一、任務(wù)介紹
利用溫度傳感器和四位七段數(shù)碼管制作簡易溫度計，將溫度數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上。
二、材料清單
- 開發(fā)板：Arduino UNO
- 溫度傳感器：LM35
- 數(shù)碼管：F5461AH
- 面包板
- 導(dǎo)線若干
- 電阻若干（區(qū)分電阻的大小）
三、背景介紹
由于我從未有過任何的編程基礎(chǔ)和開發(fā)經(jīng)驗，所以這次任務(wù)的時間周期設(shè)定為3個星期：其中，一個星期學(xué)習(xí)C語言，一個星期學(xué)習(xí)Arduino及硬件基礎(chǔ)知識，一個星期調(diào)試代碼。
C語言的學(xué)習(xí)主要是在計蒜客的在線課程里面學(xué)習(xí)，外加《C程序設(shè)計語言》
硬件知識的學(xué)習(xí)主要參考：Arduino官網(wǎng)和《Arduino開發(fā)從零開始學(xué)》
LM35溫度傳感器datasheet：http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf
F5461AH數(shù)碼管datasheet：http://learn.parallax.com/4-digit-7-segment-led-display-arduino-demo
四、學(xué)習(xí)階段
由于零基礎(chǔ)開始學(xué)，我決定通過修改代碼的方式來學(xué)習(xí)，所以溫度傳感器、數(shù)碼管的代碼都是從網(wǎng)上搬過來的，最終的簡易溫度計合體代碼也是在這個基礎(chǔ)之上修改完成的。
這個策略有效的縮短了我的學(xué)習(xí)時間，增加了我對代碼、硬件的理解程度。但這一過程中也遇到了很多問題，尤其是在代碼合體的環(huán)節(jié)，由于一個嚴(yán)重的問題。且聽我細(xì)細(xì)道來：
1. 溫度傳感器調(diào)試
根據(jù)LM35 datasheet知道，LM35輸出的電壓與溫度成線性關(guān)系：溫度每增加1攝氏度，輸出電壓增加10mV（毫伏）
Vout = 10 mv/°C × T //公式1
Arduino A0-A5口是ADC引腳，其分辨率為10位，也就是1024級，輸出數(shù)值為0-1023；能夠讀取的電壓是0 ~ 5V，所以，analogRead() 輸出值 data 與 LM35 電壓 Vout 之間的對應(yīng)關(guān)系為：
data / 1024 = Vout / 5 //公式2
根據(jù)公式 1 和公式 2 可以得出溫度值 T 與analogRead()值 data 之間的關(guān)系：
T = data * （5 / 1024）* （1000 / 10）
// T 為溫度值， data為analogRead讀到的值
// (5 / 1024) 是模擬值的精度，單位伏特 V
// (1000 / 10）是單位換算，將伏特轉(zhuǎn)化為毫伏 mv
代碼來源：http://www.circuitstoday.com/temperature-logger-using-arduino*
硬件插線、軟件調(diào)試完畢之后，就可以通過Arduino IDE里面的串口監(jiān)視器來查看溫度數(shù)據(jù)。
出于簡便、不接線的考慮，代碼作者沒有使用面包板，將A0、A2口為定義為電源口，A1為信號輸入口，這是個亮點。
2. 數(shù)碼管調(diào)試
單獨調(diào)試數(shù)碼管的代碼來源：http://www.geek-workshop.com/thread-82-1-1.html
該教程的數(shù)碼管是共陽類型，但F5461AH是共陰類型，所以對其中的代碼做了相應(yīng)的調(diào)整：
- digitalWrite()初始化過程中d1、d2、d3、d4要設(shè)為高電平
- 單獨顯示數(shù)字時，各段數(shù)碼管的高低電平與教程代碼是相反的
整個調(diào)試過程中有這幾個需要注意的事項：
- 需根據(jù)datasheet的引腳規(guī)定接線，確保正確無誤
- 理解數(shù)碼管的構(gòu)造：由7段單獨的數(shù)碼管組合為一個顯示數(shù)字
- 理解一維數(shù)組和二維數(shù)組的概念
