程式人如何開始軟硬兼施？

對多數程式人來說，軟體與硬體是截然不同的領域，隨著Maker運動近來日益興盛，各種單晶片、單板電腦、電路模組也更加簡化而易於使用，程式人若能多從軟體角度來思索這類開發板並多所接觸，會發現能做的事是越來越多，程式人也就不會被這些電子設備控制，而是能反過來掌握這類工具，當個碰到硬體也不至於軟下去的軟體人！

從熟悉的程式語言開始

如果從硬體領域往相關單晶片、單板電腦、電路模組看過來，要選擇一個硬體開發平臺做為開始，可考量的因素將會排山倒海而來，甚至還可以看到Arduino、Raspberry PI這類板子其實有害基礎教育的論調，因為它們跳過了太多基礎電子的理論。然而從軟體領域往相關單晶片、單板電腦、電路模組看過去的話，其實會有不同的考量。

最基本的考量起點就是，從程式人最熟悉的元素開始！

這是因為硬體與軟體在設計上實際有著不同的邏輯，若同時要處理兩套邏輯，在經驗不足而遇到問題時，就很難判定是哪個環節出了問題。

若想從程式人最熟悉的元素開始，可選擇熟悉的語言來切入，因為作為電子電路與程式間介面的單晶片或單板電腦，都有開發時預設的主要語言，像是Arduino預設使用類似C/C++的語言（基於Wiring，而Wiring又基於Processing），Raspberry PI預設使用Python，還有像是支援JavaScript的Tessel等。

有些板子透過不同的技術，可從多種語言中擇一使用，像是Raspberry PI也可以藉由Java Embedded而使用Java語言來開發，Arduino可透過序列埠通訊來支援多種語言（因而有速度上的限制），像是可透過撰寫網頁應用程式，甚至使用S4A、S2A、ArduBlock、mBlock這類圖形語言來操控。我個人就偏好圖形語言，因為語言元素少，有助於專注於學習程式與開發板之間的溝通方式。

從這個角度出發就可以發現，這類產品背後的主要目的，都是希望開發者能以軟體（甚至是數位設計領域），而非硬體開發者的方式來撰寫程式，因此，硬體上一些細節多半被包裝為開發板的標準配備，像是ADC（類比數位轉換）、PWM（以數位訊號調製出類比輸出）等都是Arduino板子上內建功能，因而像是0、1訊號或是類比電壓數值之類的輸出與輸入，程式人就只要從軟體開發角度，撰寫程式處理即可。

從原始碼瞭解電路模組

從程式人來看，開發板主要是用來與實體世界溝通的「介面」，複雜的邏輯多半不會在板子上執行，而是將擷取到的資訊，實送至效能更好的電腦上進行處理，執行結果再透過開發板對實體世界進行輸出，這資訊的輸入與結果輸出，還得透過一些電子電路元件與開發板連接才能達成。若從硬體角度來看，親自學習相關電子電路元件的特性與連接，才是王道，然而，從軟體角度來看，透過現成的電路模組，不但可直接快速地達到目的，也能作為進一步瞭解電子電路元件的入門磚。

舉例來說，S4A可搭配S4A Sensor Board，使用現成的LED、蜂鳴器、可變電阻等元件，進一步地，還可以透過RJ11外接感應器擴充元件，避免電路連接的麻煩。

以軟體來比喻的話，這就好比選擇了S4A Sensor Board作為框架，而其中又得外接相關程式庫來完成應用程式功能，然而，為了達成進一步目的，開發者還是得瞭解程式庫的介面才能撰寫程式，而瞭解這類介面的同時，就可能瞭解了一些電子電路的基本細節。

例如，即使是透過S4A Sensor Board外接LM35溫度感應器，程式方面還是得知道，LM35是電壓變化型的溫度感測器，攝氏0度時為0V，每上升一度會增加10mV，如此才能撰寫程式計算出對應溫度；對於一些簡單的電路模組控制，是可以自行撰寫程式，而對於一些複雜的電路模組，則可進一步考量有無現成的程式庫可支援，以及是否開放原始碼。

