使用 Maker Uno 快速打造 Arduino人門成功經驗

什麼是 Maker Uno？
在開始討論 Maker Uno 之前，我們先回顧開發板（development board）界的經典 Arduino Uno。
15 年前（2010），這塊只提供核心控制、所有的電子元件與感測器皆需以外接方式和微控制器（micro controller）相連接的板子，因為其開源硬體（open hardware）的特質，15 年來早就成為機電整合專案開發領域中為廣為人知的個中翹楚了！

然而，為了讓使用者更方便快速體驗電控程式的開發流程，馬來西亞的 Cytron 科技在 2017 年設計了板載復歸式（momentary）的按鈕開關（push button）
（圖 1 中標示紅 1 處）、單色 LED（圖 1 中標示紅 2 處） 與蜂鳴器（圖 1 中標示紅 3 處）三種常見的電子元件的 Maker Uno。


圖 1：Maker Uno[2]



為了免除硬體接線的困擾並讓初次開發 Arduino Uno 程式的初學者能快速上手，我們以 Maker Uno 再搭配生成式 AI（例如：ChatGPT）來生成板載硬體的程式碼。

本文期盼以最短、最無痛的學習曲線帶領讀者們輕輕敲開電控程式的入門磚！


 

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軟、硬體開發環境測試
所有的軟、硬體專案在進行開發之前都需要先設定好開發環境（development environment）。
首先，根據原廠手冊第 14 頁提供的 CH341 驅動程式（driver）連結，下載並安裝（圖 2）。


圖 2：CH341 驅動程式




接著，下載 Arduino IDE、安裝，再設定好開發板的型號（board）與序列埠（serial port）（圖 3），


圖 3：在 Arduino IDE 上設定好 Arduino Uno 板子與序列埠 COMx





最後，從「File -> Examples -> 01.Basics -> Blink」選擇 Arduino IDE 內建的 Blink 範例程式（圖 4）來測試板載接在 D13 腳位上的藍色 SMD LED 能否不斷閃鑠。


圖 4：Arduino IDE 內建的 Blink 測試程式





Blink 的完整程式碼如下，程式的設計邏輯是讓 D13 腳不斷重覆位輸出高電位來點亮 LED 一秒鐘，再輸出低電位關閉 LED 一秒鐘。
// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
  // initialize digital pin LED_BUILTIN as an output.
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);  // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);                      // wait for a second
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);   // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);                      // wait for a second
}


 

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板載電子元件一：按鈕開關（第 2 腳位）
板載的四隻腳的按鈕開關按下時電路導通形成電路迴路（loop）；放開時則電路斷路（open circuit），圖 5。原廠手冊（Maker Uno User’s Manual.docx）上有提醒：使用前應先將第 2 腳位設定成拉升（pull-up）準位。

  
圖 5：按鈕開關按下時由 1->0（左圖）；按鈕開關按下時由 0->1（右圖）




接著，我們在 ChaGPT 中上傳「Maker Uno User’s Manual.docx」，再輸入以下咒語（prompt）（圖 6）：

（人設）你是 Cytron Technology 的 Maker Uno 專家

（任務）

一個字一個讀「Maker Uno User’s Manual.docx」，並簡要說明你讀到的內容

Push button 接在 pin 2，使用前要 configure as INPUT_PULLUP

按鈕按一下讓 D13 的 SMD LED 亮，再按一下滅

（輸出）生成 Uno 的程式碼


圖 6：ChatGPT 的回應





最後，生成的完整程式碼如下：

// Pin 定義
const int buttonPin = 2;      // 按鈕接在 D2
const int ledPin = 13;        // D13 為內建 SMD LED

// 狀態追蹤
bool ledState = false;
bool lastButtonState = HIGH;
bool buttonPressed = false;

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);  // 啟用內部上拉電阻
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  digitalWrite(ledPin, ledState);    // 初始 LED 狀態
}

void loop() {
  bool currentButtonState = digitalRead(buttonPin);

  // 偵測按下的瞬間（由 HIGH 變 LOW）
  if (lastButtonState == HIGH && currentButtonState == LOW) {
    buttonPressed = true;
  }

  // 偵測放開的瞬間（由 LOW 變 HIGH）
  if (lastButtonState == LOW && currentButtonState == HIGH && buttonPressed) {
    ledState = !ledState;                 // 切換 LED 狀態
    digitalWrite(ledPin, ledState);       // 更新 LED 狀態
    buttonPressed = false;
  }

  lastButtonState = currentButtonState;   // 儲存目前狀態供下次比較
}

註：經筆者測試，本文的三個由 ChatGPT 生成的程式

 

