前一章我們已經大致了解如何燒錄程式到 arduino 上面，現在，讓我們來學習一下在 arduino IDE 上面的基本語法。 基本上，IDE 的語法是從 C 修改來的，而之前學的 PHP 也是有點 C 的影子，因此，同學們可能會覺得， 底下的語法都會有點似曾相似的感覺喔！無論如何，讓我們來學習學習！

不過，跟一般 PC 不一樣，一般 PC 已經設計好，所有的輸出，大致上都是從顯示卡傳送到螢幕來顯示， arduino 只是簡簡單單的一塊板子，原本就沒有接顯示卡...所以，如果你要取得從 arduino 來的訊號， 就得要先了解怎麼讓這些訊息透過 USB 傳送/接收到 arduino IDE 開發軟體中！

• 使用 Serial 函數

arduino 與 IDE 開發軟體之間的傳輸，最簡單的方法當然就是透過那條原本的 USB 傳輸線！在 arduino 裡面， 可以透過已經撰寫好的 Serial (注意大小寫) 函數來處理！而一開始要處理的，就是 arduino 與 IDE 之間的傳輸速率， 或稱為鮑率 (baud rate)。想像一下，你在大隊接力的時候，最終接棒時，傳棒與接棒的人，速度應該要一致才好！ 後面的人太快就會撞在一起，前面的人太快就會無法接棒！所以在接棒區，應該速度要一致！同樣的道理， 你的 arduino 硬體與 IDE 軟體之間傳輸的速率 (鮑率) 也要相同，否則傳輸就會出問題！

現在，接上你的 arduino 到 USB 上，然後打開 IDE 軟體之後，點選小按鈕列最右邊的『序列埠監控視窗』， 或者透過『工具』、『序列埠監控視窗』來打開也行！打開之後，觀察一下右下角的按鈕，你會看到類似如下的畫面：

如上圖所示，你可以額外勾選『Show timestamp』項目，然後觀察一下傳輸速率，預設大部分都是 9600 baud， 這個鮑率在文末的維基百科解釋，其實是每秒鐘傳輸的符號資料量，再次強調，arduino 與 IDE 軟體，這兩者要相同比較好。 因為 IDE 軟體預設使用 9600 baud，那我們等等在 arduino 『初始化序列埠傳輸速率』時，也指定 9600 這樣即可。 指定的方法為，在 setup() 函數內，使用 Serial.begin(9600); 就好了！

現在，請打開 IDE 開發軟體，新增一個新的專案，然後處理序列埠的傳輸速率，有點像這樣：

void setup() {
	Serial.begin(9600);
}
void loop() {
}

那如何將資料透過 USB 序列埠回傳到 IDE 的監控視窗當中呢？可以透過幾個常見的函數：

• Serial.print(資料);
  可以是字串("字串")、數值(38.38)、十進位轉為二進位的數值(38,BIN)，這個資料之間是相連的，不會主動斷行， 斷行可以加 ("\n") 處理。至於字串資料，建議使用雙引號來處理！
• Serial.println(資料);
  與 Serial.print 類似，只是資料結尾會主動加上斷行字元而已
• Serial.write(資料);
  可以直接輸出字串 ("字串")，如果填寫數值時，則會輸出該數值代表的 ASCII 符號！

根據上面的說明，看起來還是 Serial.print 比較常用！當然，要主動斷行，直接使用 Serial.println 也是可以的。 現在，讓我們撰寫第一支自己寫的程式，讓 arduino 每 2 秒鐘輸出一次 hello Arduino 吧！這樣寫即可：

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  Serial.print('hello Arduino\n');
  delay(2000);
}

寫完之後，請先自己編譯看看，按下編譯之後，系統會先要求你要儲存這個專案，如果不想寫專案名稱， 直接按下 enter 也沒關係。不過為了未來好管理，給個適當的專案檔名會比較好。因此，鳥哥這裡選擇使用 code-hello 作為專案的檔名囉。之後系統會經過一陣子的編譯，最終在左下角告知編譯的結果，如下圖所示：

如果一切順利，現在你有 IDE 的軟體、COM4 的監控視窗、已經插上 USB 連結到主機的 arduino，現在， 請將這個程式碼上傳到 arduino 上吧！燒錄完畢之後，你的 arduino 就會立刻處理這隻程式碼，然後，就會看到類似如下的畫面：

