【雕爷学编程】Arduino 手册之布尔运算符（逻辑与）

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【雕爷学编程】Arduino 手册之布尔运算符（逻辑与）

什么是Arduino？
Arduino 是一款开源的电子原型平台，它可以让你用简单的硬件和软件来创建各种创意的项目。无论你是初学者还是专家，Arduino 都能为你提供无限的可能性。你可以用 Arduino 来控制传感器、灯光、马达、机器人、物联网设备等等，只要你能想到的，Arduino 都能帮你实现。

如果你想了解更多关于 Arduino 的信息，你可以访问 Arduino 的官方网站，那里有丰富的资源和教程供你参考。你也可以加入 Arduino 的社区，和来自世界各地的爱好者、学生、设计师和工程师交流心得和经验。此外，你还可以使用 Arduino 的在线编程工具，在云端编写代码并上传到你的开发板上。

Arduino 是一个不断发展和创新的平台，它有着广泛的应用领域和潜力。这里希望本手册能激发你对 Arduino 的兴趣和热情，让你享受 Arduino 带来的创造力和乐趣

维基百科的定义
Arduino 是一个开源嵌入式硬件平台，用来供用户制作可交互式的嵌入式项目。此外 Arduino 作为一个开源硬件和开源软件的公司，同时兼有项目和用户社群。该公司负责设计和制造Arduino电路板及相关附件。这些产品按照GNU宽通用公共许可证（LGPL）或GNU通用公共许可证（GPL）许可的开源硬件和软件分发的，Arduino 允许任何人制造 Arduino 板和软件分发。 Arduino 板可以以预装的形式商业销售，也可以作为 DIY 套件购买。

Arduino 2005 年时面世，作为意大利伊夫雷亚地区伊夫雷亚互动设计研究所的学生设计，目的是为新手和专业人员提供一种低成本且简单的方法，以建立使用传感器与环境相互作用的装置。初学者和爱好者可用Arduino制造传感器、简单机器人、恒温器和运动检测器等装置。

Arduino 这个名字来自意大利伊夫雷亚的一家酒吧，该项目的一些创始人过去常常会去这家酒吧。 酒吧以伊夫雷亚的 Arduin（Arduin of Ivrea）命名，他是伊夫雷亚边疆伯爵，也是 1002 年至 1014 年期间的意大利国王。

Arduino 系列电路板的设计大多使用 Atmel AVR 单片机。这些电路板配有一组数字和模拟I/O引脚，可以连接各种扩展板或面包板（Shields 扩展版)和其他电路。这些电路板具有串行端口，包括某些型号上的通用串行总线（USB），也用于从个人电脑加载程序。

软件编程方面，通常使用C/C++程序语言，官方提供了一个Arduino IDE用开发。除了使用传统的编译工具链之外，Arduino 项目还提供了一个基于 Processing 语言项目的集成开发环境。另外，一些少儿编程教育软件提供了对 Arduino 的可视化编程。

六、Arduino布尔运算符

Arduino布尔运算符是一种用于进行逻辑运算的运算符，它们可以用于判断条件是否成立，或者组合多个条件进行复杂的判断。布尔运算符有三种基本类型：与（&&）、或（||）和非（!）。它们的运算规则如下：

与（&&）：只有当两个操作数都为真时，结果才为真。例如，如果a和b都是真，那么a && b为真；否则为假。
或（||）：只要有一个操作数为真，结果就为真。例如，如果a或b是真，那么a || b为真；只有当a和b都是假时，结果才为假。
非（!）：用于反转操作数的逻辑状态。如果操作数为真，结果为假；如果操作数为假，结果为真。例如，如果a是真，那么!a为假；如果a是假，那么!a为真。

1、Arduino布尔运算符&& （逻辑与）
是用于进行逻辑运算的符号，它可以用来判断两个条件是否同时成立。它的运算规则是：只有当两个操作数都为真（true）时，结果才为真（true）。例如，如果a和b都是真（true），那么a && b也是真（true）；否则，结果为假（false）。

布尔运算符&& （逻辑与）的应用场景很多，比如：
1）判断变量、常量、表达式的值是否满足某些条件，根据不同的条件执行不同的分支或循环。
2）组合多个条件进行复杂的判断，实现更灵活的逻辑控制。
3）判断开关、传感器、按钮等输入设备的状态，根据不同的状态执行不同的动作或输出。

