wokwi arduino mega 2560 - 点亮LED案例

截图：

代码：

unsigned long t[20];  // 定义一个数组t，用于存储20个LED的上次状态切换时间（单位：毫秒）void setup() {pinMode(13, OUTPUT);  // 将引脚13设置为输出模式（此行代码在本实验中未实际使用，可忽略）for(int ledid = 0; ledid < 20; ledid++)  // 循环遍历0到19的引脚，初始化每个LED的控制引脚{pinMode(ledid, OUTPUT);  // 将当前引脚（ledid）设置为输出模式t[ledid] = millis();  // 将当前时间（毫秒）记录到数组t中，对应当前LED的上次切换时间}
}void ledblink(int ledid, int ledhz)  // 定义函数ledblink，用于控制指定LED的闪烁
{if (millis() - t[ledid] >= ledhz) {  // 如果当前时间与上次切换时间的差值大于等于闪烁周期（ledhz）digitalWrite(ledid, !digitalRead(ledid));  // 切换当前LED的状态（亮变灭，灭变亮）t[ledid] = millis();  // 更新当前LED的上次切换时间为当前时间}
}void loop() {for(int ledid = 0; ledid < 20; ledid++)  // 循环遍历0到19的引脚，逐个控制LED{ledblink(ledid, random(ledid, 2000 * ledid));  // 调用ledblink函数，为当前LED生成一个随机闪烁周期并控制其闪烁// random(ledid, 2000*ledid) 生成一个范围在 [ledid, 2000*ledid) 的随机整数作为闪烁周期}
}

以下是逐行添加中文注释的代码：

cpp复制代码

	`unsigned long t[20]; // 定义一个数组t，用于存储20个LED的上次状态切换时间（单位：毫秒）`

	`void setup() {`
	`pinMode(13, OUTPUT); // 将引脚13设置为输出模式（此行代码在本实验中未实际使用，可忽略）`
	`for(int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) // 循环遍历0到19的引脚，初始化每个LED的控制引脚`
	`{`
	`pinMode(ledid, OUTPUT); // 将当前引脚（ledid）设置为输出模式`
	`t[ledid] = millis(); // 将当前时间（毫秒）记录到数组t中，对应当前LED的上次切换时间`
	`}`
	`}`

	`void ledblink(int ledid, int ledhz) // 定义函数ledblink，用于控制指定LED的闪烁`
	`{`
	`if (millis() - t[ledid] >= ledhz) { // 如果当前时间与上次切换时间的差值大于等于闪烁周期（ledhz）`
	`digitalWrite(ledid, !digitalRead(ledid)); // 切换当前LED的状态（亮变灭，灭变亮）`
	`t[ledid] = millis(); // 更新当前LED的上次切换时间为当前时间`
	`}`
	`}`

	`void loop() {`
	`for(int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) // 循环遍历0到19的引脚，逐个控制LED`
	`{`
	`ledblink(ledid, random(ledid, 2000 * ledid)); // 调用ledblink函数，为当前LED生成一个随机闪烁周期并控制其闪烁`
	`// random(ledid, 2000ledid) 生成一个范围在 [ledid, 2000ledid) 的随机整数作为闪烁周期`
	`}`
	`}`

代码逻辑说明：

数组t[20]：
用于记录每个LED的上次状态切换时间，确保每个LED的闪烁是独立的。
setup()函数：
初始化每个LED的控制引脚为输出模式，并记录当前时间作为初始切换时间。
ledblink()函数：
根据当前时间与上次切换时间的差值，决定是否切换LED的状态。如果差值大于等于闪烁周期，则切换状态并更新上次切换时间。
loop()函数：
循环遍历每个LED，调用ledblink()函数，并为每个LED生成一个随机闪烁周期。随机数范围随ledid增大而增大，导致高编号LED的闪烁频率较低。

注意事项：

随机数范围：
random(ledid, 2000*ledid)生成的随机数范围较大，高编号LED的闪烁频率可能过低，肉眼难以察觉闪烁。可根据需要调整随机数范围。
引脚13：
pinMode(13, OUTPUT);在本实验中未实际使用，可删除或保留作为备用。
非阻塞式控制：
使用millis()函数实现非阻塞式控制，确保所有LED的状态切换独立且实时。

项目仿真网址：

https://wokwi.com/projects/415863028802020353

实验报告：基于Wokwi Arduino Mega 2560 的多LED随机闪烁实验

实验名称

基于Arduino Mega 2560的多LED随机闪烁实验

实验目的

学习使用Arduino Mega 2560控制多个LED。
掌握millis()函数实现非阻塞式LED闪烁。
理解随机数生成在LED闪烁频率控制中的应用。
熟悉Wokwi仿真平台的使用。

实验器材

Wokwi在线仿真平台。
Arduino Mega 2560开发板（仿真）。
20个LED（仿真）。
20个电阻（220Ω，仿真）。
面包板和若干连接线（仿真）。

实验原理

非阻塞式编程：
使用millis()函数记录时间，通过比较当前时间与上次LED状态切换时间的差值，决定是否切换LED状态。这种方式避免了使用delay()函数导致的程序阻塞。
随机数生成：
使用random(min, max)函数生成一个范围在[min, max)的随机整数，用于控制每个LED的闪烁频率。
多LED控制：
通过数组t[20]记录每个LED的上次状态切换时间，结合循环实现对20个LED的独立控制。

实验电路连接

将Arduino Mega 2560的引脚0~19分别连接到20个LED的负极（通过电阻接地）。
LED的正极连接到5V电源。
仿真中可直接在Wokwi平台拖拽元件完成连接。