現在，去看一下工作中的 arduino nano，你會發現到每 2 秒鐘，那個 TX 的 LED 燈光會小小的閃光一次！ TX 指的是傳送，因此，有傳送資料時，這個燈號就會閃爍！可以看得到吧！有閃爍的燈光喔！有趣吧！

在 arduino 裡面，使用變數還是很不錯的！變數要使用之前，最好先宣告，而變數的類型有底下幾種：

資料型態	佔用位元數	資料範圍
boolean (布林值)	8	true(定義!=0), false(定義=0)
char (字元)	8	-128~+128
unsigned char (不帶符號字元)	8	0~255(沒有前導字元的符號)
int (整數)	16	-32768~+32768
unsigned int (不帶符號整數)	16	0~65535
long (長整數)	32	-2147483648~+2147483648
float (小數,浮點數)	32	-3.4028235E+38~+3.4028235E+38
double (倍精數)	32	-3.4028235E+38~+3.4028235E+38
String (字串)	不固定	得要雙引號 "字串" 來引用

• char 字元、字串變數的宣告

比較需要注意的是， char 為字元宣告，其實就是 ASCII 字元編碼的概念～不過，如果後面的值使用雙引號時， 該資料就會變成字串了！這個要特別注意！亦即是：

char str1 = 'a';            // 宣告為字元 a
char str2[] = "arduino";    // 宣告為一個字串 arduino
String str3 = "ARDUINO";    // 直接宣告為字串 ARDUINO

根據 arduino 官網 (請參考文末資料) 的解釋，因為 char 預設僅花 8 位元 (bit)，亦即一個位元組 (byte) 做儲存， 所以，當你的資料超過一個字元時，甚至是一個字就佔用 2~3 個位元組的中文字，那 char 當然無法儲存！ 就會變成空白了！所以，你需要額外開放一個空的、可以隨意填入資料的字串時，就需要在變數後面使用中括號 [] 加入位元數。 例如 str[16] 代表使用 16 位元 (兩個位元組) 進行儲存資料。如果不填寫數值，那就代表 arduino 編譯器會主動根據資料， 幫你計算足夠的位元數了！

你可能不懂差異在哪裡！沒關係，我們來指定一下輸出，你就知道了。假設 str1 與 str2 都要定義 arduino 這個字串內容， 如果沒有指定額外的儲存容量，看看會發生什麼事。請開啟新的專案，然後將專案名稱取為 code-char，輸入底下的資料：

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  char str1   = "arduino";
  char str2[] = "arduino";
  String str3 = "ARDUINO";
  Serial.print("str1 = ");
  Serial.println(str1);
  Serial.print("str2 = ");
  Serial.println(str2);
  Serial.print("str3 = ");
  Serial.println(str3);
  delay(2000);
}

儲存後，上傳燒錄到 arduino 裡面，運作的結果會有點像底下這樣：

很明顯的發現到，有額外提供儲存空間的 str2 才會正確顯示資料，預設使用一個位元組儲存資料的 str1 就會變成空白！ 這就是差異！要注意！要注意！一般來說，單純使用字串的話，還是透過 String 來宣告會比較單純！因為 String 為可變儲存長度， char 必須要固定長度！在使用上 String 對於字串還是相對友善的！

• 常見宣告方式

底下稍微說明一下，常見的變數宣告方式：

  int myvar = 100;                   // 宣告一個整數，且數值為 100
  int myi, myj, myk;                 // 宣告三個整數變數，不給初始值
  float myf1 = 3.14159;              // 宣告一個浮點數，並給予數值 3.14159
  String mystr[] = "hello arduino";  // 宣告一個字串變數，內容為 hello arduino

• 算術運算子

常見的運算子就是在數值之間進行加減乘除的符號，常見的符號有底下這些：

運算子	行為	範本	說明
+	加法	x+y	兩者相加
-	減法	x-y	兩者相減
*	乘法	x*y	兩者相乘
/	除法	x/y	兩者相除
%	整數取餘數	x%y	x除以y的餘數
++	遞增	x++	相當於 x=x+1
--	遞減	x--	相當於 x=x-1