使用布尔运算符&& （逻辑与）时，需要注意以下事项：
1）布尔运算符&& （逻辑与）的优先级高于或（||），但低于非（!）。如果同时使用多个布尔运算符，需要用括号明确运算顺序，避免出现逻辑错误。
2）布尔运算符&& （逻辑与）的操作数必须是布尔类型的值，即真（true）或假（false）。如果操作数是其他类型的值，比如整数、浮点数、字符等，Arduino会自动将其转换为布尔类型。一般来说，非零的值会被转换为真（true），零的值会被转换为假（false）。但这种转换可能会导致一些意想不到的结果，比如1 && 2会返回1而不是真（true）。因此，在使用布尔运算符&& （逻辑与）时，最好确保操作数是布尔类型的值，或者使用比较运算符将其转换为布尔类型的值。
3）布尔运算符&& （逻辑与）的结果也是布尔类型的值，即真（true）或假（false）。如果需要将结果赋值给其他类型的变量，或者输出到串口、显示器等设备上，需要注意数据类型的转换。一般来说，真（true）会被转换为1，假（false）会被转换为0。但这种转换可能会导致一些信息的丢失，比如1 && 2会返回真（true），但赋值给整数变量后就变成了1。因此，在使用布尔运算符&& （逻辑与）时，最好明确数据类型的转换方式。

以下是使用布尔运算符&& （逻辑与）的实际程序案例：
案例一：使用与（&&）运算符判断两个开关是否同时按下，并根据结果控制LED灯的亮灭。代码如下：

// 定义两个开关连接的引脚
const int switchPin1 = 2;
const int switchPin2 = 8;
// 定义LED灯连接的引脚
const int ledPin = 13;void setup() {// 将开关引脚设置为输入上拉模式pinMode(switchPin1, INPUT_PULLUP);pinMode(switchPin2, INPUT_PULLUP);// 将LED灯引脚设置为输出模式pinMode(ledPin, OUTPUT);
}void loop() {// 读取两个开关的电平状态，并转换为布尔值bool switchState1 = !digitalRead(switchPin1); // 按下时为低电平，取反后为真bool switchState2 = !digitalRead(switchPin2); // 按下时为低电平，取反后为真// 使用与（&&）运算符判断两个开关是否同时按下if (switchState1 && switchState2) {// 如果同时按下，点亮LED灯digitalWrite(ledPin, HIGH);} else {// 否则熄灭LED灯digitalWrite(ledPin, LOW);}
}

案例二：控制风扇速度。使用一个温度传感器和一个电位器分别测量环境温度和用户设定的温度阈值，并根据两者之间的差异控制风扇速度。如果环境温度高于用户设定的温度阈值，并且差异大于5摄氏度，则风扇以最高速度旋转；如果环境温度高于用户设定的温度阈值，并且差异在5摄氏度以内，则风扇以中等速度旋转；如果环境温度低于或等于用户设定的温度阈值，则风扇停止旋转。代码如下：

// 定义引脚常量
const int sensorPin = A0; // 温度传感器连接的模拟引脚
const int potentiometerPin = A1; // 电位器连接的模拟引脚
const int fanPin = 9; // 风扇连接的PWM引脚// 定义变量
float temperature = 0.0; // 存储温度值，单位为摄氏度
float threshold = 0.0; // 存储温度阈值，单位为摄氏度
float difference = 0.0; // 存储温度差异，单位为摄氏度
int fanSpeed = 0; // 存储风扇速度，范围为0到255void setup() {Serial.begin(9600); // 初始化串口通讯，波特率为9600pinMode(fanPin, OUTPUT); // 将风扇引脚设置为输出模式
}void loop() {temperature = readTemperature(); // 调用自定义函数读取温度值threshold = readThreshold(); // 调用自定义函数读取温度阈值difference = temperature - threshold; // 计算温度差异if (temperature > threshold && difference > 5.0) { // 如果环境温度高于用户设定的温度阈值，并且差异大于5摄氏度，即两个条件都成立，使用与（&&）运算符判断fanSpeed = 255; // 设置风扇速度为最高Serial.println("Fan is running at full speed"); // 在串口显示“风扇以最高速度旋转”} else if (temperature > threshold && difference <= 5.0) { // 如果环境温度高于用户设定的温度阈值，并且差异在5摄氏度以内，即两个条件都成立，使用与（&&）运算符判断fanSpeed = 128; // 设置风扇速度为中等Serial.println("Fan is running at medium speed"); // 在串口显示“风扇以中等速度旋转”} else { // 如果环境温度低于或等于用户设定的温度阈值，即两个条件都不成立fanSpeed = 0; // 设置风扇速度为零Serial.println("Fan is stopped"); // 在串口显示“风扇停止旋转”}analogWrite(fanPin, fanSpeed); // 将风扇速度输出到PWM引脚
}// 自定义函数：读取温度值
float readTemperature() {int sensorValue = analogRead(sensorPin); // 读取传感器引脚的模拟值float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0); // 将模拟值转换为电压值float temperature = (voltage - 0.5) * 100.0; // 将电压值转换为温度值return temperature; // 返回温度值
}// 自定义函数：读取温度阈值
float readThreshold() {int potentiometerValue = analogRead(potentiometerPin); // 读取电位器引脚的模拟值float threshold = map(potentiometerValue, 0, 1023, 10, 40); // 将模拟值映射到10到40摄氏度之间的范围return threshold; // 返回温度阈值
}