实验代码分析

cpp复制代码

	`unsigned long t[20]; // 用于存储每个LED的上次状态切换时间`

	`void setup() {`
	`pinMode(13, OUTPUT); // 示例代码中的冗余设置（未使用引脚13）`
	`for (int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) {`
	`pinMode(ledid, OUTPUT); // 将引脚0~19设置为输出模式`
	`t[ledid] = millis(); // 初始化每个LED的上次切换时间为当前时间`
	`}`
	`}`

	`void ledblink(int ledid, int ledhz) {`
	`// 如果当前时间与上次切换时间的差值大于等于闪烁周期，则切换LED状态`
	`if (millis() - t[ledid] >= ledhz) {`
	`digitalWrite(ledid, !digitalRead(ledid)); // 切换LED状态`
	`t[ledid] = millis(); // 更新上次切换时间`
	`}`
	`}`

	`void loop() {`
	`for (int ledid = 0; ledid < 20; ledid++) {`
	`// 为每个LED生成一个随机闪烁周期，并调用ledblink函数`
	`ledblink(ledid, random(ledid, 2000 * ledid));`
	`}`
	`}`

实验步骤

搭建电路：
在Wokwi平台中，将Arduino Mega 2560的引脚0~19分别连接20个LED（通过电阻接地）。
编写代码：
将上述代码复制到Wokwi的代码编辑器中。
运行仿真：
点击“Start Simulation”按钮，观察LED的闪烁情况。
记录现象：
观察每个LED的闪烁频率是否随机，且是否独立工作。

实验结果

现象描述：
- 20个LED以不同的频率随机闪烁。
- 每个LED的闪烁频率在程序运行期间动态变化。
- 所有LED独立工作，互不干扰。
结果分析：
- random(ledid, 2000 * ledid)生成的随机数范围随ledid增大而增大，导致高编号LED的闪烁频率较低。
- millis()函数实现了非阻塞式控制，确保所有LED的状态切换独立且实时。

实验问题与改进

问题：
- 高编号LED的闪烁频率过低，可能导致肉眼难以察觉闪烁。
- 随机数生成范围过大，导致闪烁频率差异显著。
改进建议：
- 调整随机数范围，例如random(100, 500)，使所有LED的闪烁频率更接近。
- 增加一个全局变量控制闪烁频率范围，便于动态调整。

改进后的代码示例

cpp复制代码

	`unsigned long t[20];`
	`int minHz = 100; // 最小闪烁周期（毫秒）`
	`int maxHz = 500; // 最大闪烁周期（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));`
	`}`
	`}`

实验总结

通过本实验，掌握了使用millis()函数实现非阻塞式LED控制的方法。
理解了随机数生成在动态控制中的应用。
学会了在Wokwi平台中搭建多LED电路并调试代码。
改进后的代码实现了更均匀的闪烁频率，提升了实验效果。

附录

Wokwi仿真链接：
（此处可附上实验仿真链接，若需分享）
参考文献：
- Arduino官方文档
- Wokwi在线仿真平台教程

实验报告撰写人：XXX
日期：XXXX年XX月XX日

课程要点：

在 Wokwi 平台上使用 Arduino Mega 2560 进行 IO 口简单应用的学习，可以涵盖硬件基础、编程入门以及实际应用等多个方面。以下是详细的课程内容概述：

一、Arduino Mega 2560 硬件基础

核心特性
- 微控制器：基于 ATmega2560 芯片，具有 256KB 的 Flash 程序内存、8KB 的 SRAM 和 4KB 的 EEPROM。
- IO 端口：提供 54 个数字 I/O 引脚（其中 15 个支持 PWM 输出）、16 个模拟输入引脚。
- 通信接口：4 个硬件串行端口、1 个 USB 接口、1 个 ICSP 接口，支持 SPI、I2C 等通信协议。
- 电源管理：可通过 USB、外部直流电源或电池供电，自动选择供电方式。
引脚布局与功能
- 数字 I/O 引脚：如引脚 0-13 可用于数字输入/输出和串行通信，引脚 2-13、44-46 支持 PWM 输出。
- 模拟输入引脚：如 A0-A15 可用于模拟信号输入，部分引脚也可用作数字 I/O。
- 特殊功能引脚：如 AREF（模拟参考电压）、Reset（复位按钮）、GND（地线）、VIN（外部电源输入）等。

二、Wokwi 平台使用入门

平台简介
- Wokwi 是一个在线的 Arduino 模拟器，支持多种 Arduino 型号，包括 Mega 2560。
- 无需硬件即可进行 Arduino 编程和仿真，适合初学者快速上手。
基本操作
- 创建项目：在 Wokwi 平台上选择 Arduino Mega 2560 型号，创建新的项目。
- 编写代码：使用内置的代码编辑器编写 Arduino 代码。
- 仿真运行：点击“运行”按钮，观察仿真结果。

三、IO 口简单应用编程

数字 I/O 控制
- LED 闪烁：通过控制数字 I/O 引脚的电平高低，实现 LED 的闪烁。
- 按钮控制：读取数字 I/O 引脚的状态，实现按钮控制 LED 的亮灭。
模拟输入读取
- 电位器调光：通过读取模拟输入引脚的值，控制 LED 的亮度。
- 传感器数据读取：如使用光敏电阻、温度传感器等模拟传感器，读取环境数据。
PWM 输出控制
- 电机调速：通过 PWM 输出控制电机的转速。
- LED 调光：通过 PWM 输出实现 LED 的亮度调节。
串行通信
- 串口打印：通过串行端口向计算机发送数据，实现调试信息的输出。
- 串口通信协议：如使用串口与其他设备进行数据交换。