wokwi arduino mega 2560 - 點亮LED案例

截圖：?

代碼：

unsigned long t[20];  // 定義一個數組t，用于存儲20個LED的上次狀態切換時間（單位：毫秒）void setup() {pinMode(13, OUTPUT);  // 將引腳13設置為輸出模式（此行代碼在本實驗中未實際使用，可忽略）for(int ledid = 0; ledid < 20; ledid++)  // 循環遍歷0到19的引腳，初始化每個LED的控制引腳{pinMode(ledid, OUTPUT);  // 將當前引腳（ledid）設置為輸出模式t[ledid] = millis();  // 將當前時間（毫秒）記錄到數組t中，對應當前LED的上次切換時間}
}void ledblink(int ledid, int ledhz)  // 定義函數ledblink，用于控制指定LED的閃爍
{if (millis() - t[ledid] >= ledhz) {  // 如果當前時間與上次切換時間的差值大于等于閃爍周期（ledhz）digitalWrite(ledid, !digitalRead(ledid));  // 切換當前LED的狀態（亮變滅，滅變亮）t[ledid] = millis();  // 更新當前LED的上次切換時間為當前時間}
}void loop() {for(int ledid = 0; ledid < 20; ledid++)  // 循環遍歷0到19的引腳，逐個控制LED{ledblink(ledid, random(ledid, 2000 * ledid));  // 調用ledblink函數，為當前LED生成一個隨機閃爍周期并控制其閃爍// random(ledid, 2000*ledid) 生成一個范圍在 [ledid, 2000*ledid) 的隨機整數作為閃爍周期}
}

以下是逐行添加中文注釋的代碼：

cpp復制代碼

	`unsigned long t[20]; // 定義一個數組t，用于存儲20個LED的上次狀態切換時間（單位：毫秒）`

	`void setup() {`
	`pinMode(13, OUTPUT); // 將引腳13設置為輸出模式（此行代碼在本實驗中未實際使用，可忽略）`
	`for(int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) // 循環遍歷0到19的引腳，初始化每個LED的控制引腳`
	`{`
	`pinMode(ledid, OUTPUT); // 將當前引腳（ledid）設置為輸出模式`
	`t[ledid] = millis(); // 將當前時間（毫秒）記錄到數組t中，對應當前LED的上次切換時間`
	`}`
	`}`

	`void ledblink(int ledid, int ledhz) // 定義函數ledblink，用于控制指定LED的閃爍`
	`{`
	`if (millis() - t[ledid] >= ledhz) { // 如果當前時間與上次切換時間的差值大于等于閃爍周期（ledhz）`
	`digitalWrite(ledid, !digitalRead(ledid)); // 切換當前LED的狀態（亮變滅，滅變亮）`
	`t[ledid] = millis(); // 更新當前LED的上次切換時間為當前時間`
	`}`
	`}`

	`void loop() {`
	`for(int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) // 循環遍歷0到19的引腳，逐個控制LED`
	`{`
	`ledblink(ledid, random(ledid, 2000 * ledid)); // 調用ledblink函數，為當前LED生成一個隨機閃爍周期并控制其閃爍`
	`// random(ledid, 2000ledid) 生成一個范圍在 [ledid, 2000ledid) 的隨機整數作為閃爍周期`
	`}`
	`}`

代碼邏輯說明：

數組t[20]：
用于記錄每個LED的上次狀態切換時間，確保每個LED的閃爍是獨立的。
setup()函數：
初始化每個LED的控制引腳為輸出模式，并記錄當前時間作為初始切換時間。
ledblink()函數：
根據當前時間與上次切換時間的差值，決定是否切換LED的狀態。如果差值大于等于閃爍周期，則切換狀態并更新上次切換時間。
loop()函數：
循環遍歷每個LED，調用ledblink()函數，并為每個LED生成一個隨機閃爍周期。隨機數范圍隨ledid增大而增大，導致高編號LED的閃爍頻率較低。