我們讓 arduino 笨笨的去算一下球體的體積～設計變數，然後帶入公式： V=(4/3)*π*r³， 其中 V 為體積， r 為球體的半徑。先自己設計一下，然後在嘗試輸出看看。現在，請在開新的專案， 專案名稱取 code-ball 看看！

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  float V;
  float r = 5.0;
  V = 4/3*3.14159*r*r*r;
  Serial.print("半徑為");
  Serial.print(r);
  Serial.print("的球體的體積是： ");
  Serial.println(V);
  delay(2000);
}

執行成果如上圖所示。你會發現到，預設的 float 浮點數的輸出，應該就是兩位數！問題是，如果你想要輸出較長的小數點位數， 就得要透過特殊的寫法！將上面的 V 的輸出改成這樣就好：

  Serial.println(V, 4);   // 代表浮點數後面接 4 個小數點位數！

然後重新編譯、上傳到 arduino 之後，輸出的體積就會是小數點後 4 位的輸出了！查詢看看呦！

• 變數型態轉換、全域與區域變數

常見的變數型態轉換如下：

  String(var);
  char(var);
  var.toInt()
  var.toFloat();

另外，變數存在的區間是很特別的！有的變數可以在任何函數內存在，有的變數則只在某個函數內存在！以底下的案例來說：

int mypi = 3.14;
void setup() {
   ....
 }
void loop() {
   char mystr[] = 'arduino';
   ....
   float Q = mypi * r * r;
 }
void fun() {
   ....
 }

上面的 mypi 就是全域變數，這個變數可以在其他的函數 (loop()) 內存在！但是，那個 mystr[] 的字串變數， 就只有在 loop() 裡面才能夠有值，其他的函數內就預設沒有這個變數！這就是區域變數！

• 關係運算子

數值之間是可以比較大小的，當然，我們也可以抓字串是否為某個單字！這就是兩個變數之間的關係，就是關係運算子。 常見的關係運算子，可能要在流程控制裡面才會用到，我們這裡只是先提出來討論討論囉！

運算子	行為	範本	說明
==	等於	x==y	若 x 與 y 相同，則為 true，否則是 false
!=	不等於	x!=y	若 x 與 y 不相同，則為 true，否則是 false
>	大於	x>y	若 x 大於 y ，則為 true，否則是 false
<	小於	x<y	若 x 小於 y ，則為 true，否則是 false
>=	大於等於	x>=y	若 x 大於等於 y ，則為 true，否則是 false
<=	小於小於	x<=y	若 x 小於等於 y ，則為 true，否則是 false

基本上，用到這些關係運算子，通常用在比較上面，就得要使用 if 或者是 while 等需要判斷真或假 (true, false) 的情境下。 一般簡單運算倒是不會使用這些比較的運算子！

• 數值運算與輸出

數值運算相對簡單！我們先說說怎麼計算 BMI 好了！BMI 的公式是『體重/身高²』，單位是公斤與公尺。 現在，讓我們來處理 BMI 輸出的問題！

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  float myh = 1.76;
  float myw = 68.0;
  float mybmi = myw / myh / myh;
  Serial.print("身高： ");
  Serial.println(myh);
  Serial.print("體重： ");
  Serial.println(myw);
  Serial.print("BMI： ");
  Serial.println(mybmi);
  delay(2000);
}

上述檔名就稱為 code-bmi 好了！儲存、編譯、上傳，你就會看到你的 BMI 資料了！

基本上，程式語法一定會學到的，就是流程控制與迴圈。這裡先談談流程控制。一般來說，使用 if (如果) 來進行流程控制！ 一般基本語法如下：

void setup() {
  ....
}

void loop() {
  if ( 條件判斷 ) {
    ....
  }
}

不過，如果你的判斷結束後，只需要一條指令的回應，那可以簡化成這樣：

void setup() {
  ....
}

void loop() {
  if ( 條件判斷 ) 
    ....
}

基本上，就是大括號不見了而已！不是太困難！ 另外，條件判斷除了比較之外，如果有兩個以上的條件判斷，可以透過底下的邏輯運算子來處理：

運算子	行為	範本	說明
&&	and	x==y && a==b	兩者皆為 true 才是 true，否則是 false
||	or	x==y || a==b	其中一個是 true 就是 true，否則是 false

