Arduino入门准备

STEM3年前 (2022)更新 bruce

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内容纲要

Arduino 介绍

Arduino已经极大地降低了相当高级的嵌入式控制器设计的门槛，并且保持了易得易用的用户界面。为潜在的Arduino用户提供了更大机会来创造新的迷人作品。尤其使低年龄的孩子也能够使用这样的普及技术，用这样的工具进行建造和创造，而不是只是使用。

Arduino 是什么

Arduino（音译：阿尔杜伊诺）是一家制作开源硬件和开源软件的公司，同时兼有项目和用户社区，该公司负责设计和制造单板微控制器和微控制器套件，用于构建数字设备和交互式对象，以便在物理和数字世界中感知和控制对象[1]。

Arduino电路板设计使用各种微处理器和控制器。这些电路板配有一组数字和模拟I/O引脚，可以连接各种扩展板或面包板（屏蔽板）和其他电路。这些电路板具有串行通信接口，包括某些型号上的通用串行总线（USB），也用于从个人电脑加载程序。微控制器通常使用C/C++编程语言。除了使用传统的编译工具链之外，Arduino项目还提供了一个基于Processing语言项目的集成开发环境。

Arduino项目始于2003年，作为意大利伊夫雷亚地区伊夫雷亚交互设计研究所的学生项目，目的是为新手和专业人员提供一种低成本且简单的方法，以创建使用传感器与环境相互作用的设备执行器。适用于初学爱好者学习使用常见示例包括简单机器人、恒温器和运动检测器。

Arduino这个名字来自意大利伊夫雷亚的一家酒吧，该项目的一些创始人过去常常会去这家酒吧。酒吧以伊夫雷亚的Arduin（Arduin of Ivrea）命名，他是伊夫雷亚边疆伯爵，也是1002年至1014年期间的意大利国王。

Arduino 开源版权详解

该项目的产品是按照GNU通用公共许可证（LGPL）或GNU通用公共许可证（GPL）[2]许可开源硬件和软件分发。概括就是，他人修改源代码不可以闭源。

Arduino允许任何人制造Arduino板和软件分发。 Arduino板可以以预装的形式商业销售，也可以作为DIY套件购买。

为了维持硬件、软件设计开放源代码概念，如果版权法可以监管开源软件，那么却很难用在硬件上，Arduino决定采用Creative Commons许可。

Creative Commons（CC）是为保护开放版权行为而出现的类似GPL的一种许可（license）。在Creative Commons许可下，任何人都被允许生产电路板的复制品，还能重新设计，甚至销售原设计的复制品。你不需要付版税，甚至不用获得Arduino团队许可。如果你重新发布了引用设计，你必须说明原Arduino团队的贡献。如果你调整或改动了电路板，你的最新设计必须使用相同或类似的 Creative Commons许可，以保证新版本的Arduino电路板也会一样的自由和开放。唯一被保留的只有Arduino这个名字。它被注册成了商标。如果有人想用这个名字卖电路板，那他们必须付一点商标费用给Arduino的核心开发团队成员。

Arduino 学习背景

本文目的是让软件工程师或者初学爱好者，爸爸妈妈学习使用常见的传感器，重点放在编程创意上而写的；

我是一名10年以上的软件工程师，有一个4岁的儿子。我在看到Arduino主控板、传感器、IDE的软件库，对我障碍最大的就是主控板引脚。如何参照传感器数据手册，接入主控板，进行编程。这样我可以教孩子或者识别优选择质师资的培训学校；

尽量阅读英文的一手资料；

不要为硬件底层理论知识而担忧，重点在想法创意、接入传感器编程；

先从引脚说起

我们用Arduino UNO大众控制板学习，名词会很多，我开始有点不适应。希望通过此笔记能梳理记录清楚在硬件环境编程的基础知识。

1.从左到右，AREF：用于配置模拟输入的参考电压。GND：接地。D0-D13数字引脚14个
2.从左到右，IOREF：用于配置微控制器等工作电压。RESET：复位键。3.3V：3.3V输出。 5V：5V输出。GND：接地。GND：接地。Vin：电源输入引脚。A0-A5模拟引脚6个
3.TX：串口输出信号灯。RX串口读取信号灯。
4.ATMEL微处理器
5.USB串行接口
6.外接电源接口
7.ICSP：in circuit serial programmable （在线串行编程）
8.RESET 按钮

上图 Arduino Uno Pin mapping，Arduino Uno 微控制器采用的是Atmel的ATmega328。 Arduino Uno开发板的引脚分配图包含14个数字引脚、6个模拟输入、电源插孔、USB连接和ICSP插头。引脚的复用功能提供了更多的不同选项，例如驱动电机、LED、读取传感器等。

详解Arduino Uno开发板的引脚分配图及定义

数字引脚 Digital pin

上图区域1，14个数字编号引脚D0-D13，便是数字引脚。有些数字引脚提供模拟输出能力（见analogWrite()函数），但实际上是脉宽调制PWM或纯数字输出。

模拟引脚 Analog Pin

上图区域2，A1-6是模拟引脚

串口通信 Serial communication

写好软件烧录到主控板或者调试主控板，需要用到串口通信。一般TX、RX用到串口通信。

认识Arduino UNO
电路板扩展插座
Arduino 电路板扩展插座引脚名称

IoT物联网与Arduino

IoT 云平台
Arduino控制板
温度传感器

微控制单元（Microcontroller Unit， MCU）

也叫微型单片计算机（Single Chip Microcomputer）或者单片机。
也就是把我们PC电脑中的中央处理器(Central Process Unit，CPU)的频率与规格做适当缩减，降低频率和功率，将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

我们生活中的手机、PC外部设备、遥控器，汽车电子、工业自动化、机器手臂等，都要用到MCU。

上学学习的51单片机，ARM，DSP这类的芯片总称。