Arduino教程：認識Arduino控制板

Arduino教程：認識Arduino控制板

1.1 課程說明

認識Arduino控制板的各個部分，

1.2 器材

1.3 UNO電路：

UNO參數

1.4 詳細內容：

我們將了解Arduino板上的不同組件。將學習Arduino UNO板，因為它是Arduino板系列中最受歡迎的。此外，它是開始使用電子和編碼的最佳板。有些板看起來與下面給出的有些不同，但多數Arduino中的這些組件大部分是共同的。

引腳	說明
1.Power USB	Arduino板可以通過使用計算機上的USB線供電。你需要做的是將USB線連接到USB接口。
2.Barrel Jack	電源（桶插座）；Arduino板可以通過將其連接到電影插口直接從交流電源供電。
3.Voltage	Regulator 穩壓器；穩壓器的功能是控制提供給Arduino板的電壓，并穩定處理器和其他元件使用的直流電壓。
4.Crystal	Oscillator 晶體振蕩器;晶振幫助Arduino處理時間問題。Arduino如何計算時間？答案是，通過使用晶體振蕩器。在Arduino晶體頂部打印的數字是16.000H9H。它告訴我們，頻率是16,000,000赫茲或16MHz。
5、17.Arduino Reset	Arduino重置;；你可以重置你的Arduino板，例如從一開始就啟動你的程序。可以通過兩種方式重置UNO板。首先，通過使用板上的復位按鈕（17）。其次，你可以將外部復位按鈕連接到標有RESET（5）的Arduino引腳。
6、7、8、9.Pins	引腳（3.3，5，GND，Vin）
-	? 3.3V（6） - 提供3.3輸出電壓
-	? 5V（7） - 提供5輸出電壓
-	? 使用3.3伏和5伏電壓，與Arduino板一起使用的大多數組件可以正常工作。
-	? GND（8）（接地） -Arduino上有幾個GND引腳，其中任何一個都可用于將電路接地。
-	? Vin（9） -此引腳也可用于從外部電源（如交流主電源）為Arduino板供電。
10.Analog pins 模擬引腳	Arduino UNO板有六個模擬輸入引腳，A0到A5。這些引腳可以從模擬傳感器（如濕度傳感器或溫度傳感器）讀取信號，并將其轉換為可由微處理器讀取的數字值。
11.Main microcontroller 微控制器	每個Arduino板都有自己的微控制器（11）。你可以假設它作為板的大腦。Arduino上的主IC（集成電路）與板對板略有不同。微控制器通常是ATMEL公司的。在從Arduino IDE加載新程序之前，你必須知道你的板上有什么IC。此信息位于IC頂部。有關IC結構和功能的更多詳細信息，請參閱數據表。
12.ICSP pin ICSP引腳	<br>大多數情況下，ICSP（12）是一個AVR，一個由MOSI(Master Output,Slave Input)，MISO(Master Input, Slave Output)，SCK(Serial Clock)，RESET，VCC和GND組成的Arduino的微型編程頭。<p>它通常被稱為SPI（Serial Peripheral Interface,串行外設接口），可以被認為是輸出的“擴展”。實際上，你是將輸出設備從屬到SPI總線的主機。SPI接口的全稱是"Serial Peripheral Interface"，意為串行外圍接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應用在EEPROM、FLASH、實時時鐘、AD轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進行同步串行數據傳輸，在主器件的移位脈沖下，數據按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數據傳輸速度總體來說比I2C總線要快，速度可達到幾Mbps。</p>
13.Power LED indicator 電源LED指示燈	當你將Arduino插入電源時，此LED指示燈應亮起，表明你的電路板已正確通電。如果這個指示燈不亮，那么連接就出現了問題。
14.TX and RX LEDs TX和RX LED	在你的板上，你會發現兩個標簽：TX（發送）和RX（接收）。它們出現在Arduino UNO板的兩個地方。首先，在數字引腳0和1處，指示引腳負責串行通信。其次，TX和RX LED（13）。發送串行數據時，TX LED以不同的速度閃爍。閃爍速度取決于板所使用的波特率。RX在接收過程中閃爍。
15.Digital I/O 數字I/O	Arduino UNO板有14個數字I/O引腳（15）（其中6個提供PWM（脈寬調制）輸出），這些引腳可配置為數字輸入引腳，用于讀取邏輯值（0或1）；或作為數字輸出引腳來驅動不同的模塊，如LED，繼電器等。標有“?”的引腳可用于產生PWM。
16.AREF AREF	AREF代表模擬參考。它有時用于設置外部參考電壓（0至5伏之間）作為模擬輸入引腳的上限。

1.5 板載LED閃爍實驗

arduino上有一個名稱為L的led發光二級管，這個led其實是連接在13號引腳上的，所以我們通過控制13號引腳就能夠控制此led燈閃爍。 下面我們來看程序源碼

