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。如果您有使用內置計算機創建電子設備的愿景，您必須了解它們是什么以及它們如何工作。

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，具有您可以想象到的所有計算機系統。它們都有一個用于執行程序的中央處理單元、臨時 RAM 存儲、永久存儲系統以及用于外圍設備和附件的端口。

微控制器只是個人用途的計算機，其構建和設計僅用于執行少數特定任務。大多數情況下，這些設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，它們都被認為是低功耗設備，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。它作為硬件開發板提供，您可以使用它來設計和構建您自己的設備。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計，也指制造它們的公司以及使用它們的開發人員社區。因此，您幾乎可以在每個電子產品或 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建設備運行程序的軟件或 IDE（集成開發環境）。在新開發人員中很受歡迎，Arduinos 不需要單獨的編程器設備，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 板帶有一些預裝在單個印刷電路板 (PCB) 上的組件和接口。這些組件設定了標準外形，使微控制器更易于訪問。

基本組件

雖然多年來設計發生了變化，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”）連接到您的設備。有兩種類型的引腳：

數字 – 單態輸入/輸出 (I/O) 連接器，您可以設置為打開或關閉。大多數 Arduinos 有 14 個數字引腳

模擬– 可以讀取一系列值的多狀態連接器。您可以使用它們進行更細粒度的控制。通常有六個。

接地 - 標記為 GND，這三個引腳允許您將設備接地。

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。

脈寬調制(PWM) – 八個數字引腳兼作 PWM 連接器。它們可以為 LED 調光等應用模擬模擬輸出信號

模擬參考 (AREF) – 有時用于調節外部電壓，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 執行命令并根據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，但大多數套件都為 Atmel 芯片組提供各種板載內存。常見的處理器型號包括：

• ATmega8

• ATmega168

• ATmega328

• ATmega1280

• ATmega2560

串行連接器

大多數 Arduino 板都帶有標準 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。

復位按鈕

Arduino 板還包含一個重置按鈕。按下按鈕會觸發復位引腳。它會重新啟動任何當前正在運行的代碼。當您想測試某些內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，用于指示設備是否打開。通常，當您將設備連接到電源時 LED 會亮起。如果此燈不亮，則很有可能出現問題。

信號發送和接收 LED

標記為 TX（發送）和 RX（接收），這些 LED 顯示串行通信活動。當設備接收或傳輸數據時，它們提供了一個微妙的視覺線索。

穩壓器

雖然不是用戶可編程的，但 Arduino 板帶有一個電壓調節器。穩壓器控制通過電路板的電壓量。它當然有限制，但大多數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 標準。因此，您可以使用任何現成的部件來使您的 Arduino 項目有用。但是，Arduinos 平臺規范確實需要一些與平臺兼容的附加組件。因此，大多數 Arduinos 供應商也帶有一些 Arduino 傳感器和防護罩。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行交互。

大多數 Arduino 供應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計和布局進行原型設計和試驗，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。這些預先構建的子板安裝在主 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

互聯網連接

移動和蜂窩網絡和通信

液晶屏控制器

Arduino 開發人員使用官方的 Arduino 集成開發環境 (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境來編寫和測試代碼，在您將其上傳到您的設備之前，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 小組發布了一些 Arduino 板類型的規范。這些板類型中最受歡迎的一種是 Arduino Uno。

作為初學者的絕佳選擇，售價 22 美元的 Arduino Uno MCU 是一款準系統。它只附帶基本組件，但它允許您按照自己的方式設計項目。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。

當前版本 Arduino Uno R3 附帶：

• ATmega328P微處理器

• 14 個數字輸入/輸出引腳

• 6 PWM 輸出

• 內置 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，以及互聯網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

• 復位按鈕

Mega 的大量引腳構成了電路板。您可以在需要許多數字 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 板本身帶有無線網絡。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、“芯片控制斷電”（CH_PD）引腳。您還有一個復位和兩個 GPIO 數據引腳。

有一個缺點。ESP8266 需要 5 伏電源信號。它不適用于 Arduino 標準 3.5 伏特。

Arduino PWM 子系統和框架

5.1 Arduino PWM

脈寬調制 (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字輸出調節模擬電路。

Arduino PWM 平臺不是一個單獨的硬件。所有 Arduino 板都帶有內置的系統調用。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建方波。

5.2 Arduino Nano——非常適合小型設備和項目

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 協處理器驅動。它也使用與其他 Arduino 板相同的 Arduino IDE 軟件。

Nano附帶：

• 14 個數字 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出色：

• 嵌入式系統

• 自動化

• 機器人

• 控制系統

• 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，它只能運行小型應用程序，而不是成熟的計算機操作系統。

6.1 Arduino 的優缺點

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才能運行，這需要重新啟動才能保持運行。該板也沒有內部存儲器。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，它確實具有內置以太網，因此您無需卸下卡即可更新軟件。

Pi 在配備內存和 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，前提是您已經在板上安裝了操作系統。

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

無論如何，您永遠不必在這兩個板之間進行選擇。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。

結論

Arduino 是一系列專為自己動手做電子項目而設計的微控制器平臺。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，創建一些代碼，然后運行它。它會做剩下的。

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