案例三：判断闰年。使用一个变量存储年份，并使用布尔运算符&& （逻辑与）判断该年份是否为闰年。如果是闰年，显示“是闰年”；如果不是闰年，显示“不是闰年”。闰年的判断规则是：能被4整除但不能被100整除，或者能被400整除。代码如下：

// 定义变量
int year = 2023; // 存储年份void setup() {Serial.begin(9600); // 初始化串口通讯，波特率为9600
}void loop() {if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0) { // 如果年份能被4整除但不能被100整除，或者能被400整除，即满足其中一个条件，使用或（||）运算符判断Serial.println("It is a leap year"); // 在串口显示“是闰年”} else { // 如果不满足任何条件Serial.println("It is not a leap year"); // 在串口显示“不是闰年”}
}

布尔运算符&& （逻辑与）的案例四：这个案例是使用Arduino和一个超声波传感器来测量距离，并根据距离的大小显示不同的颜色。如果距离小于10厘米，显示红色；如果距离在10到50厘米之间，显示黄色；如果距离大于50厘米，显示绿色。代码如下：

// 定义引脚常量
const int trigPin = 2; // 超声波传感器的触发引脚
const int echoPin = 3; // 超声波传感器的回响引脚
const int redPin = 9; // 红色LED灯连接的PWM引脚
const int greenPin = 10; // 绿色LED灯连接的PWM引脚
const int bluePin = 11; // 蓝色LED灯连接的PWM引脚// 定义变量
long duration = 0; // 存储超声波传感器返回的时间，单位为微秒
float distance = 0.0; // 存储距离值，单位为厘米void setup() {Serial.begin(9600); // 初始化串口通讯，波特率为9600pinMode(trigPin, OUTPUT); // 将触发引脚设置为输出模式pinMode(echoPin, INPUT); // 将回响引脚设置为输入模式pinMode(redPin, OUTPUT); // 将红色LED灯引脚设置为输出模式pinMode(greenPin, OUTPUT); // 将绿色LED灯引脚设置为输出模式pinMode(bluePin, OUTPUT); // 将蓝色LED灯引脚设置为输出模式
}void loop() {digitalWrite(trigPin, LOW); // 将触发引脚设置为低电平delayMicroseconds(2); // 等待2微秒digitalWrite(trigPin, HIGH); // 将触发引脚设置为高电平delayMicroseconds(10); // 等待10微秒digitalWrite(trigPin, LOW); // 将触发引脚设置为低电平duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // 读取回响引脚返回的高电平时间，单位为微秒distance = duration * 0.034 / 2; // 根据时间计算距离，单位为厘米Serial.print("Distance: "); // 在串口显示“距离：”Serial.print(distance); // 在串口显示距离值Serial.println(" cm"); // 在串口显示单位if (distance < 10.0) { // 如果距离小于10厘米，即条件成立setColor(255,0,0); // 调用自定义函数设置颜色为红色Serial.println("Color: Red"); // 在串口显示“颜色：红色”} else if (distance >= 10.0 && distance <= 50.0) { // 如果距离在10到50厘米之间，即两个条件都成立，使用与（&&）运算符判断setColor(255,255,0); // 调用自定义函数设置颜色为黄色Serial.println("Color: Yellow"); // 在串口显示“颜色：黄色”} else { // 如果距离大于50厘米，即两个条件都不成立setColor(0,255,0); // 调用自定义函数设置颜色为绿色Serial.println("Color: Green"); // 在串口显示“颜色：绿色”}
}// 自定义函数：设置颜色
void setColor(int red, int green, int blue) {analogWrite(redPin, red); // 将红色值输出到PWM引脚analogWrite(greenPin, green); // 将绿色值输出到PWM引脚analogWrite(bluePin, blue); // 将蓝色值输出到PWM引脚
}