如今，您可以使用 Arduin 將任何東西變成計(jì)算機(jī)。如果您看到 帶有鍵盤的 LED 或 LCD，則可能有人將筆記本電腦放入該設(shè)備中。其中一些東西甚至包含六臺(tái)、七臺(tái)或更多的小型計(jì)算機(jī)，稱為微控制器。

在其中，Arduino 是最受歡迎的。如果您有使用內(nèi)置計(jì)算機(jī)創(chuàng)建電子設(shè)備的愿景，您必須了解它們是什么以及它們?nèi)绾喂ぷ鳌?/span>

只有這樣，您才能去PCB線路板 商店購(gòu)買一些套件 并開(kāi)始您的項(xiàng)目。

什么是阿杜諾？

這些小型微控制器計(jì)算機(jī)通常稱為嵌入式控制器或微控制器單元 (MCU)。它們是完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有您可以想象到的所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它們都有一個(gè)用于執(zhí)行程序的中央處理單元、臨時(shí) RAM 存儲(chǔ)、永久存儲(chǔ)系統(tǒng)以及用于外圍設(shè)備和附件的端口。

微控制器只是個(gè)人用途的計(jì)算機(jī)，其構(gòu)建和設(shè)計(jì)僅用于執(zhí)行少數(shù)特定任務(wù)。大多數(shù)情況下，這些設(shè)備只運(yùn)行存儲(chǔ)在某些 ROM 上的單個(gè)程序。不過(guò)，您也可以將外部存儲(chǔ)連接到它們。無(wú)論哪種方式，它們都被認(rèn)為是低功耗設(shè)備，這就是它們的魅力所在。您可以完全依靠電池運(yùn)行。

Arduino 只是微控制器的開(kāi)源版本。它作為硬件開(kāi)發(fā)板提供，您可以使用它來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)建您自己的設(shè)備。Arduino 非常適合修補(bǔ)匠、愛(ài)好者和制造商，它既指特定類型的電路板設(shè)計(jì)，也指制造它們的公司以及使用它們的開(kāi)發(fā)人員社區(qū)。因此，您幾乎可以在每個(gè)電子產(chǎn)品或 PCB 零件商店或目錄中找到它們。

該平臺(tái)作為物理可編程電路板、微控制器本身以及用于創(chuàng)建設(shè)備運(yùn)行程序的軟件或 IDE（集成開(kāi)發(fā)環(huán)境）。在新開(kāi)發(fā)人員中很受歡迎，Arduinos 不需要單獨(dú)的編程器設(shè)備，使其比市場(chǎng)上的其他微控制器套件更加用戶友好。它甚至使用了 C++編程語(yǔ)言的簡(jiǎn)化版本，使編程也變得簡(jiǎn)單易行。

1.1 Arduino 由什么組成？

作為微控制器套件，Arduinos 板帶有一些預(yù)裝在單個(gè)印刷電路板 (PCB) 上的組件和接口。這些組件設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)外形，使微控制器更易于訪問(wèn)。

基本組件

雖然多年來(lái)設(shè)計(jì)發(fā)生了變化，但基本的 Arduinos 套件包含以下組件：

針式連接器

這些引腳以特定模式排列，可讓您將 MCU 連接到自定義設(shè)備的其他板卡部件。它們還允許您將子附加板（稱為“屏蔽”）連接到您的設(shè)備。有兩種類型的引腳：

數(shù)字 – 單態(tài)輸入/輸出 (I/O) 連接器，您可以設(shè)置為打開(kāi)或關(guān)閉。大多數(shù) Arduinos 有 14 個(gè)數(shù)字引腳

模擬– 可以讀取一系列值的多狀態(tài)連接器。您可以使用它們進(jìn)行更細(xì)粒度的控制。通常有六個(gè)。

接地 - 標(biāo)記為 GND，這三個(gè)引腳允許您將設(shè)備接地。

電源 – 四個(gè) 5 伏和五個(gè) 3 伏引腳為附加組件和其他附件提供電源信號(hào)。

脈寬調(diào)制(PWM) – 八個(gè)數(shù)字引腳兼作 PWM 連接器。它們可以為 LED 調(diào)光等應(yīng)用模擬模擬輸出信號(hào)

模擬參考 (AREF) – 有時(shí)用于調(diào)節(jié)外部電壓，但這九個(gè)引腳很少使用。

電源連接器

該連接器為設(shè)備供電并為 LED、傳感器等組件提供低電壓電源。您可以將連接器與交流適配器或小電池一起使用。

主處理器

微控制器 CPU 是平臺(tái)的核心。它允許 Arduino 執(zhí)行命令并根據(jù)各種輸入和正在運(yùn)行的程序做出決定。不同 Arduinos 類型的確切信息會(huì)有所不同，但大多數(shù)套件都為 Atmel 芯片組提供各種板載內(nèi)存。常見(jiàn)的處理器型號(hào)包括：