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板載電子元件二：單色 LED（第 D2~13 腳位）
LED（Light-Emitting Diode，發光二極體）的發光原理是將元件接上順向電壓後，這個半導體元件就會將供給的電能轉換成光能而發光。

首先，我們在 ChatGPT 上接續按鈕開關的例子再下達以下咒語：

（任務）

LED 接在 D2~D13

依序點亮各顆 LED

（輸出）生成 Uno 的程式碼

ChatGPT 生成的完整程式碼如下：

// Cytron Maker Uno - 依序點亮 D2~D13 上的 LED

void setup() {
  // 將 D2 ~ D13 設為輸出
  for (int pin = 2; pin <= 13; pin++) {
    pinMode(pin, OUTPUT);
    digitalWrite(pin, LOW); // 初始為關閉
  }
}

void loop() {
  // 依序點亮每顆 LED
  for (int pin = 2; pin <= 13; pin++) {
    digitalWrite(pin, HIGH);  // 點亮
    delay(200);               // 停留 200 毫秒
    digitalWrite(pin, LOW);   // 關閉
  }

  delay(500); // 每輪間隔
}

 

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板載電子元件三：蜂鳴器（第 8 腳位）
蜂鳴器是電磁效應：電生磁，磁生力。相關原理可參考這個影片。

我們在 ChatGPT 上接續按鈕開關的例子再下達以下咒語：

（任務）

蜂鳴器接在 D8

唱歌

（輸出）生成 Uno 的程式碼




ChatGPT 生成的完整程式碼如下：

// Cytron Maker Uno - 用蜂鳴器（D8）演奏簡單旋律

const int buzzerPin = 8;  // 蜂鳴器接腳

// 定義音符頻率 (C4~B4)
#define NOTE_C4  262
#define NOTE_D4  294
#define NOTE_E4  330
#define NOTE_F4  349
#define NOTE_G4  392
#define NOTE_A4  440
#define NOTE_B4  494
#define NOTE_C5  523

// 簡單旋律：Do Re Mi Fa So La Ti Do（各 300 毫秒）
int melody[] = {
  NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4,
  NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C5
};

int noteDuration = 300; // 每個音的持續時間（毫秒）

void setup() {
  // 無需初始化 tone，用時直接呼叫 tone()
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    tone(buzzerPin, melody[i], noteDuration);   // 播放音符
    delay(noteDuration * 1.3);                  // 加點間隔
  }

  delay(1000); // 播完一輪後暫停
}




結語
Arduino 生態系（eco system）經過了數十年的累積，正足以做為 ChatGPT 的先前訓練資料（pre-trained data），以致我們讓它生成 Maker Uno 的程式碼時是完全無縫接軌的。

這一步將撰寫程式碼的工作分派給 ChatGPT 的程式碼隱藏（code hiding）技巧，正足以讓初學者更專注在機電整合設計的上層邏輯思考。

因此，我們變成不怕做不出來，只怕想像不到。進而引領我們得以更深入地往「好設計」的指導原則大步邁進！

 

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進階學習
以下數題提供給讀者們小試身手，仿照前文的咒語方式，自行設計合適的文字內容。再次提醒，生成式 AI（Generative AI，GenAI）的特質：

凡提問必有多套答案，但答案有可能是胡說八道！

按下按鈕時演奏著名的台語民謠：望春風。ChatGPT 產生的參考程式碼如下：

// Maker Uno 彈奏《望春風》簡譜程式
// 按鈕接在第 2 腳，蜂鳴器接在第 8 腳

const int buttonPin = 2;    // 按鈕接在第 2 腳
const int buzzerPin = 8;    // 蜂鳴器接在第 8 腳

bool lastButtonState = HIGH;
bool currentButtonState = HIGH;
unsigned long lastDebounceTime = 0;
unsigned long debounceDelay = 50;

// 定義音符頻率 (Hz) - Key: C major, 4/4拍
#define NOTE_C4  262
#define NOTE_D4  294
#define NOTE_E4  330
#define NOTE_F4  349
#define NOTE_G4  392
#define NOTE_A4  440
#define NOTE_B4  494
#define NOTE_C5  523
#define NOTE_D5  587
#define NOTE_E5  659
#define REST     0

// 《望春風》簡譜 - 根據圖片轉換
// 第一段：1 - 1 2 4 | 5 4 5 6 - | 1 · 6 6 5 4 | 5 - - - |
// 第二段：6 · 1 1 6 | 4 · 5 5 - | 1 · 6 6 5 4 | 4 - - - |
// 第三段：5 · 5 6 5 4 | 2 1 2 4 - | 2 · 4 5 4 6 | 1 - - - |
// 第四段：1 · 1 2 1 6 | 6 5 4 2 - | 1 · 6 6 5 | 4 - - - ||

int melody[] = {
  // 第一句：獨 夜無伴 守燈 下 清 風 對 面 吹
  NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_C4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_G4,
  
