如今，您可以使用 Arduin 將任何東西變成計算機。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、七臺或更多的小型計算機，稱為微控制器。

在其中，Arduino 是最受歡迎的。如果您有使用內(nèi)置計算機創(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 商店購買一些套件 并開始您的項目。

什么是阿杜諾？

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

微控制器只是個人用途的計算機，其構(gòu)建和設(shè)計僅用于執(zhí)行少數(shù)特定任務(wù)。大多數(shù)情況下，這些設(shè)備只運行存儲在某些 ROM 上的單個程序。不過，您也可以將外部存儲連接到它們。無論哪種方式，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行。

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

該平臺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)備運行程序的軟件或 IDE（集成開發(fā)環(huán)境）。在新開發(fā)人員中很受歡迎，Arduinos 不需要單獨的編程器設(shè)備，使其比市場上的其他微控制器套件更加用戶友好。它甚至使用了 C++編程語言的簡化版本，使編程也變得簡單易行。

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。

基本組件

雖然多年來設(shè)計發(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)置為打開或關(guān)閉。大多數(shù) Arduinos 有 14 個數(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。

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

電源 – 四個 5 伏和五個 3 伏引腳為附加組件和其他附件提供電源信號。

脈寬調(diào)制(PWM) – 八個數(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

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

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

• 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 連接到計算機以加載新程序。在某些板上，USB 端口還兼作電源連接器。

復(fù)位按鈕

Arduino 板還包含一個重置按鈕。按下按鈕會觸發(fā)復(fù)位引腳。它會重新啟動任何當(dāng)前正在運行的代碼。當(dāng)您想測試某些內(nèi)容但您的程序沒有重新啟動功能時，這是完美的選擇。

電源指示燈

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

信號發(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。當(dāng)設(shè)備接收或傳輸數(shù)據(jù)時，它們提供了一個微妙的視覺線索。

穩(wěn)壓器

雖然不是用戶可編程的，但 Arduino 板帶有一個電壓調(diào)節(jié)器。穩(wěn)壓器控制通過電路板的電壓量。它當(dāng)然有限制，但大多數(shù)項目的電壓不會超過 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)成的部件來使您的 Arduino 項目有用。但是，Arduinos 平臺規(guī)范確實需要一些與平臺兼容的附加組件。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。沒有它們，任何 Arduino 項目都不完整。

傳感器

您可以使用一些代碼來控制 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目的無焊面包板。該板讓您可以對電路設(shè)計和布局進(jìn)行原型設(shè)計和試驗，而無需將組件永久焊接到 PCB 上。您可以試驗和測試您的布局和設(shè)計理念。面包板沒有電源適配器。因此，您必須使用跳線通過主板為其供電。

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。

一些常見的屏蔽功能包括

控制電機

互聯(lián)網(wǎng)連接

移動和蜂窩網(wǎng)絡(luò)和通信

液晶屏控制器

Arduino 開發(fā)人員使用官方的 Arduino 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) 來編寫他們的 Arduino 程序。基于 Java 的開源 IDE 適用于運行 Windows、Mac 和 Linux 的所有平臺。它為您提供了一個獨特的環(huán)境來編寫和測試代碼，在您將其上傳到您的設(shè)備之前，用處理編程語言編寫。

Arduino Uno – 最受歡迎的 Arduino

因為沒有兩個項目是相同的，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 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)計項目。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 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)上大量的項目教程和論壇。

Arduino Mega – 用于大型項目的 MCU

Arduino Mega 有效地將四個 Uno MCU 合二為一，是您大型項目的理想之選。Mega 由 Atmel ATmega2560 芯片供電，帶有四個串行端口，帶有一個單獨的 USB 端口，用于供電和與計算機連接。它甚至擁有一個專用的 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 個數(shù)字輸入/輸出 (I/O) 引腳和 14 個 PWM 兼容引腳

• 16 個模擬 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 或按鈕的項目中使用它們。

Mega MCU 的其余功能來自其處理器。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 打印機和機器人技術(shù)的首選板。

Arduino ESP8266 讓您的項目無線化

沒有 Arduino 板本身帶有無線網(wǎng)絡(luò)。您也不會在任何可用的盾牌上找到它。如果你想讓你的項目無線，你需要一個 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立 MCU 工作，但您的項目需要在當(dāng)今的移動市場中使用。

不過，它確實提供了一些不錯的無線連接。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，以及一個開關(guān)、“芯片控制斷電”（CH_PD）引腳。您還有一個復(fù)位和兩個 GPIO 數(shù)據(jù)引腳。

有一個缺點。ESP8266 需要 5 伏電源信號。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來模擬模擬信號的方法。Arduino 平臺使用這些信號通過其數(shù)字輸出調(diào)節(jié)模擬電路。

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

5.2 Arduino Nano——非常適合小型設(shè)備和項目

作為 Arduino 平臺的最小版本，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。它也使用與其他 Arduino 板相同的 Arduino IDE 軟件。

Nano附帶：

• 14 個數(shù)字 I/O 引腳和 6 個 PWN 兼容引腳

• 八個模擬引腳

• 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 在以下項目類型中表現(xiàn)出色：

• 嵌入式系統(tǒng)

• 自動化

• 機器人

• 控制系統(tǒng)

• 儀表

為什么選擇 Arduino 而不是 Raspberry Pi？

Arduino 平臺并不是市場上唯一的 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 是一臺完整的計算機。Arduino 不是。微型計算機只是構(gòu)成計算機的一個小部件。因此，Arduino 平臺僅提供 PI 必須提供的一小部分。例如，它只能運行小型應(yīng)用程序，而不是成熟的計算機操作系統(tǒng)。

6.1 Arduino 的優(yōu)缺點

這并不意味著 Arduino 沒用。它非常適合不需要完整計算機即可運行的電子項目。您可以將其直接連接到您的組件和傳感器，并且只需很少或無需設(shè)置即可開箱即用。

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

6.2 樹莓派是一臺完整的計算機

相比之下，Raspberry Pi 是一臺功能齊全的計算機。它需要一個操作系統(tǒng)才能運行，這需要重新啟動才能保持運行。該板也沒有內(nèi)部存儲器。您必須提供一個外部微型 SD 卡來存儲您要運行的程序。不過，它確實具有內(nèi)置以太網(wǎng)，因此您無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，以便沒有人知道您使用如此小型的機器來驅(qū)動所有東西。那就是它的強大。對于需要完整的用戶交互性和所有處理能力的項目來說，它是完美的平臺。

然而，這種能力使 Pi 不適合較小的項目。例如，您需要將LED插入到 Arduino 板上，只需 8 行代碼即可將其點亮。除了您的代碼之外，Pi 還需要額外的庫才能開始使用，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 用于相同類型的項目。您可以安裝框架庫，為 Pi 提供與 Arduino 相同的功能。在項目中使用 Pi 需要更多的時間和精力。

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

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

結(jié)論

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

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