• ATmega8

• ATmega168

• ATmega328

• ATmega1280

• ATmega2560

串行連接器

大多數(shù) Arduino 板都帶有標(biāo)準(zhǔn) USB 端口，可讓您將 MCU 連接到計(jì)算機(jī)以加載新程序。在某些板上，USB 端口還兼作電源連接器。

復(fù)位按鈕

Arduino 板還包含一個(gè)重置按鈕。按下按鈕會(huì)觸發(fā)復(fù)位引腳。它會(huì)重新啟動(dòng)任何當(dāng)前正在運(yùn)行的代碼。當(dāng)您想測(cè)試某些內(nèi)容但您的程序沒(méi)有重新啟動(dòng)功能時(shí)，這是完美的選擇。

電源指示燈

一些 Arduino MCU 帶有一個(gè)電源 LED，用于指示設(shè)備是否打開(kāi)。通常，當(dāng)您將設(shè)備連接到電源時(shí) LED 會(huì)亮起。如果此燈不亮，則很有可能出現(xiàn)問(wèn)題。

信號(hào)發(fā)送和接收 LED

標(biāo)記為 TX（發(fā)送）和 RX（接收），這些 LED 顯示串行通信活動(dòng)。當(dāng)設(shè)備接收或傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，它們提供了一個(gè)微妙的視覺(jué)線索。

穩(wěn)壓器

雖然不是用戶可編程的，但 Arduino 板帶有一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器。穩(wěn)壓器控制通過(guò)電路板的電壓量。它當(dāng)然有限制，但大多數(shù)項(xiàng)目的電壓不會(huì)超過(guò) 20 伏。

1.2 Arduino 附加組件和附件

上述組件隨所有 Arduino MCU 一起提供，但它們并不是您可以與該平臺(tái)一起使用的唯一電子組件。這些板符合所有 IEEE 和 ISO 標(biāo)準(zhǔn)。因此，您可以使用任何現(xiàn)成的部件來(lái)使您的 Arduino 項(xiàng)目有用。但是，Arduinos 平臺(tái)規(guī)范確實(shí)需要一些與平臺(tái)兼容的附加組件。因此，大多數(shù) Arduinos 供應(yīng)商也帶有一些 Arduino 傳感器和防護(hù)罩。沒(méi)有它們，任何 Arduino 項(xiàng)目都不完整。

傳感器

您可以使用一些代碼來(lái)控制 Arduinos 并與一系列傳感器進(jìn)行交互。

大多數(shù) Arduino 供應(yīng)商提供用于測(cè)量的傳感器：

• 光

• 溫度

• 彎曲度

• 壓力

• 接近

• 加速

• 一氧化碳

• 放射性

• 濕度

• 氣壓

Arduino面包板

您還可以獲得用于您的項(xiàng)目的無(wú)焊面包板。該板讓您可以對(duì)電路設(shè)計(jì)和布局進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，而無(wú)需將組件永久焊接到 PCB 上。您可以試驗(yàn)和測(cè)試您的布局和設(shè)計(jì)理念。面包板沒(méi)有電源適配器。因此，您必須使用跳線通過(guò)主板為其供電。

盾牌

Arduino 拼圖的最后一部分是 Arduino 盾牌。這些預(yù)先構(gòu)建的子板安裝在主 Arduino 板的頂部以提供附加功能。

一些常見(jiàn)的屏蔽功能包括

控制電機(jī)

互聯(lián)網(wǎng)連接

移動(dòng)和蜂窩網(wǎng)絡(luò)和通信

液晶屏控制器

Arduino 開(kāi)發(fā)人員使用官方的 Arduino 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 (IDE) 來(lái)編寫他們的 Arduino 程序。基于 Java 的開(kāi)源 IDE 適用于運(yùn)行 Windows、Mac 和 Linux 的所有平臺(tái)。它為您提供了一個(gè)獨(dú)特的環(huán)境來(lái)編寫和測(cè)試代碼，在您將其上傳到您的設(shè)備之前，用處理編程語(yǔ)言編寫。

Arduino Uno – 最受歡迎的 Arduino

因?yàn)闆](méi)有兩個(gè)項(xiàng)目是相同的，Arduino 小組發(fā)布了一些 Arduino 板類型的規(guī)范。這些板類型中最受歡迎的一種是 Arduino Uno。

作為初學(xué)者的絕佳選擇，售價(jià) 22 美元的 Arduino Uno MCU 是一款準(zhǔn)系統(tǒng)。它只附帶基本組件，但它允許您按照自己的方式設(shè)計(jì)項(xiàng)目。這款 68.5 x 53.4 毫米的 PCB 重 25 克，重量足夠輕，也可以裝入外殼內(nèi)。