我們知道 BMI 在 18.5 到 24 之間是體重正常，其他則是不正常。如果我只想要知道『正常』與否，那可以這樣處理 code-bmi-s1 這個情況：

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  float myh = 1.76;
  float myw = 68.0;
  float mybmi = myw / myh / myh;
  String mycheck = "體重不是很正常喔！";
  if ( mybmi > 18.5 && mybmi < 24 ) 
    mycheck = "體重正常" ;
  Serial.print("身高： ");
  Serial.println(myh);
  Serial.print("體重： ");
  Serial.println(myw);
  Serial.print("BMI： ");
  Serial.println(mybmi);
  Serial.print("體重狀況： ");
  Serial.println(mycheck);
  delay(2000);
}

因為只有一個變數需要重新設定而已，所以，就沒有加上大括號在 if 後面。而且因為是雙重判斷，因此， 就得要兩個同時成立 (大於 18.5 與小於 24 要同時成立)！使用的就是 && 囉！那，如果還有其他需要判斷的， 就得要使用 if ... else .. 或者是 if ... else if ... else if ... else 之類的語法！例如：

void loop() {
  if (條件判斷) {
    ....
  } else if {
    ....
  } else {
    ....
  }
} 

現在，讓我們來將 code-bmi-s1 重新改寫一下 成為 code-bmi-s2，計算出 BMI 之後， 根據底下的數據，來判斷你的 BMI 狀態：

• BMI < 18.5 ：過輕
• 18.5 < BMI < 24 ：正常！
• 24 < BMI < 27 ：偏重
• 27 < BMI < 30 ：輕度肥胖
• 30 < BMI < 35 ：中度肥胖
• BMI > 35 ：重度肥胖

  String mycheck ;
  if ( mybmi < 18.5 ) {
    mycheck = "有點太輕";
  } else if ( mybmi < 24 ) {
    mycheck = "體重狀況不錯";
  } else if ( mybmi < 27 ) {
    mycheck = "有點偏重，注意飲食";
  } else if ( mybmi < 30 ) {
    mycheck = "輕度肥胖";
  } else if ( mybmi < 35 ) {
    mycheck = "中度肥胖";
  } else if ( mybmi >= 35 ) {
    mycheck = "重度肥胖";
  }

• 使用 switch 固定變數內容

使用 if 通常用來判斷不確定的變數內容，例如上面的 BMI 數值。有的時候，你可能只有 3, 4 個選項可以選， 那就可以透過 switch 來進行處理即可。大概是這樣：

switch (變數名稱) {
  case 變數值-1 : {
    ....;
  }
  break;
  case 變數值-2 : {
    ....;
  }
  break;
  ....
  default: {
    ....;
  } 
}

每個環節就是由 case...break 之間組成，最後，如果變數的值不在規範的範圍內，就使用 default (預設值) 來處理。 假設未來我們要偵測腳位是否有電，有就是 1，沒有就是 0，不是 1 也不是 0 就顯示不知道！那可以透過簡單的 switch 來處理也可以！ 檔名可以取為 code-switch 喔！

void loop() {
  int mypw = 3;  // 分別帶入 0, 1, 2 再上傳看看
  String mycheck;
  switch (mypw) {
    case 1: {
      mycheck = "有電有電！是 ON 的！";
    }
    break;
    case 0: {
      mycheck = "停電狀態是 OFF 啦";
    }
    break;
    default: {
      mycheck = "目前是莫名其妙的狀態";
    }
  }
  Serial.println("狀態是： " + mycheck);
  delay(2000);
}

迴圈控制主要有三種情況，第一種是使用 for 的固定迴圈數，第二種透過 while 指定條件成立才進行， 第三種則是使用 do ... while 至少進行過一次再做條件判斷的迴圈。先來看看 for 迴圈的用法：

for (起始值; 結束條件; 數值步階) {
  ....
}

假設我要從 arduino 裡面輸出 99 乘法表，那可以這樣做看看：程式檔名就是 code-nine 好了

void loop() {
  int i, j;
  String out;
  for ( i=1; i<=9; i++ ) {
    for ( j=1; j<=9; j++ ) {
      out = String(i) + " * " + String(j) + " = " + String(i*j);
      Serial.println(out);
    }
    delay(1000);
  }
  delay(2000);
}

