Arduino 外部中断与串口通信实验：按键计数与 LED 控制

目的：

掌握 Arduino 的外部中断引脚和串口通信接口，以及硬件层面上的应用。
掌握外部中断的触发与回调函数，以及串口通信的启动等。

实验内容：

按键计数与串口显示：
- 连接 1 个按键至外部中断引脚 2 上。
- 使用中断方式记录按键次数，而非查询方式。
- 通过串口打印按键次数。
按键计数控制 LED：
- 连接 2 个按键至外部中断引脚 2 和 3 上。
- 选择 5 个端口连接 5 个 LED。
- 以 2 号引脚按键次数为十位，3 号引脚按键次数为个位，将二个按键的次数组合成十进制数后转化为二进制。
- 控制 5 个 LED 以对应的二进制数显示。
- 将该二进制数打印在串口上显示。
- 例如：2 号引脚按了 2 下，3 号引脚按了 3 下，获得十进制数 23，对应二进制数为 00010111，即控制前四个 LED 灯点亮，并且串口显示 10111。

实验步骤：

准备工作： 准备好一块 Arduino 开发板、1 个按键、2 个按键、5 个 LED、面包板、杜邦线等。
连接 1 个按键至外部中断引脚 2 上： 将按键的一端连接至 5V 电源，另一端连接至 Arduino 的数字引脚 2 上，同时将该按键的这一端接地的引脚与 Arduino 的 GND 引脚相连。
编写程序： 首先要定义一个回调函数，用于处理外部中断触发时的事件，即按键按下。在 setup() 函数中，需要开启外部中断 0（即数字引脚 2 上的外部中断），并将该引脚设为输入模式。在 loop() 函数中，通过 Serial.println() 函数将按键的次数打印在串口上。
上传程序并测试： 将 Arduino 连接至电脑，打开串口监视器，在按键按下的时候会触发外部中断，并将按键次数打印在串口上。
连接 2 个按键至外部中断引脚 2，3 上，并连接 5 个 LED： 将 2 个按键的一端连接至 5V 电源，另一端分别连接至 Arduino 的数字引脚 2 和 3 上，同时将这两个按键的这一端接地的引脚与 Arduino 的 GND 引脚相连。将 5 个 LED 的一端连接至 5V 电源，另一端分别连接至 Arduino 的数字引脚 4、5、6、7、8 上。
编写程序： 在 setup() 函数中，需要开启外部中断 0 和 1（即数字引脚 2 和 3 上的外部中断），并将这两个引脚设为输入模式。同时，需要将数字引脚 4、5、6、7、8 设为输出模式。在 loop() 函数中，通过 digitalRead() 函数获取按键的次数，并通过位运算将这两个次数转化为二进制数，再通过 digitalWrite() 函数控制 LED 灯的亮灭状态。最后，通过 Serial.println() 函数将二进制数打印在串口上。
上传程序并测试： 将 Arduino 连接至电脑，打开串口监视器，在按键按下的时候会触发外部中断，并控制对应的 LED 灯亮灭，同时将二进制数打印在串口上。

实验分析：

本实验通过连接按键和 LED 灯，掌握了 Arduino 的外部中断引脚和串行通行的接口，以及外部中断的触发与回调函数、串口通行的启动等。同时，通过位运算将按键次数转化为二进制数，将该二进制数打印在串口上，实现了对 5 个 LED 灯的控制。该实验能够帮助学生深入理解 Arduino 的硬件结构和编程原理，提高其实际操作能力和创新能力。