當(dāng)前版本 Arduino Uno R3 附帶：

• ATmega328P微處理器

• 14 個(gè)數(shù)字輸入/輸出引腳

• 6 PWM 輸出

• 內(nèi)置 LED（連接至引腳 13）

• 5 伏、3.3 伏和接地引腳電壓輸出

• 六個(gè)模擬引腳

• USB端口

• 電源插孔

• 復(fù)位按鈕

• 5 伏工作電壓

• 32 KB 閃存

• 2 KB SRAM 和 1 KB EEPROM

Uno 可能不是第一個(gè) Arduino 板，但它是迄今為止最常用的。它也是記錄最多的形式因素，以及互聯(lián)網(wǎng)上大量的項(xiàng)目教程和論壇。

Arduino Mega – 用于大型項(xiàng)目的 MCU

Arduino Mega 有效地將四個(gè) Uno MCU 合二為一，是您大型項(xiàng)目的理想之選。Mega 由 Atmel ATmega2560 芯片供電，帶有四個(gè)串行端口，帶有一個(gè)單獨(dú)的 USB 端口，用于供電和與計(jì)算機(jī)連接。它甚至擁有一個(gè)專用的 ATmega16U2 處理器，僅用于額外的 USB 端口。您也可以使用電池為 MCU 供電。

Mega具有：

• 54 個(gè)數(shù)字輸入/輸出 (I/O) 引腳和 14 個(gè) PWM 兼容引腳

• 16 個(gè)模擬 IO 引腳

• USB端口

• 電源插孔

• 復(fù)位按鈕

Mega 的大量引腳構(gòu)成了電路板。您可以在需要許多數(shù)字 I/O 連接、LED 或按鈕的項(xiàng)目中使用它們。

Mega MCU 的其余功能來(lái)自其處理器。ATmega2560 微處理器可以做任何你可以投入的事情。它具有 16 MHz 時(shí)鐘速度、256 KB 閃存、8 KB SRAM 和 4 KB EEPROM。所有這些使 Arduino Mega 成為 3D 打印機(jī)和機(jī)器人技術(shù)的首選板。

Arduino ESP8266 讓您的項(xiàng)目無(wú)線化

沒(méi)有 Arduino 板本身帶有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。您也不會(huì)在任何可用的盾牌上找到它。如果你想讓你的項(xiàng)目無(wú)線，你需要一個(gè) Arduino ESP8266 Wi-Fi 模塊。

雖然有更新的模塊，但 ESP2866 是原始模塊。它可能不適合作為獨(dú)立 MCU 工作，但您的項(xiàng)目需要在當(dāng)今的移動(dòng)市場(chǎng)中使用。

不過(guò)，它確實(shí)提供了一些不錯(cuò)的無(wú)線連接。該板帶有電源、接地、發(fā)送和接收引腳，用于將這些功能連接到您的主 Arduino，以及一個(gè)開(kāi)關(guān)、“芯片控制斷電”（CH_PD）引腳。您還有一個(gè)復(fù)位和兩個(gè) GPIO 數(shù)據(jù)引腳。

有一個(gè)缺點(diǎn)。ESP8266 需要 5 伏電源信號(hào)。它不適用于 Arduino 標(biāo)準(zhǔn) 3.5 伏特。

Arduino PWM 子系統(tǒng)和框架

5.1 Arduino PWM

脈寬調(diào)制 (PWM) 是一種使用具有不同頻率和幅度的方波信號(hào)來(lái)模擬模擬信號(hào)的方法。Arduino 平臺(tái)使用這些信號(hào)通過(guò)其數(shù)字輸出調(diào)節(jié)模擬電路。

Arduino PWM 平臺(tái)不是一個(gè)單獨(dú)的硬件。所有 Arduino 板都帶有內(nèi)置的系統(tǒng)調(diào)用。您需要編寫一個(gè)使用它們的程序。該命令通過(guò)兼容的引腳創(chuàng)建方波。

5.2 Arduino Nano——非常適合小型設(shè)備和項(xiàng)目

作為 Arduino 平臺(tái)的最小版本，Arduino Nano 以更小的封裝提供與 Uno相同的功能，由 ATmega328P 處理器和 Atmega168 協(xié)處理器驅(qū)動(dòng)。它也使用與其他 Arduino 板相同的 Arduino IDE 軟件。