  // 第二句：十 七八歲 未 出嫁 想 著少年 家 開
  NOTE_A4, NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_A4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_C4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_F4,
  
  // 第三句：果 然標緻 面肉 白 誰 家 人 子 弟
  NOTE_G4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_F4, NOTE_D4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_A4, NOTE_C4,
  
  // 第四句：想 要問伊 驚歹 勢 心 內彈琵 慧
  NOTE_C4, NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_G4, NOTE_F4, NOTE_D4, NOTE_C4, NOTE_A4, NOTE_A4, NOTE_G4, NOTE_F4
};

// 音符時值 (毫秒) - 配合 4/4 拍
int noteDurations[] = {
  // 第一句時值
  500, 250, 250, 500, 500, 250, 250, 750, 250, 250, 250, 250, 250, 1000,
  
  // 第二句時值  
  250, 250, 250, 500, 250, 250, 750, 250, 250, 250, 250, 250, 1000,
  
  // 第三句時值
  250, 250, 250, 250, 500, 250, 250, 250, 750, 250, 250, 250, 250, 500, 1000,
  
  // 第四句時值
  250, 250, 250, 250, 500, 250, 250, 250, 750, 250, 250, 250, 500, 1500
};

int melodyLength = sizeof(melody) / sizeof(melody[0]);

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
  
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("《望春風》音樂播放器啟動");
  Serial.println("按下按鈕開始播放音樂");
}

void loop() {
  // 讀取按鈕狀態
  int reading = digitalRead(buttonPin);
  
  // 防彈跳處理
  if (reading != lastButtonState) {
    lastDebounceTime = millis();
  }
  
  if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) {
    if (reading != currentButtonState) {
      currentButtonState = reading;
      
      // 按鈕被按下時播放音樂
      if (currentButtonState == LOW) {
        Serial.println("開始播放《望春風》");
        playMelody();
        Serial.println("播放完畢");
      }
    }
  }
  
  lastButtonState = reading;
}

void playMelody() {
  for (int i = 0; i < melodyLength; i++) {
    // 計算音符持續時間
    int noteDuration = noteDurations[i];
    
    if (melody[i] != REST) {
      // 播放音符
      tone(buzzerPin, melody[i], noteDuration);
      Serial.print("播放音符: ");
      Serial.print(melody[i]);
      Serial.print(" Hz, 持續: ");
      Serial.print(noteDuration);
      Serial.println(" ms");
    } else {
      // 休止符
      Serial.println("休止符");
    }
    
    // 等待音符播放完畢，加上短暫間隔
    delay(noteDuration);
    
    // 音符間的短暫停頓
    noTone(buzzerPin);
    delay(50);
  }
}

// 額外功能：播放單一音符測試
void playTestNote(int frequency, int duration) {
  tone(buzzerPin, frequency, duration);
  delay(duration);
  noTone(buzzerPin);
}

// 額外功能：播放音階
void playScale() {
  int scale[] = {NOTE_C4, NOTE_D4, NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_G4, NOTE_A4, NOTE_B4, NOTE_C5};
  int scaleLength = sizeof(scale) / sizeof(scale[0]);
  
  for (int i = 0; i < scaleLength; i++) {
    tone(buzzerPin, scale[i], 300);
    delay(350);
  }
  noTone(buzzerPin);
}
 

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2.接續第 1 題，設計一個讓 Maker Uno 可以動態點唱台語「四（季紅）月（夜愁）望（春風）雨（夜花）」的操作方式。

 

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3.讓奇數編號的 LED 和偶數編號的 LED 交替閃爍。ChatGPT 產生的參考程式碼如下：

// 程式範例 3：交替閃爍 (Alternating Flash)
// 讓奇數編號的 LED 和偶數編號的 LED 交替閃爍

const int ledPins[] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}; // 將 D3 到 D12 的 LED 腳位儲存在陣列中
const int numLeds = sizeof(ledPins) / sizeof(ledPins[0]); // 計算 LED 數量
const int flashDelay = 1000; // 亮滅之間的時間間隔 (毫秒)
const int pauseDelay = 2000; // 兩組 LED 之間的時間間隔 (毫秒)

void setup() {
  // 設定所有 LED 腳位為輸出模式
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  // 點亮奇數編號的 LED (例如 D3, D5, D7...)
  for (int i = 0; i < numLeds; i += 2) { // 每隔一個 LED 點亮
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
  }
  delay(flashDelay);
  // 熄滅奇數編號的 LED
  for (int i = 0; i < numLeds; i += 2) {
    digitalWrite(ledPins[i], LOW);
  }
  delay(pauseDelay); // 暫停一下

