.println("温度过高！"); // 打印警告信息
    delay(1000); // 等待1秒
    temperature = readTemperature(); // 重新读取温度
  }
}

float readTemperature() {
  // 模拟读取温度传感器数据
  return analogRead(A0) * 0.488; // 假设模拟值转换为摄氏度
}

在这个案例中，while循环会持续检查温度是否超过30度。如果温度超过30度，系统会持续打印警告信息，直到温度恢复正常。

5. 总结​

Arduino中的循环结构是控制程序执行流程的重要工具。通过for、while和do-while循环，我们可以轻松地重复执行代码块，从而实现各种复杂的控制逻辑。在实际应用中，循环结构可以用于控制LED灯、读取传感器数据、监控环境条件等场景。

提示

小提示：在使用循环时，务必确保循环条件能够最终变为false，否则程序可能会陷入无限循环，导致Arduino无法响应其他任务。

6. 附加资源与练习​

  • 练习1：尝试修改for循环示例，使LED灯闪烁10次而不是5次。
  • 练习2：使用while循环实现一个简单的计数器，当按下按钮时，计数器加1，并在串口监视器中显示计数器的值。
  • 练习3：结合do-while循环和if语句，编写一个程序，当传感器数据超过某个阈值时，触发警报并停止读取数据。

通过以上练习，您将更深入地理解Arduino循环结构的应用。祝您编程愉快！