Nano附帶：

• 14 個(gè)數(shù)字 I/O 引腳和 6 個(gè) PWN 兼容引腳

• 八個(gè)模擬引腳

• 5伏工作電壓

• 復(fù)位按鈕

• USB端口

• 串行端口

• 32kb 閃存

• 8 KB SRAM

• 1 KB EEPROM

盡管尺寸很大，Nano 在以下項(xiàng)目類型中表現(xiàn)出色：

• 嵌入式系統(tǒng)

• 自動(dòng)化

• 機(jī)器人

• 控制系統(tǒng)

• 儀表

為什么選擇 Arduino 而不是 Raspberry Pi？

Arduino 平臺(tái)并不是市場(chǎng)上唯一的 MCU。許多其他 MCU 提供與 Arduino 相同的功能，包括 Raspberry Pi。但是，PI 是與 Arduino 截然不同的產(chǎn)品。

首先，Raspberry PI 是一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。Arduino 不是。微型計(jì)算機(jī)只是構(gòu)成計(jì)算機(jī)的一個(gè)小部件。因此，Arduino 平臺(tái)僅提供 PI 必須提供的一小部分。例如，它只能運(yùn)行小型應(yīng)用程序，而不是成熟的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。

6.1 Arduino 的優(yōu)缺點(diǎn)

這并不意味著 Arduino 沒(méi)用。它非常適合不需要完整計(jì)算機(jī)即可運(yùn)行的電子項(xiàng)目。您可以將其直接連接到您的組件和傳感器，并且只需很少或無(wú)需設(shè)置即可開(kāi)箱即用。

由于 Arduino 固件的工作原理，Arduino 可以做到這一點(diǎn)。固件是運(yùn)行 Arduino 系列板的核心軟件。它還通過(guò) USB 與您的計(jì)算機(jī)通信，讓您可以訪問(wèn)其所有可編程功能。雖然您可以隨時(shí)更換固件，但您永遠(yuǎn)不必這樣做。您甚至不需要重新啟動(dòng)它。上傳代碼后，您可以立即在任何地方運(yùn)行它。不需要鍵盤、顯示器或選擇應(yīng)用程序的方法。董事會(huì)將完成您交給它的一項(xiàng)工作。

6.2 樹(shù)莓派是一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)

相比之下，Raspberry Pi 是一臺(tái)功能齊全的計(jì)算機(jī)。它需要一個(gè)操作系統(tǒng)才能運(yùn)行，這需要重新啟動(dòng)才能保持運(yùn)行。該板也沒(méi)有內(nèi)部存儲(chǔ)器。您必須提供一個(gè)外部微型 SD 卡來(lái)存儲(chǔ)您要運(yùn)行的程序。不過(guò)，它確實(shí)具有內(nèi)置以太網(wǎng)，因此您無(wú)需卸下卡即可更新軟件。

Pi 在配備內(nèi)存和 HDMI 圖形處理器的 Broadcom Arm-v6 CPU 上運(yùn)行。該板還可以與鍵盤和鼠標(biāo)配合使用，允許加載 Linux 變體，并擁有它，以便沒(méi)有人知道您使用如此小型的機(jī)器來(lái)驅(qū)動(dòng)所有東西。那就是它的強(qiáng)大。對(duì)于需要完整的用戶交互性和所有處理能力的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，它是完美的平臺(tái)。

然而，這種能力使 Pi 不適合較小的項(xiàng)目。例如，您需要將LED插入到 Arduino 板上，只需 8 行代碼即可將其點(diǎn)亮。除了您的代碼之外，Pi 還需要額外的庫(kù)才能開(kāi)始使用，前提是您已經(jīng)在板上安裝了操作系統(tǒng)。

這并不意味著您不能將 Raspberry Pi 和 Arduino 用于相同類型的項(xiàng)目。您可以安裝框架庫(kù)，為 Pi 提供與 Arduino 相同的功能。在項(xiàng)目中使用 Pi 需要更多的時(shí)間和精力。

Arduino 還擁有更大的開(kāi)發(fā)人員社區(qū)。作為最流行的電子項(xiàng)目平臺(tái)，Arduino 為初學(xué)者提供了許多教程來(lái)幫助您入門。

無(wú)論如何，您永遠(yuǎn)不必在這兩個(gè)板之間進(jìn)行選擇。他們一起工作得很好。通過(guò)正確的附件，您的 Arduino 可以成為 Raspberry Pi 的子擴(kuò)展板，讓兩張卡都能訪問(wèn)彼此的功能。

結(jié)論

Arduino 是一系列專為自己動(dòng)手做電子項(xiàng)目而設(shè)計(jì)的微控制器平臺(tái)。這些一次性板配備了自動(dòng)化項(xiàng)目所需的一切，還有一些。您必須將其插入計(jì)算機(jī)，創(chuàng)建一些代碼，然后運(yùn)行它。它會(huì)做剩下的。

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