當(dāng)時，做引腳接線時一次就成功，代碼調(diào)試過程中也都順利一次搞定。這對于小白玩家我而言，簡直是如有神助！
3. 簡易溫度計組裝
在溫度傳感器和數(shù)碼管都調(diào)試成功之后，開始組裝代碼。相比此前的兩個獨立模塊而言，組裝代碼的核心工作是將 LM35 的溫度值傳給數(shù)碼管顯示。
調(diào)試代碼的過程中出現(xiàn)了一個問題：
** 數(shù)碼管的溫度數(shù)據(jù)不停的狂閃，無法穩(wěn)定的顯示數(shù)字**
一開始我認(rèn)為這是數(shù)碼管刷新時間太長的原因造成的，所以不斷地修改delay()時間，發(fā)現(xiàn)毫秒級別的修改無濟于事之后；我又改用delayMicroseconds()，在微秒級別繼續(xù)刷新數(shù)碼管。
還是無效！
當(dāng)時，我就操了。
據(jù)說，我那會兒的表現(xiàn)已經(jīng)跟程序員有幾分神似了：
- 一開始粗口不斷、情緒狂躁（&（&！@（￥！*@）
- 再然后，低頭沉思，喃喃細(xì)語：到底哪里出錯了，究竟哪里不對呢
- 猛地異常興奮，狂敲代碼，確認(rèn)猜測是否正確
- 再就是狂抓頭發(fā)，狂敲腦門：怎么就不是呢！
再后來，無意間我把Serial.begin(9600);這條語句刪了
然后……
一切都正常了，腰不酸了，腿不疼了，數(shù)字終于顯示正常了！
蒼天啊！
那一刻如釋重負(fù)
終于完成了這個任務(wù)
然后一頓研究，才發(fā)現(xiàn)Serial.begin(9600);是板子跟電腦做串口通信的語句，是按照9600 bit / 秒 的速度來傳輸信息。所以不管我怎么調(diào)delay時間，都不能穩(wěn)定顯示。
以上這些情景發(fā)生在昨天，當(dāng)我今天寫文章準(zhǔn)備重新再測試這個Serial.begin(9600);時，發(fā)現(xiàn)并不會重現(xiàn)昨天的場景。這時我開始誠惶誠恐：
沒有詳盡地記錄犯罪現(xiàn)場，導(dǎo)致現(xiàn)在無法復(fù)原場景；
甚至還有一種可能：根本就不是這個原因?qū)е铝藛栴}的出現(xiàn)。
想到這里，明白了養(yǎng)成良好開發(fā)習(xí)慣的重要性；或許我現(xiàn)在已經(jīng)沒辦法復(fù)原昨天痛苦的場景和原因，但是下一次如果再遇到類似情況時，我能夠：
- 清晰的定位出問題
- 剖析其成因
- 找出切實可行的解決方法
以上就是一個產(chǎn)品汪的第一個硬件產(chǎn)品開發(fā)記錄。
最后附上完整代碼：
// 設(shè)置溫度傳感器的引腳及溫度變量
int vcc = A0; // 為了方便，將模擬輸入口A0定義為LM35的電源輸入口
int sensor = A1; // 將A1口定義為LM35的溫度數(shù)據(jù)輸入口
int gnd = A2; // 將A2口定義為LM35的接地口
int temp;
int tempc;
// 設(shè)置數(shù)碼管參數(shù)---------------
// 1.設(shè)置數(shù)碼管的陽極接口，參考數(shù)碼管datasheet的接線設(shè)置
int a = 2;
int b = 3;
int c = 4;
int d = 5;
int e = 6;
int f = 7;
int g = 8;
int p = 1;
// 2.設(shè)置陰極極接口，參考數(shù)碼管datasheet的接線設(shè)置（F5461AH為共陰數(shù)碼管）
int d4 = 9;
int d3 = 10;
int d2 = 11;
int d1 = 12;
// 3.設(shè)置單個數(shù)碼管a~g段一維數(shù)組，方便定義數(shù)碼管狀態(tài)
byte segs[7] = { a, b, c, d, e, f, g };
// 4.設(shè)置二維數(shù)組，方便查詢不同數(shù)值下各段數(shù)碼管的通電狀態(tài)
byte seven_seg_digits[11][7] = { { 1,1,1,1,1,1,0 }, // = 0
{ 0,1,1,0,0,0,0 }, // = 1
{ 1,1,0,1,1,0,1 }, // = 2
{ 1,1,1,1,0,0,1 }, // = 3
{ 0,1,1,0,0,1,1 }, // = 4
{ 1,0,1,1,0,1,1 }, // = 5