我想要簡化輸出，所以，直接使用 String 改變變數型態，這樣就可以進行字串的累加了！比較方便一點！ 上面這種透過確認固定數值範圍的迴圈，通常就是使用 for 迴圈。

• 使用 while 進行迴圈

while 迴圈的使用方式有點像這樣：

while (條件判斷) {
  ....
}

當 (條件判斷) 為 true 時，就會進行迴圈～否則就脫離迴圈。讓我們來做個練習。當你要初始化一個遊戲人物時， 假設有體力、魔力與戰鬥力三種數值，這三個數值都可能由亂數產生 10~50 之間的數字，但是三個數值最大只能到 100 而已。 使用 random(最小,最大) 可以產生範圍內的整數，例如 random(1,11) 可以產生 1~10 的整數。那該如何處理？

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  Serial.println("開始計算體力、魔力與戰鬥力");
  int myhp, mymp, mypw;
  bool check = true;
  while (check) {
    myhp = random(10,50);
    mymp = random(10,50);
    mypw = 100 - myhp - mymp;
    if (mypw > 10 && mypw < 50) 
      check = false;  // 計算成功，就離開 while 迴圈囉！
  }
  Serial.println("體力值： " + String(myhp));
  Serial.println("魔力值： " + String(mymp));
  Serial.println("戰鬥力： " + String(mypw));
  delay(5000);
}

• 使用 do while 迴圈

使用 do while 迴圈的語法有點像這樣：

do {
  ....
  ....
} while (條件判斷)

這裡就不多說了！自己找範例玩一玩～

整個 arduino 至少需要兩個函數，一個是初始化的 setup() 函數，另一個則是 loop() 函數。那我們可以自訂函數嘛？ 當然是可以的！函數的定義基本上是這樣：

數值型態 函數名稱(外帶參數){ .... }

int sum(int x, int y) {
  ....
}

有個簡單的範例，如果你要算地球的平均週長、平均表面積、平均體積的話，可以使用地球的平均半徑 6371 公里來計算！ 至於球體的相關計算資料如下：

• 假設球體的半徑為 r
• 球體的週長會是： 2πr
• 球體的表面積會是： 4πr²
• 球體的體積會是： (4/3)πr³

現在，依據自訂函數的功能，請自訂三個函數，分別是 perimeter, surface, volume 三個，並外帶浮點數變數 r 來處理， 檔名取為 code-earth 好了！

float pi = 3.14159;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  float r = 6371.0;
  float res1 = perimeter(r);
  float res2 = surface(r);
  float res3 = volume(r);
  Serial.println("地球平均週長： " + String(res1));
  Serial.println("地球平均表面積： " + String(res2));
  Serial.println("地球平均體積： " + String(res3));
  delay(5000);
}

float perimeter(float r) {
  float res = 2 * pi * r;
  return(res);
}
float surface(float r) {
  float res = 4 * pi * r * r ;
  return(res);
}
float volume(float r) {
  float res = (4/3) * pi * r * r * r;
  return(res);
}

如上，你就可以指定三個函數來進行各個相關的任務！要注意喔，那個 return 可以回傳數值～而不只是執行過程而已！ 這個在自訂函數上面相當有用！

許多資料整合在一起還是比較方便！這就得要用到陣列了！一般數值陣列宣告的方法有點像這樣：

int x[5] = { 1, 2, 3, 4, 5};
// x[0] = 1;
// x[1] = 2;
// x[4] = 5;

宣告時，變數後面的中括號可以加入陣列的個數，不過，一定要加入陣列個數才行！個數不會自動累加，這個跟其他語言可能不太一樣。 我們參考上面的 code-earth 腳本，另行製作 code-earth-f1，統一使用 earth 函數，並且回傳一個陣列～該陣列就依照週長、表面積、體積來設計！ 不過，由於陣列在記憶體的分配上面比較困擾，你不能在函數之內回傳陣列再分配給陣列。因此，最簡單的方式，就是 (1)先將陣列宣告成為全域變數； (2)透過函數加星號 (*) 來執行，這樣就可以讓陣列內容在自訂函數內改變！並直接帶入到 loop() 主函數內！可以這樣參考看看：

float pi = 3.14159;
float res[3];

