Arduino教程：认识Arduino控制板

Arduino教程：认识Arduino控制板

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1.1 课程说明

认识Arduino控制板的各个部分，

1.2 器材

名称	数量	规格
Arduino uno控制板	1	R3

1.3 UNO电路：

UNO参数

名称	参数说明
工作电压：	5V
输入电压：	接上USB时无须外部供电或外部7V~12V DC输入
输出电压：	5V DC输出和3.3V DC输出 和外部电源输入
微处理器：	ATmega328
Bootloader：	Arduino Uno
时钟频率：	16 MHz
输入电压（推荐）：	7-12V
输入电压（限制）：	6-20V
支持USB接口协议及供电(不需外接电源)
支持ISP下载功能
数字I/O端口：	14（6个PWM输出口）
模拟输入端口：	6
直流电流 I/O端口：	40mA
直流电流 3.3V端口：	50mA
Flash 内存：	32 KB (ATmega328) (0.5 KB用于引导程序）
SRAM ：	2 KB (ATmega328)
EEPROM：	1 KB (ATmega328)
尺寸：	75x55x15mm

1.4 详细内容：

我们将了解Arduino板上的不同组件。将学习Arduino UNO板，因为它是Arduino板系列中最受欢迎的。此外，它是开始使用电子和编码的最佳板。有些板看起来与下面给出的有些不同，但多数Arduino中的这些组件大部分是共同的。

引脚	说明
1.Power USB	Arduino板可以通过使用计算机上的USB线供电。你需要做的是将USB线连接到USB接口。
2.Barrel Jack	电源（桶插座）；Arduino板可以通过将其连接到电影插口直接从交流电源供电。
3.Voltage	Regulator 稳压器；稳压器的功能是控制提供给Arduino板的电压，并稳定处理器和其他元件使用的直流电压。
4.Crystal	Oscillator 晶体振荡器;晶振帮助Arduino处理时间问题。Arduino如何计算时间？答案是，通过使用晶体振荡器。在Arduino晶体顶部打印的数字是16.000H9H。它告诉我们，频率是16,000,000赫兹或16MHz。
5、17.Arduino Reset	Arduino重置;；你可以重置你的Arduino板，例如从一开始就启动你的程序。可以通过两种方式重置UNO板。首先，通过使用板上的复位按钮（17）。其次，你可以将外部复位按钮连接到标有RESET（5）的Arduino引脚。
6、7、8、9.Pins	引脚（3.3，5，GND，Vin）
-	• 3.3V（6） - 提供3.3输出电压
-	• 5V（7） - 提供5输出电压
-	• 使用3.3伏和5伏电压，与Arduino板一起使用的大多数组件可以正常工作。
-	• GND（8）（接地） -Arduino上有几个GND引脚，其中任何一个都可用于将电路接地。
-	• Vin（9） -此引脚也可用于从外部电源（如交流主电源）为Arduino板供电。
10.Analog pins 模拟引脚	Arduino UNO板有六个模拟输入引脚，A0到A5。这些引脚可以从模拟传感器（如湿度传感器或温度传感器）读取信号，并将其转换为可由微处理器读取的数字值。
11.Main microcontroller 微控制器	每个Arduino板都有自己的微控制器（11）。你可以假设它作为板的大脑。Arduino上的主IC（集成电路）与板对板略有不同。微控制器通常是ATMEL公司的。在从Arduino IDE加载新程序之前，你必须知道你的板上有什么IC。此信息位于IC顶部。有关IC结构和功能的更多详细信息，请参阅数据表。
12.ICSP pin ICSP引脚	大多数情况下，ICSP（12）是一个AVR，一个由MOSI(Master Output,Slave Input)，MISO(Master Input, Slave Output)，SCK(Serial Clock)，RESET，VCC和GND组成的Arduino的微型编程头。 它通常被称为SPI（Serial Peripheral Interface,串行外设接口），可以被认为是输出的“扩展”。实际上，你是将输出设备从属到SPI总线的主机。SPI接口的全称是"Serial Peripheral Interface"，意为串行外围接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几Mbps。
13.Power LED indicator 电源LED指示灯	当你将Arduino插入电源时，此LED指示灯应亮起，表明你的电路板已正确通电。如果这个指示灯不亮，那么连接就出现了问题。
14.TX and RX LEDs TX和RX LED	在你的板上，你会发现两个标签：TX（发送）和RX（接收）。它们出现在Arduino UNO板的两个地方。首先，在数字引脚0和1处，指示引脚负责串行通信。其次，TX和RX LED（13）。发送串行数据时，TX LED以不同的速度闪烁。闪烁速度取决于板所使用的波特率。RX在接收过程中闪烁。
15.Digital I/O 数字I/O	Arduino UNO板有14个数字I/O引脚（15）（其中6个提供PWM（脉宽调制）输出），这些引脚可配置为数字输入引脚，用于读取逻辑值（0或1）；或作为数字输出引脚来驱动不同的模块，如LED，继电器等。标有“〜”的引脚可用于产生PWM。
16.AREF AREF	AREF代表模拟参考。它有时用于设置外部参考电压（0至5伏之间）作为模拟输入引脚的上限。

