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从零开始搞懂 Arduino Nano：setup()和loop()到底怎么用？

你是不是也曾经打开 Arduino IDE，看到那两个熟悉的函数——setup()和loop()，却不太清楚它们背后到底发生了什么？为什么程序不从main()开始执行？为什么写进去的代码能一直运行下去？

如果你刚接触嵌入式开发，或者正准备做一个智能小车、环境监测装置，又或是想做个会发光的创意盒子，那么这篇文就是为你写的。我们不讲空话，也不堆术语，就用最直白的方式，把Arduino Nano的程序结构彻底讲明白。

为什么 Arduino 没有main()函数？

在标准 C/C++ 程序中，所有代码都从main()函数开始执行。但你在 Arduino 里写的.ino文件里，根本看不到main()，取而代之的是两个“神秘”的函数：

void setup() { // 初始化代码 } void loop() { // 主逻辑循环 }

这是怎么回事？

其实，main()是存在的，只是被隐藏了。

当你编译上传程序时，Arduino IDE 会在后台自动把你写的代码包裹进一个完整的 C++ 程序框架中，并生成类似下面这样的底层入口：

int main(void) { init(); // 初始化系统资源（定时器、ADC、PWM等） setup(); // 调用你的 setup() for (;;) { // 进入无限循环 loop(); // 不断调用你的 loop() yield(); // 协作调度支持（某些库需要） } }

也就是说，你不需要关心芯片上电后怎么配置时钟、启动 ADC 或初始化 PWM——这些都被init()包了。你要做的，只是专注两件事：

1. 初始化工作 → 放进setup()
2. 主逻辑运行 → 放进loop()

这种设计极大降低了入门门槛，特别适合教育、创客和快速原型开发。

setup()：只跑一次的“开机设置”

想象一下你买了个新手机，第一次开机要干啥？连 Wi-Fi、登录账号、设置亮度……这些操作只需要做一次，对吧？

setup()就是 Arduino 的“首次开机设置”阶段。

它的特点很明确：

• ✅ 只执行一次（上电或复位后）
• ❌ 不会重复运行
• 📌 必须存在（即使为空，也不能删）

常见用途有哪些？

1. 设置引脚模式

pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // 把内置LED引脚设为输出 pinMode(2, INPUT_PULLUP); // D2接按键，启用内部上拉电阻

🔍 小知识：INPUT_PULLUP很实用！它让引脚内部接一个约20kΩ的上拉电阻，省去外接电阻，防止悬空误触发。

2. 启动串口通信（调试神器）

Serial.begin(9600); // 波特率设为9600，用于打印调试信息

之后就能用Serial.println("Hello World");把数据发到电脑上的串口监视器，方便查问题。

3. 初始化外设

比如 OLED 屏幕、舵机驱动模块、I²C 传感器……都需要在程序开始前完成初始化。

lcd.begin(16, 2); // 初始化16x2液晶屏 Wire.begin(); // 启动I2C总线

⚠️ 注意避坑！

别在setup()里加长时间延时，比如：

delay(5000); // 错！会让系统卡5秒才进入主循环

虽然不算致命错误，但用户体验很差，尤其是涉及实时响应的项目。

loop()：永不停歇的“大脑中枢”

如果说setup()是“开机设置”，那loop()就是整个系统的“大脑”。它一旦启动，就会不断重复执行里面的代码，直到断电为止。

这正是大多数嵌入式系统的工作方式：持续感知 → 判断决策 → 控制输出。

它的核心特征：

• 🔄 无限循环运行
• ⏱ 实时性强，适合监控与控制
• 💡 所有主逻辑都应该放在这里

来看个经典例子：读取电位器并输出值

void loop() { int sensorValue = analogRead(A0); // 读A0引脚电压 Serial.println(sensorValue); // 发送到串口 delay(100); // 等100ms再读 }