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  float r = 6371.0;
  earth(r);
  Serial.println("地球平均週長： " + String(res[0]));
  Serial.println("地球平均表面積： " + String(res[1]));
  Serial.println("地球平均體積： " + String(res[2]));
  delay(5000);
}

float *earth(float r) {
  res[0] = 2 * pi * r;
  res[1] = 4 * pi * r * r ;
  res[2] = (4/3) * pi * r * r * r;
  return res;
}

如果要使用二維陣列，就得要用到類似如下的作法了：

int array[3][3] = { {...}, {...}, {...} }

跟網頁差不多，我們是可以透過序列埠輸入資料給 arduino 處理的！舉例來說，輸入身高體重來計算 BMI 這樣。 讀入資料有很多種格式，這裡介紹一個通用的，就是透過 Serial.readString() 來一次性讀入從序列埠傳來的資料。 不過，預設的情況下，讀入的資料會自動加上斷行，因此，可以透過 trim() 函數來將字串前、後空白去除的功能！

• Serial.readString()
  從序列埠讀入資料，資料型態為字串喔！
• str.trim() 將字串 str 的前後空白刪除！

讓我們讀入一個字串好了！檔名設定為 code-read-string ，內容很簡單，當可以讀取來自序列埠的資料時， 就將資料列印出來！

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  String mystr = Serial.readString();
  mystr.trim();
  if ( mystr != "" ) {
     Serial.println("讀到的字串是 ==> " + mystr);
  }
  delay(2000);
}

接下來，讓我們來讓使用者輸入身高與體重，然後讓 arduino 計算 BMI。不過要注意的是， 序列埠一次只能輸入一串資料，但是我們需要身高與體重，因此需要輸入兩次才行！所以，這過程我們就需要透過類似 while 的功能， 判斷使用者輸入的資料是否正常？可以進行的內容有點像這樣：

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  
  int myh = 0;
  Serial.println("請輸入身高，單位是公分");
  while ( myh <= 0 || myh >= 300 ) {
    String mystr = Serial.readString();
    mystr.trim();
    if ( mystr != "" ) {
      Serial.println("輸入的身高是： " + mystr + " 公分");
      myh = mystr.toInt();
    }
    delay(1000);
  }
  
  float myw = 0;
  Serial.println("請輸入體重，單位是公斤");
  while ( myw <= 0 || myw >= 300 ) {
    String mystr = Serial.readString();
    mystr.trim();
    if ( mystr != "" ) {
      Serial.println("輸入的體重是： " + mystr + " 公斤");
      myw = mystr.toInt();
    }
  }

  float mybmi = myw / myh / myh * 10000;
  Serial.println("你的 BMI 是：" + String(mybmi));
  checkbmi(mybmi);
  delay(5000);
}

void checkbmi(float mybmi) {
  String mycheck ;
  if ( mybmi < 18.5 ) {
    mycheck = "有點太輕";
  } else if ( mybmi < 24 ) {
    mycheck = "體重狀況不錯";
  } else if ( mybmi < 27 ) {
    mycheck = "有點偏重，注意飲食";
  } else if ( mybmi < 30 ) {
    mycheck = "輕度肥胖";
  } else if ( mybmi < 35 ) {
    mycheck = "中度肥胖";
  } else if ( mybmi >= 35 ) {
    mycheck = "重度肥胖";
  }
  Serial.println("體重狀況： " + mycheck );
  return;
}

設計一個簡單的名為 code-bmi-read-show 的程式，讓使用者輸入身高後 (公分)，自動算出適當的體重範圍。 亦即 BMI 在 18.5 到 24 之間都是合理的體重範圍！

• 關於鮑率 (baud rate) 的介紹：https://zh.wikipedia.org/zh-hant/波特率
• 關於字元、字串的用法：https://www.arduino.cc/reference/en/language/variables/data-types/string/
• 簡易的字串處理方式： https://www.796t.com/content/1548888313.html