若選擇Arduino，在紅外線訊號處理方面，有現成的IRremote可以使用，而如果用到DHT系列溫濕度感應器，也可以下載相關的DHT程式庫；若使用特定廠商感應器，也應有程式庫可使用。

如果程式人有閱讀原始碼的習慣，可試著察看電路模組程式庫中的程式碼，這往往可瞭解許多感應器運作細節，甚至進一步修改程式碼以符合自身需求。因此，能從程式人的角度來解決這類問題，會是程式人涉足硬體時的優勢之一。

例如我前陣子玩步進馬達時，查看相關文件，都說可以使用Arduino IDE內建的Stepper程式庫來控制步進馬達，然而，當時手中的28BYJ-48步進馬達，執行程式時卻是聞風不動，在查看Stepper原始碼之後，才發現建構Stepper實例時，若設定的馬達每圈步進值太高時，程式中的變數step_delay結果就會是0，這會使得馬達根本沒有時間轉動，透過適當修改，手中的28BYJ-48馬達才得以正常運作。

進一步認識基本電子電路

在使用現成的電子電路模組久了之後，慢慢地就會發現，如同程式庫包裝了許多程式細節，而有時程式人會想做一些程式庫做不到的事，這時就有修改或建立自己的程式庫之需求。

電子電路模組也是類似的概念，它包裝了許多電子電路細節，有時程式人想要的功能它沒有時，那麼進一步瞭解細節，尋求自接電路的可能性，就會是一種選項，只是這對程式人來說，會有多難呢？

如同程式是由語言的基本元素，依邏輯、功能逐步堆砌起來，電子電路也有類似的道理，而這些基本元素，是從國中理化就接觸過的電壓、電流、電阻作為出發點，而在介紹開發板與程式設計的相關書籍中，多半也會以此為基礎，甚至有些是從無到有，教導如何連接一個可透過程式控制的基本電路，也會告知一些如何保護電路（或自己）的方式，先從這類基礎開始學習起，慢慢地，腦海中就會逐漸有架構電路時應有的基本邏輯了。

我在這一陣子回顧電子電路基礎的同時，發現現在有許多教導電子電路的書都很生動活潑了，像是《Make: Electronics》就假設讀者完全沒有電子電路基礎做為開始，第一個實驗甚至是讓讀者用舌頭嘗嘗電的味道，而有些書籍甚至以漫畫方式介紹電路學，這對於現今有心想接觸電子電路的程式人來說，都是不錯的起步資源。

程式人研究自接電子電路，不一定是為了成為這領域高手，以我來說，這有助於自己在查看相關電子電路規格書時，更能瞭解其中線路連接之目的，因而更能知道如何使用程式來進行控制，像是先前談到的Stepper程式庫，實際上也不能善用28BYJ-48每轉能達4096步的功能，然而若能瞭解28BYJ-48的激磁方式，實際上修改Stepper程式庫，或自行撰寫程式來支援，對程式人來說並不會是難事。

軟硬兼施的好處？

當然，如果有進一步目的或動機，也可以繼續往下鑽研，像是進一步研究C語言、組合語言、HDL等來控制相關晶片，這麼一來對硬體的認識也就更深，這也許是基於職場上的考量，因為同時瞭解軟硬體，可能創造出新的工作機會，對程式人來說，會是接觸硬體領域時，在實質面上的附加價值。

程式人想要軟硬兼施，也可以出自於想掌控周遭科技產品的欲望，可以試著修理（像是我就試著修理女兒的聲光玩具）或改造身邊的東西，就如同〈Bend it like Beckham〉中提到的：「很多東西若不是受限於生產成本，其實是擁有很多的可能性」，對已經有能力變換軟體元件以達到應用程式效果的程式人來說，這種更換元件的能力若能擴及硬體，將能夠創造出更多的可能性。