Arduino 新手指引

Arduino怎么读

Arduino 一词源于意大利人名阿尔杜伊诺,中文发音大致同“阿杜一若”。

要了解Arduino就先要了解什么是单片机,Arduino平台的基础就是AVR指令集的单片机。

1、什么是单片机?它与个人计算机有什么不同?

一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成:中央处理单元CPU(进行运算、控制)、随机存储器RAM(数据存储)、存储器ROM(程序存储)、输入/输出设备I/O(串行口、并行输出口等)。在个人计算机(PC)上这些部份被分成若干块芯片,安装在一个被称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中,这些部份全部被做到一块集成电路芯片中了,所以就称为单片(单芯片)机,而且有一些单片机中除了上述部份外,还集成了其它部份如模拟量/数字量转换(A/D)和数字量/模拟量转换(D/A)等。

2、单片机有什么用?

实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能,一个控制电冰箱温度的计算机难道要用酷睿处理器吗?应用的关键是看是否够用,是否有很好的性能价格比。如果一台冰箱都需要用酷睿处理起来进行温度控制,那价格就是天价了。

单片机通常用于工业生产的控制、生活中与程序和控制有关(如:电子琴、冰箱、智能空调等)的场合。

什么是Arduino?

Arduino是一个能够用来感应和控制现实物理世界的一套工具。 它由一个基于单片机并且开放源码的硬件平台,和一套为Arduino板编写程序 的开发环境组成。
Arduino可以用来开发交互产品,比如它可以读取大量的开关和传感器信号,并且可以控制各式各样的电灯、电机和其他物理设备。Arduino项目可以是单独的,也可以在运行时和你电脑中运行的程序(例如:Flash,Processing,MaxMSP)进行通讯。Arduino板你可以选择自己去手动组装或是购买已经组装好的;Arduino开源的IDE可以免费下载得到。

Arduino的编程语言就像似在对一个类似于物理的计算平台进行相应的连线,它基于处理多媒体的编程环境。

发展历程

Massimo Banzi之前是意大利Ivrea一家高科技设计学校的老师。他的学生们经常抱怨找不到便宜好用的微控制器。 2005年冬天, Massimo Banzi跟David Cuartielles讨论了这个问题。 David Cuartielles是一个西班牙籍晶片工程师,当时在这所学校做访问学者。两人决定设计自己的电路板,并引入了Banzi的学生David Mellis为电路板设计编程语言。两天以后,David Mellis就写出了程式码。又过了三天,电路板就完工了。Massimo Banzi喜欢去一家名叫di Re Arduino的酒吧,该酒吧是以1000年前意大利国王Arduin的名字命名的。为了纪念这个地方,他将这块电路板命名为Arduino。
随后Banzi、Cuartielles和Mellis把设计图放到了网上。版权法可以监管开源软件,却很难用在硬件上,为了保持设计的开放源码理念,他们决定采用Creative Commons(CC)的授权方式公开硬件设计图。在这样的授权下.任何人都可以生产电路板的复制品,甚至还能重新设计和销售原设计的复制品。人们不需要支付任何费用,甚至不用取得Arduino团队的许可。然而,如果重新发布了引用设计,就必须声明原始Arduino团队的贡献。如果修改了电路板,则最新设计必须使用相同或类似的Creative Commons(CC)的授权方式,以保证新版本的Arduino电路板也会一样是自由和开放的。唯一被保留的只有Arduino这个名字,它被注册成了商标,在没有官方授权的情况下不能使用它。
Arduino发展至今,已经有了多种型号及众多衍生控制器推出。

为什么要使用Arduino?

有很多的单片机和单片机平台都适合用做交互式系统的设计。例如:Parallax Basic Stamp, Netmedia’s BX-24,Phidgets,MIT’s Handyboard 和其它等等提供类似功能的。 所有这些工具,你都不需要去关心单片机编程繁琐的细节,提供给你的是一套容易使用的工具包。 Arduino同样也简化了同单片机工作的流程,但同其它系统相比Arduino在很多地方更具有优越性, 特别适合老师,学生和一些业余爱好者们使用:

便宜 - 和其它平台相比,Arduino板算是相当便宜了。最便宜的Arduino版本可以自己动手制作,即使是组装好的成品,其价格也不会超过200元。

跨平台 - Arduino软件可以运行在Windows,Macintosh OSX,和Linux操作系统。大部分其它的单片机系统都只能运行在Windows上。

简易的编程环境 - 初学者很容易就能学会使用Arduino编程环境,同时它又能为高级用户提供足够多的高级应用。对于老师们来说,一般都能很方便的使用Processing 编程环境,所以如果学生学习过使用Processing 编程环境的话,那他们在使用Arduino开发环境的时候就会觉得很相似很熟悉。

软件开源并可扩展 - Arduino软件是开源的,对于有经验的程序员可以对其进行扩展。Arduino编程语言可以通过C++库进行扩展,如果有人想去了解技术上的细节,可以跳过Arduino语言而直接使用AVR C 编程语言(因为Arduino语言实际上是基于AVR C的)。类似的,如果你需要的话,你也可以直接往你的Arduino程序中添加AVR-C 代码。

硬件开源并可扩展 - Arduino板基于 Atmel 的ATMEGA8 和ATMEGA168/328 单片机。Arduino基于Creative Commons 许可协议,所以有经验的电路设计师能够根据需求设计自己的模块,可以对其扩展或改进。甚至是对于一些相对没有什么经验的用户,也可以通过制作试验板来理解Arduino是怎么工作的,省钱又省事。

Arduino基于AVR平台,对AVR库进行了二次编译封装,把端口都打包好了,寄存器啦、地址指针之类的基本不用管。大大降低了软件开发难度,适宜非专业爱好者使用。优点和缺点并存,因为是二次编译封装,代码不如直接使用AVR代码编写精练,代码执行效率与代码体积都弱于AVR直接编译。

版权与付费

为了保持设计的开放源码理念,因为版权法可以监管开源软件,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,甚至不用取得Arduino团队的许可。然而,如果你重新发布了引用设计,你必须说明原始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。

性能

Digital I/O 数字输入/输出端口0—13。
Analog I/O 模拟输入/输出端口0-5。
支持ICSP下载,支持TX/RX。
输入电压:USB接口供电或者5V-12V外部电源供电。
输出电压:支持3.3V级5V DC输出。
处理器:使用Atmel Atmega168 328处理器,因其支持者众多,已有公司开发出来32位的MCU平台支持Arduino。

目前Arduino的控制板最新的为Arduino Uno,Arduino UNO是一个基于ATmega328(数据手册)的单片机的控制板,更多详细信息请查看官网

EAGLE 文件: arduino-uno-Rev3-reference-design.zip (NOTE: works with Eagle 6.0 and newer)
原理图: arduino-uno-Rev3-schematic.pdf

历史型号对比图

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