注意事項：

隨機數范圍：
random(ledid, 2000*ledid)生成的隨機數范圍較大，高編號LED的閃爍頻率可能過低，肉眼難以察覺閃爍。可根據需要調整隨機數范圍。
引腳13：
pinMode(13, OUTPUT);在本實驗中未實際使用，可刪除或保留作為備用。
非阻塞式控制：
使用millis()函數實現非阻塞式控制，確保所有LED的狀態切換獨立且實時。

項目仿真網址：

https://wokwi.com/projects/415863028802020353

實驗報告：基于Wokwi Arduino Mega 2560 的多LED隨機閃爍實驗

實驗名稱

基于Arduino Mega 2560的多LED隨機閃爍實驗

實驗目的

學習使用Arduino Mega 2560控制多個LED。
掌握millis()函數實現非阻塞式LED閃爍。
理解隨機數生成在LED閃爍頻率控制中的應用。
熟悉Wokwi仿真平臺的使用。

實驗器材

Wokwi在線仿真平臺。
Arduino Mega 2560開發板（仿真）。
20個LED（仿真）。
20個電阻（220Ω，仿真）。
面包板和若干連接線（仿真）。

實驗原理

非阻塞式編程：
使用millis()函數記錄時間，通過比較當前時間與上次LED狀態切換時間的差值，決定是否切換LED狀態。這種方式避免了使用delay()函數導致的程序阻塞。
隨機數生成：
使用random(min, max)函數生成一個范圍在[min, max)的隨機整數，用于控制每個LED的閃爍頻率。
多LED控制：
通過數組t[20]記錄每個LED的上次狀態切換時間，結合循環實現對20個LED的獨立控制。

實驗電路連接

將Arduino Mega 2560的引腳0~19分別連接到20個LED的負極（通過電阻接地）。
LED的正極連接到5V電源。
仿真中可直接在Wokwi平臺拖拽元件完成連接。

實驗代碼分析

cpp復制代碼

	`unsigned long t[20]; // 用于存儲每個LED的上次狀態切換時間`

	`void setup() {`
	`pinMode(13, OUTPUT); // 示例代碼中的冗余設置（未使用引腳13）`
	`for (int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) {`
	`pinMode(ledid, OUTPUT); // 將引腳0~19設置為輸出模式`
	`t[ledid] = millis(); // 初始化每個LED的上次切換時間為當前時間`
	`}`
	`}`

	`void ledblink(int ledid, int ledhz) {`
	`// 如果當前時間與上次切換時間的差值大于等于閃爍周期，則切換LED狀態`
	`if (millis() - t[ledid] >= ledhz) {`
	`digitalWrite(ledid, !digitalRead(ledid)); // 切換LED狀態`
	`t[ledid] = millis(); // 更新上次切換時間`
	`}`
	`}`

	`void loop() {`
	`for (int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) {`
	`// 為每個LED生成一個隨機閃爍周期，并調用ledblink函數`
	`ledblink(ledid, random(ledid, 2000 * ledid));`
	`}`
	`}`

實驗步驟

搭建電路：
在Wokwi平臺中，將Arduino Mega 2560的引腳0~19分別連接20個LED（通過電阻接地）。
編寫代碼：
將上述代碼復制到Wokwi的代碼編輯器中。
運行仿真：
點擊“Start Simulation”按鈕，觀察LED的閃爍情況。
記錄現象：
觀察每個LED的閃爍頻率是否隨機，且是否獨立工作。

實驗結果

現象描述：
- 20個LED以不同的頻率隨機閃爍。
- 每個LED的閃爍頻率在程序運行期間動態變化。
- 所有LED獨立工作，互不干擾。
結果分析：
- random(ledid, 2000 * ledid)生成的隨機數范圍隨ledid增大而增大，導致高編號LED的閃爍頻率較低。
- millis()函數實現了非阻塞式控制，確保所有LED的狀態切換獨立且實時。

實驗問題與改進

問題：
- 高編號LED的閃爍頻率過低，可能導致肉眼難以察覺閃爍。
- 隨機數生成范圍過大，導致閃爍頻率差異顯著。
改進建議：
- 調整隨機數范圍，例如random(100, 500)，使所有LED的閃爍頻率更接近。
- 增加一個全局變量控制閃爍頻率范圍，便于動態調整。