1.5 板载LED闪烁实验

arduino上有一个名称为L的led发光二级管，这个led其实是连接在13号引脚上的，所以我们通过控制13号引脚就能够控制此led灯闪烁。 下面我们来看程序源码

  /* 
    作者:智芯坊 
    时间：       年    月    日 
    发表地址： 
    程序说明：  
    使一个Led亮一秒，灭一秒，如此往复。 
  */  
void setup() {                  
    // 初始化数字引脚，使其为输出状态。  
    // 大部分Arduino控制板上，数字13号引脚都有一颗Led。  
    pinMode(13, OUTPUT);
} 

void loop() {  
    digitalWrite(13, HIGH);   // 使Led亮  
    delay(1000);              // 持续1秒钟  
    digitalWrite(13, LOW);    // 使Led灭  
    delay(1000);              // 持续1秒钟。  
}

程序说明

1. 首先打开Arduino IDE，我们把代码输入。
2. 然后选择控制板型号，本次实验使用的是arduino兼容控制板，选择为arduino uno即可。
3. 然后选择端口号，本次实验为COM7端口，一般为列表最后一个。
4. 然后点击编译，编译完成后，会在左下方提示。编程成功后，就可以点击下载了。下载完成后，也会在左下方提示。

Ps：

1. 所有Arduino程序都是由参数设置（setup）和循环（loop）两个函数组成，函数名后面一定跟着小括号；大括号（{}）用于界定程序区块的范围
2. 若要指挥Arduino控制某个数字引脚的元器件，必须先把引脚设置成“输出（output）”模式，若是要接收来自传感器的输入值，则要把该引脚设置成“输入（input）”模式。Arduino的每个数字和模拟引脚都能输出“高电位”和低电位信号
3. 注释（comment）：是程序中的说明文字，语法： //: 放在说明文字的前方；单行注释 / …… /：多行注释。

1.6 补充阅读相关知识：

1.6.1 模拟引脚

本文是对于Arduino芯片上模拟引脚的介绍。上面所说的Arduino芯片主要包括（Atmega8, Atmega168,Atmega328或Atmega1280）。

1. 数模转换电路 Arduino中使用的Atmega控制器都配有一个板载6通道数模转换器，这个转换器的精度为10bit，能够返回0-1023的整数。尽管模拟引脚的主要功能是读取模拟信号，但是实际上和0-13号数字引脚一样，模拟引脚也可以进行INPUT、OUTPUT操作（GPIO）。因此，如果你在做项目时需要更多的数字引脚，那么模拟引脚也可用作GPIO操作。