这段代码每100毫秒读一次模拟输入（比如旋钮），然后打印出来。整个过程周而复始，形成一个简单的数据采集循环。

但这里有个隐患：用了delay(100)。

❗ 阻塞式延时的问题

delay()是“阻塞”的——在这100ms内，单片机啥都不能干！不能响应按钮、不能检测异常、不能处理其他任务。

如果项目复杂一点，比如同时要：
- 每秒闪烁LED
- 每500ms读一次温度
- 实时监听按键

那你用多个delay()就会互相干扰，系统变得迟钝甚至失控。

更聪明的做法：用millis()实现非阻塞延时

millis()返回自程序启动以来经过的毫秒数（最大约49.7天后归零）。我们可以用它来“记时间”，而不是“卡时间”。

示例：每秒翻转LED，不阻塞其他任务

const long interval = 1000; // 间隔1秒 unsigned long previousTime = 0; void loop() { unsigned long currentTime = millis(); if (currentTime - previousTime >= interval) { digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN)); // 翻转LED状态 previousTime = currentTime; // 更新时间戳 } // 其他任务可以随时插入执行，不受影响 checkButton(); // 检查按键 readSensor(); // 读传感器 }

✅ 优点很明显：
- LED 定时闪烁准确
- 中间还能处理别的事
- 系统响应更快、更灵活

这就是所谓的“协作式多任务”思维，在资源有限的单片机上非常关键。

真实项目实战：光照报警系统

我们来做一个实际的小项目，把前面的知识串起来。

功能需求

当环境变暗时，点亮LED + 响蜂鸣器，同时通过串口上报光照值。

硬件连接

• 光敏电阻 → A0
• LED → D13
• 蜂鸣器 → D12

代码实现

const int LIGHT_SENSOR = A0; const int LED_PIN = 13; const int BUZZER_PIN = 12; const int THRESHOLD = 300; // 光照阈值（根据实际情况调整） void setup() { pinMode(LIGHT_SENSOR, INPUT); pinMode(LED_PIN, OUTPUT); pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT); Serial.begin(9600); Serial.println("光照监测系统已启动"); } void loop() { int lightLevel = analogRead(LIGHT_SENSOR); Serial.print("光照值: "); Serial.println(lightLevel); if (lightLevel < THRESHOLD) { digitalWrite(LED_PIN, HIGH); digitalWrite(BUZZER_PIN, HIGH); } else { digitalWrite(LED_PIN, LOW); digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW); } delay(500); // 这里可以用millis优化，但简单场景够用了 }

工作流程拆解

这个结构清晰、易于扩展。比如你想加个LCD显示，只需在setup()初始化屏幕，在loop()加一句刷新即可。

常用函数速查表（建议收藏）

💡 提示：analogRead返回的是 0~1023 的整数（10位ADC），对应 0~5V。换算成真实电压公式是：
cpp float voltage = val * (5.0 / 1023.0);

开发中的常见陷阱与应对策略

1. 引脚冲突

Nano 的 D0 和 D1 是硬件串口引脚（RX/TX）。如果你用了Serial.begin()，又在外接设备占用这两个脚，可能会导致下载失败或通信干扰。

✅ 解决方案：
- 下载程序时断开外设
- 使用SoftwareSerial库重定向串口到其他引脚

2. 内存不足

ATmega328P 只有 32KB Flash 和 2KB RAM。一旦用了太多字符串、数组或递归函数，容易溢出。

✅ 建议：
- 多用const char[]替代String类
- 避免动态内存分配
- 查看编译输出中的“Global variables use…”提示

3. 电源不稳定

Nano 通过 Mini-USB 供电，最大输出电流有限。若外接多个传感器或电机，可能导致电压跌落、系统重启。

✅ 对策：
- 高功耗模块单独供电
- 加滤波电容稳定电压
- 使用外部稳压模块（如 AMS1117）

总结：掌握结构，才能驾驭项目

你现在应该明白了：

• setup()是一次性初始化舞台；
• loop()是持续运转的大脑；
• millis()是实现多任务的关键工具；
• 整个 Arduino 架构是为了让你专注于功能实现，而非底层细节。

这套简洁高效的编程模型，正是 Arduino 能风靡全球的原因。无论是学生做课设、工程师打样验证，还是艺术家创作交互装置，都能靠它快速把想法变成现实。

下一步你可以尝试……

• 把延时全部改成millis()版本，实现真正的“多任务”
• 添加 DS18B20 温度传感器，构建温控系统
• 接入蓝牙模块（HC-05），用手机远程查看数据
• 把代码封装成自定义函数，提升可读性

如果你在动手过程中遇到任何问题——比如读数跳变、LED不亮、串口乱码——欢迎留言讨论。每一个坑，都是成长的台阶。

🔧记住一句话：
最好的学习方式，不是看懂，而是亲手让它跑起来。