目录

一、Arduino 的 I/O 概述

二、数字 I/O 工作方式

1. 设置引脚模式

读写数字信号

三、模拟输入（Analog Input）

1. 原理

2. 使用方法

四、模拟输出（PWM）

1. 原理

2. 使用方法

五、注意事项

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一、Arduino 的 I/O 概述

Arduino 的引脚可以分为两类：

1. 数字 I/O (Digital Input/Output)

   • 只能识别和输出 0 或 1（低电平 0V，高电平 5V/3.3V，具体看开发板）。

   • 可用于控制 LED、读取按钮开关状态、与数字传感器通信等。

2. 模拟 I/O (Analog Input/Output)

   • 模拟输入 (Analog Input)：通过板载的 ADC（模数转换器） 把连续的电压（0V~5V 或 0~3.3V）转换成离散的数值（通常 10 位，范围 0~1023）。

   • 模拟输出 (Analog Output)：Arduino 没有真正的 DAC（数模转换器），所以它的“模拟输出”其实是 PWM（脉冲宽度调制） 信号，用来“模拟”电压大小。

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二、数字 I/O 工作方式

1. 设置引脚模式

在 setup() 里定义：

pinMode(pin, INPUT);      // 设置为输入
pinMode(pin, INPUT_PULLUP); // 输入并启用内部上拉电阻
pinMode(pin, OUTPUT);     // 设置为输出

读写数字信号

• 输入：

int buttonState = digitalRead(2); // 读取引脚 2 的电平（0 或 1）

输出：

digitalWrite(13, HIGH); // 将引脚 13 拉高（5V）
digitalWrite(13, LOW);  // 将引脚 13 拉低（0V）

⚡ 例子：按钮控制 LED

const int buttonPin = 2;
const int ledPin = 13;
int buttonState = 0;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  buttonState = digitalRead(buttonPin);
  if (buttonState == HIGH) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);  // 点亮 LED
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW);   // 关闭 LED
  }
}

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三、模拟输入（Analog Input）

1. 原理

• Arduino UNO 有 6 个模拟输入引脚（A0~A5）。

• 电压范围：0V ~ 5V

• ADC 分辨率：10 位 → 输出数值 0~1023

  • 0 → 0V

  • 1023 → 5V

  • 例如：输入 2.5V → 大约读到 512

2. 使用方法

int sensorValue = analogRead(A0); // 读取 A0 上的电压

⚡ 例子：电位器读数

int sensorValue = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600); // 打开串口监视器
}

void loop() {
  sensorValue = analogRead(A0);  
  Serial.println(sensorValue);   // 打印 0~1023 的数值
  delay(500);
}

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四、模拟输出（PWM）

1. 原理

• Arduino UNO 的某些数字引脚支持 PWM 输出（标有 ~ 的引脚，如 3, 5, 6, 9, 10, 11）。

• PWM 用高速开关信号的 占空比 来模拟电压：

  • 0% 占空比 → 0V

  • 50% 占空比 → 2.5V（假设 5V 电源）

  • 100% 占空比 → 5V

2. 使用方法

analogWrite(pin, value); 
// value 范围 0~255
// 0 = 0V, 255 ≈ 5V

⚡ 例子：呼吸灯

int led = 9;   // 支持 PWM 的引脚
int brightness = 0;
int fadeAmount = 5;

void setup() {
  pinMode(led, OUTPUT);
}

void loop() {
  analogWrite(led, brightness);   // 设置亮度
  brightness = brightness + fadeAmount;
  
  if (brightness <= 0 || brightness >= 255) {
    fadeAmount = -fadeAmount; // 反向变化
  }
  delay(30);
}

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五、注意事项

1. 电压范围：不要给 Arduino 模拟输入超过其供电电压（UNO 是 5V，Nano/ESP32 可能是 3.3V）。

2. 电流限制：每个 I/O 引脚最大约 20mA，绝对不能超过 40mA。

3. PWM ≠ 真正模拟电压，它是数字信号模拟的“平均电压”，对 LED、马达有效，但不能直接输出真正的连续电压波形。

4. 滤波电路：如果需要真正平滑的模拟电压，可以在 PWM 输出端加一个 RC 滤波器（电阻 + 电容）。

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✅ 总结一下：

• Digital I/O → pinMode() + digitalRead()/digitalWrite()

• Analog Input → analogRead() 获取 0~1023 对应电压

• Analog Output (PWM) → analogWrite() 设置 0~255 对应占空比

下面我画了一个Arduino I/O 总结图（数字输入/输出，模拟输入/输出函数一览）