{ 1,0,1,1,1,1,1 }, // = 6
{ 1,1,1,0,0,0,0 }, // = 7
{ 1,1,1,1,1,1,1 }, // = 8
{ 1,1,1,1,0,1,1 }, // = 9
{ 1,0,0,1,1,1,0 } // = C
};
//設(shè)置時間變量，用于數(shù)碼管的刷新顯示
int del = 100;
void setup()
{
// 定義數(shù)碼管的引腳
pinMode(d1, OUTPUT);
pinMode(d2, OUTPUT);
pinMode(d3, OUTPUT);
pinMode(d4, OUTPUT);
pinMode(a, OUTPUT);
pinMode(b, OUTPUT);
pinMode(c, OUTPUT);
pinMode(d, OUTPUT);
pinMode(e, OUTPUT);
pinMode(f, OUTPUT);
pinMode(g, OUTPUT);
pinMode(p, OUTPUT);
digitalWrite(d1, HIGH); // 初始狀態(tài)不通電，共陰狀態(tài)下，應(yīng)該設(shè)為高電平
digitalWrite(d2, HIGH);
digitalWrite(d3, HIGH);
digitalWrite(d4, HIGH);
digitalWrite(p, HIGH);
//定義溫度傳感器的引腳
pinMode(vcc, OUTPUT);
pinMode(gnd, OUTPUT);
pinMode(sensor, INPUT); // A1口是LM35數(shù)值的輸入口
digitalWrite(vcc, HIGH); // 將A0設(shè)為正極
digitalWrite(gnd, LOW); // A2為負(fù)極
}
// 以下為主函數(shù)
void loop()
{
temp = analogRead(sensor); // 讀取LM35的輸出數(shù)據(jù)
tempc = (temp * 5) / 10; // 將數(shù)值根據(jù)公式轉(zhuǎn)化為攝氏溫度
clearLEDs();
pickDigit(1);
lightSegments(tempc / 10);
delayMicroseconds(del);
clearLEDs();
pickDigit(2);
dispDec(2);
lightSegments(tempc % 10);
delayMicroseconds(del);
clearLEDs();
pickDigit(3);
lightSegments(10);
delayMicroseconds(del);
}
// 以下為調(diào)用函數(shù)
void clearLEDs() //清屏函數(shù)
{
digitalWrite(a, LOW);
digitalWrite(b, LOW);
digitalWrite(c, LOW);
digitalWrite(d, LOW);
digitalWrite(e, LOW);
digitalWrite(f, LOW);
digitalWrite(g, LOW);
digitalWrite(p, LOW);
}
void pickDigit(int x) //定義pickDigit(x),其作用是開啟dx端口
{
digitalWrite(d1, HIGH);
digitalWrite(d2, HIGH);
digitalWrite(d3, HIGH);
digitalWrite(d4, HIGH);
switch(x)
{
case 1:
digitalWrite(d1, LOW);
break;
case 2:
digitalWrite(d2, LOW);
break;
case 3:
digitalWrite(d3, LOW);
break;
default:
digitalWrite(d4, LOW);
break;
}
}
void dispDec(int x) //設(shè)定開啟小數(shù)點
{
digitalWrite(p, HIGH);
}
void lightSegments(int x) { // 點亮對應(yīng)數(shù)字的數(shù)碼管
for (int i = 0; i < 7; i++) {
digitalWrite(segs[i], seven_seg_digits[x][i]);
}
}