  /* 
    作者:智芯坊 
    時間：       年    月    日 
    發表地址： 
    程序說明：  
    使一個Led亮一秒，滅一秒，如此往復。 
  */  
void setup() {                  
    // 初始化數字引腳，使其為輸出狀態。  
    // 大部分Arduino控制板上，數字13號引腳都有一顆Led。  
    pinMode(13, OUTPUT);
} 

void loop() {  
    digitalWrite(13, HIGH);   // 使Led亮  
    delay(1000);              // 持續1秒鐘  
    digitalWrite(13, LOW);    // 使Led滅  
    delay(1000);              // 持續1秒鐘。  
}

程序說明

1. 首先打開Arduino?IDE，我們把代碼輸入。
2. 然后選擇控制板型號，本次實驗使用的是arduino兼容控制板，選擇為arduino uno即可。
3. 然后選擇端口號，本次實驗為COM7端口，一般為列表最后一個。
4. 然后點擊編譯，編譯完成后，會在左下方提示。編程成功后，就可以點擊下載了。下載完成后，也會在左下方提示。

Ps：

1. 所有Arduino程序都是由參數設置（setup）和循環（loop）兩個函數組成，函數名后面一定跟著小括號；大括號（{}）用于界定程序區塊的范圍
2. 若要指揮Arduino控制某個數字引腳的元器件，必須先把引腳設置成“輸出（output）”模式，若是要接收來自傳感器的輸入值，則要把該引腳設置成“輸入（input）”模式。Arduino的每個數字和模擬引腳都能輸出“高電位”和低電位信號
3. 注釋（comment）：是程序中的說明文字，語法： //: 放在說明文字的前方；單行注釋 / …… /：多行注釋。

1.6 補充閱讀相關知識：

1.6.1 模擬引腳

本文是對于Arduino芯片上模擬引腳的介紹。上面所說的Arduino芯片主要包括（Atmega8, Atmega168,Atmega328或Atmega1280）。

1. 數模轉換電路 Arduino中使用的Atmega控制器都配有一個板載6通道數模轉換器，這個轉換器的精度為10bit，能夠返回0-1023的整數。盡管模擬引腳的主要功能是讀取模擬信號，但是實際上和0-13號數字引腳一樣，模擬引腳也可以進行INPUT、OUTPUT操作（GPIO）。因此，如果你在做項目時需要更多的數字引腳，那么模擬引腳也可用作GPIO操作。

• 引腳編號 A0、A1、A2、A3……就是模擬引腳的編號。你可以用這個編號讓模擬引腳輸出高電平或低電平。下面的例子會將A0口設置為輸出模式，并且輸出高電平:

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

1. 上拉電阻 模擬引腳也有和數字引腳一樣的內置上拉電阻。通過下列代碼激活模擬引腳內部的上拉電阻。 digitalWrite(A0, HIGH); // 將上拉電阻激活。（這與普通的輸入引腳有點區別） 但是激活了上拉電阻后，再用analogRead()的話，讀出的值會受到影響。
2. 一些額外需注意的細節 如果一個引腳已經被設置成為OUTPUT模式，analogRead函數就不能夠正常工作。因此，如果要將模擬引腳當做數字引腳并且設置了OUTPUT模式，請在調用analogRead前將這個模擬引腳重新定義為INPUT模式。 如上所述，如果你將模擬引腳定為輸出模式并且輸出了HIGH，那么它內部的上拉電阻就會被激活。如果這時候再轉為INPUT，那么上拉電阻將依然工作著。（因此，你需要先設置為LOW，再轉換為INPUT，才能夠獲得正確結果。） 從Atmega的數據手冊中，我們可以知道：如果要在模擬引腳上進行快速的電平切換，會導致電子噪聲。這會給模電轉換模塊帶來“抖動”，從而影響到其他引腳上的模擬信號值讀取。因此，你需要在將模擬引腳進行電平操作切換后使用后用delay函數進行一小段時間的延遲，然后再使用analogRead()去讀取其他引腳上的模擬信號。

1.6.2. 數字引腳

Arduino上的引腳可以被設置為輸入模式（INPUT）或輸出模式（OUTPUT）。甚至很多Arduino (Atmega單片機)上的模擬引腳也可以被當做數字引腳使用。本篇文章將介紹引腳在兩種不同模式（INPUT和OUTPUT）下的功能。