• 引脚编号 A0、A1、A2、A3……就是模拟引脚的编号。你可以用这个编号让模拟引脚输出高电平或低电平。下面的例子会将A0口设置为输出模式，并且输出高电平:

pinMode(A0, OUTPUT);
digitalWrite(A0, HIGH);

1. 上拉电阻 模拟引脚也有和数字引脚一样的内置上拉电阻。通过下列代码激活模拟引脚内部的上拉电阻。 digitalWrite(A0, HIGH); // 将上拉电阻激活。（这与普通的输入引脚有点区别） 但是激活了上拉电阻后，再用analogRead()的话，读出的值会受到影响。
2. 一些额外需注意的细节 如果一个引脚已经被设置成为OUTPUT模式，analogRead函数就不能够正常工作。因此，如果要将模拟引脚当做数字引脚并且设置了OUTPUT模式，请在调用analogRead前将这个模拟引脚重新定义为INPUT模式。 如上所述，如果你将模拟引脚定为输出模式并且输出了HIGH，那么它内部的上拉电阻就会被激活。如果这时候再转为INPUT，那么上拉电阻将依然工作着。（因此，你需要先设置为LOW，再转换为INPUT，才能够获得正确结果。） 从Atmega的数据手册中，我们可以知道：如果要在模拟引脚上进行快速的电平切换，会导致电子噪声。这会给模电转换模块带来“抖动”，从而影响到其他引脚上的模拟信号值读取。因此，你需要在将模拟引脚进行电平操作切换后使用后用delay函数进行一小段时间的延迟，然后再使用analogRead()去读取其他引脚上的模拟信号。

1.6.2. 数字引脚

Arduino上的引脚可以被设置为输入模式（INPUT）或输出模式（OUTPUT）。甚至很多Arduino (Atmega单片机)上的模拟引脚也可以被当做数字引脚使用。本篇文章将介绍引脚在两种不同模式（INPUT和OUTPUT）下的功能。

1. INPUT模式 Arduino (Atmega) 引脚默认是输入模式（INPUT）因此在程序中一般你不需要特别指定为INPUT模式。处在INPUT模式的引脚将处于高阻抗状态（high-impedance）(相当于引脚串接了一个100兆欧的电阻)，因而它对于电路几乎没有任何影响。数字引脚可以被用来读取触碰开关、把LED当做以光电二极管读取，或者使用RCTime来读取模拟信号传感器。 然而，使用pinMode(pin, INPUT)配置的引脚在没连接到任何电路上时（处于悬空状态），从引脚读出的结果可能会“乱跳”。这是因为引脚收到了电子噪声的干扰，或者由于电容耦合读取了附近引脚的值。
2. INPUT模式引脚的上拉电阻 一般来说，我们希望在输入引脚悬空时保持一个稳定的状态。这可以通过加一个上拉电阻（上拉到+5V）或加一个下拉电阻（下拉到GND）来实现。上拉电阻或下拉电阻一般选用10kΩ电阻比较合适。
3. 使用INPUT_PULLUP对输入引脚进行配置 在Atmega芯片中每个输入引脚都对应着一个20kΩ的上拉电阻，你可以通过代码去使这些内置上拉电阻发挥作用（只需在pinMode函数中传入INPUT_PULLUP函数作为参数即可） 。使用上拉电阻会“反转”读取结果，当读取到HIGH的时候说明引脚上为低电压，当读取到LOW时说明引脚上是高电压。 不同微控制器内置上拉电阻的阻值大小也不尽相同。在大多数AVR板中，上拉电阻用的是20kΩ到50kΩ。而在Arduino Due中，上拉电阻用的是50kΩ到150kΩ。如果你想知道你板子上内置上拉电阻的确切阻值，请参阅微控制器的数据手册。 当传感器连接到用INPUT_PULLUP常量配置的引脚时，传感器的另一端应该被连接到GND。假如你将一个开关连接到这个引脚上，当开关断开时将会读到HIGH，闭合时读到LOW。 上拉电阻的电流足够让LED微微亮起，所以如果你发现在自己的项目中，LED虽然在工作，但是亮度很微弱，一般就说明你将引脚错误地设置为了INPUT模式。 在单片机内部，上拉电阻是用一个寄存器(单片机的一块记忆区域)控制的，这个寄存器又同时控制引脚是高电平（HIGH）还是低电（LOW）。基于这个原因，如果你将一个INPUT_PULLUP的输入引脚重新配置成OUTPUT的话，它会立即输出高电平。相反，如果你将一个正在输出高电平的OUTPUT引脚重新配置为INTPUT，它会自动将上拉电阻打开。 在Arduino 1.0.1之前可以用以下代码配置内部上拉电阻:

pinMode(pin, INPUT); // 将引脚设置为INPUT模式
digitalWrite(pin, HIGH); // 打开引脚的上拉电阻

而目前应该这样写

pinMode(pin,INPUT_PULLUP);

特别提示: 13号引脚相比其他引脚来说不适宜配置为INPUT模式，因为在绝大多数板上，它连着一个板载LED。如果你激活13号引脚上的上拉电阻，它只能拉到1.7V而非你所期望的5V,因为LED分走了电压。而由于一直不满5V，从13号引脚上读出的结果总是LOW。如果你非要将13号引脚设置为INPUT模式，请外加一个下拉电阻。 4. OUTPUT模式 OUTPUT模式的引脚在工作时是低阻抗的，也就是说OUTPUT模式的引脚能够给外部电路提供可靠的电流支持。Atmega引脚最高可以为外部设备提供40mA的电流。这个电流完全足够点亮LED（别忘记串接电阻，否则甚至会烧掉你的LED）或者驱动绝大多数传感器。不过别指望用它去直接驱动大多数继电器、螺线管或者电机。 让Arduino的引脚短路，或者让大电流通过都可能会损坏内部晶体管或损坏Atmega芯片。如果第一种情况发生，你会发现虽然Arduino貌似工作正常，但是那个损坏的引脚已经无法工作了。因此，最好在外围串接470Ω到1kΩ的电阻，来确保外电路总电流小于等于40mA，除非如果你的电路确实需要比较高的电流，否则就最好进行限流。

1.7 wiki：

1. void: 只用在函数声明中。它表示该函数将不会被返回任何数据到它被调用的函数中。
2. setup()：当Arduino板起动时setup()函数会被调用。用它来初始化变量，引脚模式，开始使用某个库，等等。该函数在Arduino板的每次上电和复位时只运行一次。
3. loop()：可以用它来实时控制arduino板。
4. pinMode()： void pinMode (uint8_t pin, uint8_t mode)  设置引脚模式  配置引脚为输出或输出模式。 参数:  pin 引脚编号  mode: INPUT, OUTPUT, 或 INPUT_PULLUP。 例子:
5. pinMode(ledPin, OUTPUT); // sets the digital pin as output 注解: 模拟引脚也可以当作数字引脚使用, 编号为14(对应模拟引脚0)到19(对应模拟引脚5). digitalWrite() void digitalWrite (uint8_t pin, uint8_t value)  写数字引脚  写数字引脚, 对应引脚的高低电平. 在写引脚之前, 需要将引脚设置为OUTPUT模式. 参数:  pin 引脚编号  value HIGH 或 LOW 用法:
6. digitalWrite(ledPin, HIGH); // 点亮LED 注解:  模拟引脚也可以当作数字引脚使用, 编号为14(对应模拟引脚0)到19(对应模拟引脚5). delay(ms) void delay (unsigned long ms)
    延时(毫秒)  延时, 单位毫秒(1秒有1000毫秒). 警告: 参数为unsigned long, 因此在延时参数超过32767(int型最大值)时, 需要用"UL"后缀表示为无符号 长整型, 例如: delay(60000UL);. 同样在参数表达式, 切表达式中有int类型时, 需要强制转换为 unsigned long类型, 例如:
7. delay((unsigned long)tdelay * 100UL);

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