改進后的代碼示例

cpp復制代碼

	`unsigned long t[20];`
	`int minHz = 100; // 最小閃爍周期（毫秒）`
	`int maxHz = 500; // 最大閃爍周期（毫秒）`

	`void setup() {`
	`for (int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) {`
	`pinMode(ledid, OUTPUT);`
	`t[ledid] = millis();`
	`}`
	`}`

	`void ledblink(int ledid, int ledhz) {`
	`if (millis() - t[ledid] >= ledhz) {`
	`digitalWrite(ledid, !digitalRead(ledid));`
	`t[ledid] = millis();`
	`}`
	`}`

	`void loop() {`
	`for (int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) {`
	`ledblink(ledid, random(minHz, maxHz));`
	`}`
	`}`

實驗總結

通過本實驗，掌握了使用millis()函數實現非阻塞式LED控制的方法。
理解了隨機數生成在動態控制中的應用。
學會了在Wokwi平臺中搭建多LED電路并調試代碼。
改進后的代碼實現了更均勻的閃爍頻率，提升了實驗效果。

附錄

Wokwi仿真鏈接：
（此處可附上實驗仿真鏈接，若需分享）
參考文獻：
- Arduino官方文檔
- Wokwi在線仿真平臺教程

實驗報告撰寫人：XXX
日期：XXXX年XX月XX日

課程要點：

在 Wokwi 平臺上使用 Arduino Mega 2560 進行 IO 口簡單應用的學習，可以涵蓋硬件基礎、編程入門以及實際應用等多個方面。以下是詳細的課程內容概述：

一、Arduino Mega 2560 硬件基礎

核心特性
- 微控制器：基于 ATmega2560 芯片，具有 256KB 的 Flash 程序內存、8KB 的 SRAM 和 4KB 的 EEPROM。
- IO 端口：提供 54 個數字 I/O 引腳（其中 15 個支持 PWM 輸出）、16 個模擬輸入引腳。
- 通信接口：4 個硬件串行端口、1 個 USB 接口、1 個 ICSP 接口，支持 SPI、I2C 等通信協議。
- 電源管理：可通過 USB、外部直流電源或電池供電，自動選擇供電方式。
引腳布局與功能
- 數字 I/O 引腳：如引腳 0-13 可用于數字輸入/輸出和串行通信，引腳 2-13、44-46 支持 PWM 輸出。
- 模擬輸入引腳：如 A0-A15 可用于模擬信號輸入，部分引腳也可用作數字 I/O。
- 特殊功能引腳：如 AREF（模擬參考電壓）、Reset（復位按鈕）、GND（地線）、VIN（外部電源輸入）等。

二、Wokwi 平臺使用入門

平臺簡介
- Wokwi 是一個在線的 Arduino 模擬器，支持多種 Arduino 型號，包括 Mega 2560。
- 無需硬件即可進行 Arduino 編程和仿真，適合初學者快速上手。
基本操作
- 創建項目：在 Wokwi 平臺上選擇 Arduino Mega 2560 型號，創建新的項目。
- 編寫代碼：使用內置的代碼編輯器編寫 Arduino 代碼。
- 仿真運行：點擊“運行”按鈕，觀察仿真結果。

三、IO 口簡單應用編程

數字 I/O 控制
- LED 閃爍：通過控制數字 I/O 引腳的電平高低，實現 LED 的閃爍。
- 按鈕控制：讀取數字 I/O 引腳的狀態，實現按鈕控制 LED 的亮滅。
模擬輸入讀取
- 電位器調光：通過讀取模擬輸入引腳的值，控制 LED 的亮度。
- 傳感器數據讀取：如使用光敏電阻、溫度傳感器等模擬傳感器，讀取環境數據。
PWM 輸出控制
- 電機調速：通過 PWM 輸出控制電機的轉速。
- LED 調光：通過 PWM 輸出實現 LED 的亮度調節。
串行通信
- 串口打印：通過串行端口向計算機發送數據，實現調試信息的輸出。
- 串口通信協議：如使用串口與其他設備進行數據交換。