1. INPUT模式 Arduino (Atmega) 引腳默認是輸入模式（INPUT）因此在程序中一般你不需要特別指定為INPUT模式。處在INPUT模式的引腳將處于高阻抗狀態（high-impedance）(相當于引腳串接了一個100兆歐的電阻)，因而它對于電路幾乎沒有任何影響。數字引腳可以被用來讀取觸碰開關、把LED當做以光電二極管讀取，或者使用RCTime來讀取模擬信號傳感器。 然而，使用pinMode(pin, INPUT)配置的引腳在沒連接到任何電路上時（處于懸空狀態），從引腳讀出的結果可能會“亂跳”。這是因為引腳收到了電子噪聲的干擾，或者由于電容耦合讀取了附近引腳的值。
2. INPUT模式引腳的上拉電阻 一般來說，我們希望在輸入引腳懸空時保持一個穩定的狀態。這可以通過加一個上拉電阻（上拉到+5V）或加一個下拉電阻（下拉到GND）來實現。上拉電阻或下拉電阻一般選用10kΩ電阻比較合適。
3. 使用INPUT_PULLUP對輸入引腳進行配置 在Atmega芯片中每個輸入引腳都對應著一個20kΩ的上拉電阻，你可以通過代碼去使這些內置上拉電阻發揮作用（只需在pinMode函數中傳入INPUT_PULLUP函數作為參數即可） 。使用上拉電阻會“反轉”讀取結果，當讀取到HIGH的時候說明引腳上為低電壓，當讀取到LOW時說明引腳上是高電壓。 不同微控制器內置上拉電阻的阻值大小也不盡相同。在大多數AVR板中，上拉電阻用的是20kΩ到50kΩ。而在Arduino Due中，上拉電阻用的是50kΩ到150kΩ。如果你想知道你板子上內置上拉電阻的確切阻值，請參閱微控制器的數據手冊。 當傳感器連接到用INPUT_PULLUP常量配置的引腳時，傳感器的另一端應該被連接到GND。假如你將一個開關連接到這個引腳上，當開關斷開時將會讀到HIGH，閉合時讀到LOW。 上拉電阻的電流足夠讓LED微微亮起，所以如果你發現在自己的項目中，LED雖然在工作，但是亮度很微弱，一般就說明你將引腳錯誤地設置為了INPUT模式。 在單片機內部，上拉電阻是用一個寄存器(單片機的一塊記憶區域)控制的，這個寄存器又同時控制引腳是高電平（HIGH）還是低電（LOW）。基于這個原因，如果你將一個INPUT_PULLUP的輸入引腳重新配置成OUTPUT的話，它會立即輸出高電平。相反，如果你將一個正在輸出高電平的OUTPUT引腳重新配置為INTPUT，它會自動將上拉電阻打開。 在Arduino 1.0.1之前可以用以下代碼配置內部上拉電阻:

pinMode(pin, INPUT); // 將引腳設置為INPUT模式
digitalWrite(pin, HIGH); // 打開引腳的上拉電阻

而目前應該這樣寫

pinMode(pin,INPUT_PULLUP);

特別提示: 13號引腳相比其他引腳來說不適宜配置為INPUT模式，因為在絕大多數板上，它連著一個板載LED。如果你激活13號引腳上的上拉電阻，它只能拉到1.7V而非你所期望的5V,因為LED分走了電壓。而由于一直不滿5V，從13號引腳上讀出的結果總是LOW。如果你非要將13號引腳設置為INPUT模式，請外加一個下拉電阻。 4. OUTPUT模式 OUTPUT模式的引腳在工作時是低阻抗的，也就是說OUTPUT模式的引腳能夠給外部電路提供可靠的電流支持。Atmega引腳最高可以為外部設備提供40mA的電流。這個電流完全足夠點亮LED（別忘記串接電阻，否則甚至會燒掉你的LED）或者驅動絕大多數傳感器。不過別指望用它去直接驅動大多數繼電器、螺線管或者電機。 讓Arduino的引腳短路，或者讓大電流通過都可能會損壞內部晶體管或損壞Atmega芯片。如果第一種情況發生，你會發現雖然Arduino貌似工作正常，但是那個損壞的引腳已經無法工作了。因此，最好在外圍串接470Ω到1kΩ的電阻，來確保外電路總電流小于等于40mA，除非如果你的電路確實需要比較高的電流，否則就最好進行限流。

1.7 wiki：

1. void: 只用在函數聲明中。它表示該函數將不會被返回任何數據到它被調用的函數中。
2. setup()：當Arduino板起動時setup()函數會被調用。用它來初始化變量，引腳模式，開始使用某個庫，等等。該函數在Arduino板的每次上電和復位時只運行一次。
3. loop()：可以用它來實時控制arduino板。
4. pinMode()： void pinMode (uint8_t pin, uint8_t mode) ? 設置引腳模式 ? 配置引腳為輸出或輸出模式。 參數: ? pin 引腳編號 ? mode: INPUT, OUTPUT, 或 INPUT_PULLUP。 例子:
5. pinMode(ledPin, OUTPUT); // sets the digital pin as output 注解: 模擬引腳也可以當作數字引腳使用, 編號為14(對應模擬引腳0)到19(對應模擬引腳5). digitalWrite() void digitalWrite (uint8_t pin, uint8_t value) ? 寫數字引腳 ? 寫數字引腳, 對應引腳的高低電平. 在寫引腳之前, 需要將引腳設置為OUTPUT模式. 參數: ? pin 引腳編號 ? value HIGH 或 LOW 用法:
6. digitalWrite(ledPin, HIGH); // 點亮LED 注解: ? 模擬引腳也可以當作數字引腳使用, 編號為14(對應模擬引腳0)到19(對應模擬引腳5). delay(ms) void delay (unsigned long ms)
   ? 延時(毫秒) ? 延時, 單位毫秒(1秒有1000毫秒). 警告: 參數為unsigned long, 因此在延時參數超過32767(int型最大值)時, 需要用"UL"后綴表示為無符號 長整型, 例如: delay(60000UL);. 同樣在參數表達式, 切表達式中有int類型時, 需要強制轉換為 unsigned long類型, 例如:
7. delay((unsigned long)tdelay * 100UL);