  // 點亮偶數編號的 LED (例如 D4, D6, D8...)
  for (int i = 1; i < numLeds; i += 2) { // 從第二個 LED (索引 1) 開始點亮
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH);
  }
  delay(flashDelay);
  // 熄滅偶數編號的 LED
  for (int i = 1; i < numLeds; i += 2) {
    digitalWrite(ledPins[i], LOW);
  }
  delay(pauseDelay); // 暫停一下
}
 

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4.讓 LED 從 D3 亮到 D12，再從 D12 亮回 D3。

// 程式範例 2：來回閃爍 (Bounce Flash)
// 讓 LED 從 D3 亮到 D12，再從 D12 亮回 D3

const int ledPins[] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}; // 將 D3 到 D12 的 LED 腳位儲存在陣列中
const int numLeds = sizeof(ledPins) / sizeof(ledPins[0]); // 計算 LED 數量
const int delayTime = 80; // 每個 LED 亮滅之間的時間間隔 (毫秒)

void setup() {
  // 設定所有 LED 腳位為輸出模式
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  // 從前往後依序點亮 LED
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH); // 點亮 LED
    delay(delayTime); // 延遲
    digitalWrite(ledPins[i], LOW); // 熄滅 LED (只亮一下)
  }

  // 從後往前依序點亮 LED
  for (int i = numLeds - 2; i >= 0; i--) { // 注意這裡從倒數第二個開始，避免重複點亮最後一個
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH); // 點亮 LED
    delay(delayTime); // 延遲
    digitalWrite(ledPins[i], LOW); // 熄滅 LED (只亮一下)
  }
}
 

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5.讓 LED 隨機亮起和熄滅。

// 程式範例 4：隨機閃爍 (Random Flash)
// 讓 LED 隨機亮起和熄滅

const int ledPins[] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}; // 將 D3 到 D12 的 LED 腳位儲存在陣列中
const int numLeds = sizeof(ledPins) / sizeof(ledPins[0]); // 計算 LED 數量

void setup() {
  // 設定所有 LED 腳位為輸出模式
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
  }
  randomSeed(analogRead(A0)); // 使用 A0 腳位的類比讀值來初始化亂數種子，增加隨機性
}

void loop() {
  // 隨機選擇要點亮多少個 LED
  int numToLight = random(1, numLeds + 1); // 至少一個，最多所有 LED

  // 隨機選擇要點亮哪些 LED
  for (int i = 0; i < numToLight; i++) {
    int randomLedIndex = random(0, numLeds); // 隨機選擇一個 LED 索引
    digitalWrite(ledPins[randomLedIndex], HIGH); // 點亮該 LED
  }

  // 隨機亮燈時間
  delay(random(100, 500)); // 隨機延遲 100 到 500 毫秒

  // 熄滅所有 LED
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], LOW);
  }

  // 隨機熄燈時間 (下次亮燈前的間隔)
  delay(random(50, 300)); // 隨機延遲 50 到 300 毫秒
}
 

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6.讓 LED 從 D3 依序亮到 D12，然後再依序熄滅。

// 程式範例 1：流水燈 (Running Light)
// 讓 LED 從 D3 依序亮到 D12，然後再依序熄滅

const int ledPins[] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}; // 將 D3 到 D12 的 LED 腳位儲存在陣列中
const int numLeds = sizeof(ledPins) / sizeof(ledPins[0]); // 計算 LED 數量
const int delayTime = 100; // 每個 LED 亮滅之間的時間間隔 (毫秒)

void setup() {
  // 設定所有 LED 腳位為輸出模式
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    pinMode(ledPins[i], OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  // LED 依序亮起
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], HIGH); // 點亮 LED
    delay(delayTime); // 延遲一段時間
  }

  // LED 依序熄滅
  for (int i = 0; i < numLeds; i++) {
    digitalWrite(ledPins[i], LOW); // 熄滅 LED
    delay(delayTime); // 延遲一段時間
  }
}
 

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[0]感謝竹南科技中心借用設備做為教學測試。

[1]六種授權條款。

[2]圖片來源：https://docs.google.com/document/d/1gJIF-tssdoxk8qAq2aHBmPwVHulFL_lSElOhA17Du64/mobilebasic。

此篇 教學資源 轉載自 https://medium.com/@dljh.tedlee/%E4%BD%BF%E7%94%A8-maker-uno-%E5%BF%AB%E9%80%9F%E6%89%93%E9%80%A0-arduino-%E6%88%90%E5%8A%9F%E7%B6%93%E9%A9%97-4c6a3297442d