Arduino是单板微控制器,可以通过USB连接轻松编程。它们与电子产品一起用于设计嵌入式系统原型、物联网(IoT)和电子产品。
与其他微控制器一样,Arduino为基本电子应用提供软件支持的计算和嵌入式控制。这意味着开始使用Arduino与其他系统没有什么不同。
设置
在使用Arduino时,用户可以学习和使用电子产品。首先,建议使用电子工作台和PC或笔记本电脑。有关设置电子工作台的提示,请参阅本教程:建立电子实验室的初学者指南.
理想情况下,还需要这些工具或设备:
1.面包板,微型或微型面包板- 到原型电路。
2.试验板电源(可选)–通过适配器或USB向面包板供电。
3.公跨接导线–将Arduino引脚与试验板连接,并在试验板上的组件之间进行连接。
4.连接电线-在面包板上的组件之间建立连接。
5.虫带连接器–在试验板上连接PCB模块。
6.剥线器-剥去连接线。
7.钢丝钳–切割电线和修剪防虫条接头。
8.组镊子–握住部件,在试验板上放置或移除部件。最好准备一套静电镊子。
9精密螺丝刀–要校准罐,请拆下面包板上的部件等。
10.Protoboards或多氯联苯-使面包板电路永久。穿孔板或条形板可以用来快速完成原型设计。为了更好的完成,可以使用PCB设计软件为原型设计一个PCB,并将整个电路传递给它。
11.烙铁及焊料-用于在原型板或PCB上焊接元件,或用于在PCB模块上焊接缺陷条连接器。可使用含铅或无铅焊料。虽然含铅焊料易于使用,但无铅焊料对健康是安全的。
12.焊泵-修复焊接错误。
13印刷电路板支架-在焊接时保持pcb。
14.Tip Tinner-保持烙铁头清洁。
15海绵铜–清洁焊接头。
16.各种设备1/4瓦的电阻器,电解液和陶瓷电容器,电位器和可变电阻器,和按按钮
17.发光二极管
18万用表–测量电压、电流和电阻。
19.台式电源(可选)-给面包板电路供电。面包板电路可由Arduino提供3.3和5V电源。对于大于5V的电源,可以使用带稳压ic的电池组。电源适配器或带面包板电源的USB电源也可以用于需要大于5V电源的面包板电路。
除上述工具外,用户还需要:
1.Arduino精选董事会
2.用于Arduino板编程的USB线
3.计算机(PC或笔记本)运行Arduino IDE或任何其他竞争性编程环境。
4.Arduino的电源—Arduino单板可以通过USB、电源适配器或电池组供电。这些板有一个板上电压调节器,所以不需要外部电压调节器。
对于电路和信号的高级测试,用户可以使用示波器和逻辑分析仪。然而,这些都是不必要的。可以根据用户的喜好获取显示设备、传感器、执行器、特定应用模块和Arduino屏蔽。
以下是一些嵌入式电子设备和小工具中常用的显示设备:
- LED(s)
- RGB发光二极管(s)
- 固态硬盘(s)
- 发光二极管板
- 字符液晶
- 图形LCD或OLED
- 触屏
以下是更受电子爱好者欢迎的传感器:
- 热敏电阻
- TMP36温度传感器
- LM35温度传感器
- DHT-11/DHT-22数字温度传感器
- 模拟话筒
- 数字麦克风
- 光刻胶(LDR)
- GUVA–S12SD紫外线传感器
- TCS34725 RGB颜色传感器
- 被动红外(PIR)传感器
- BMP-080 / BMP180 / BMP280气压温度和高度传感器
- MCP9808高精度I2C温度传感器
- ADXL335加速度计传感器
- HC-SR04超声波距离传感器
- 红外传感器
- 主动/被动蜂鸣器
- 土壤湿度传感器
- MPU-6050 3轴加速度计和陀螺传感器
- MQ-9、MQ-8、MQ-7、MQ-6、MQ-5、MQ-4、MQ-3、MQ-2、MQ 135气体传感器
- 接近传感器
- PH传感器
- 称重传感器
这些致动器通常用于控制机械系统:
- 刷直流电机
- 无刷直流电动机
- 微型齿轮马达
- 伺服电机
- 步进电机
- 齿轮马达
- 交流电动机
- 线性执行器
- 气泵
- 水泵
一些流行的特定于应用程序的模块包括:
- RFID阅读器
- 指纹扫描模块
- 相机模块
- GSM-GPRS模块
- GPS模块
- 二维码扫描模块
- RTC DS1307
- Wi-Fi模块
- 蓝牙模块
一些受欢迎的Arduino Shields包括:
- 1以太网盾
- 继电器屏蔽
- L293D电机驱动防护罩
- GPS屏蔽
- 数据记录屏蔽
- 可以屏蔽
- 原盾
还有其他数以千计的传感器、传感器模块、执行器、应用特定模块和定制屏蔽。工程师和爱好者可根据项目要求进行选择。
大多数传感器或传感器模块在TTL电压下工作,这意味着它们可以很容易地与Arduino板连接。复杂的模块,如RFID或GPS,具有串行通信接口,也可以轻松地与Arduino板通信。然而,有些执行器在较高的电压下工作,这可能会导致控制电路损坏。因此,当由Arduino控制时,它们通常需要额外的外部电路或屏蔽。
Arduino屏蔽设计用于安装Arduino板,可提供连接解决方案或随时可用的嵌入式解决方案。在开始Arduino之旅之前,需要具备一些必备技能。
例如:
- 在面包板上组装和原型化电路。
- 熟悉使用万用表测量电压、电流、电阻。
- 舒适使用万用表测试基本的电子元件,例如测试连续性,二极管和晶体管。
- 在主板和PCB上焊接组件和连接器。
这些技能是不必要的,但会带来优势:
- 使用PCB设计软件设计PCB
- 蚀刻和制作PCB
- 使用示波器和逻辑分析仪测试电路和信号
Arduino UNO
有许多Arduino和Arduino Pro板。记录和使用最多的板是Arduino UNO。“Uno”在意大利语中是指一个,它是公司设计和支持的第一个Arduino董事会。
UNO使用AVR ATmega328P作为坐姿微控制器,由16 MHz陶瓷谐振器计时。图中显示了微控制器板上的主要部件。
Arduino UNO有两个微控制器,ATmega328P和ATmega16UC。Atmel ATmega16UC是一个SMD微控制器,只用于管理ATmega328P和计算机之间的USB通信。它不能用于控制嵌入式电子设备。
Arduino可以通过Arduino IDE通过USB线轻松编程。它也有ICSP头引脚编程两个控制器使用外部编程设备。Arduino UNO上的ATmega32P损坏可以更换然而,应该注意的是,替换的微控制器可能不附带引导加载程序。在这种情况下,引导加载程序可以从Arduino IDE刻录到控制器。ATmega328P采用16MHz的晶体时钟。
电路板可由USB电缆,AC-TO-DC适配器或电池组供电。用于编程Arduino的相同USB电缆也为它提供电源。因此,Arduino可以通过计算机的USB供电,而编程和设计正在测试。
一旦编程,它将需要在其他地方安装。例如,它可以通过AC-TO-DC适配器或电池组供电。适配器或电池组可以通过电路板的电源连接器连接。Arduino配有一个板载电压调节器,因此如果它由电池组供电,则需要零外部电压调节电路或设备。
Arduino UNO需要5V的工作电压,尽管它可以输入7到12V的直流电压。强烈建议为Arduino提供接近其工作电压的电压,但是,任何多余的电源都将被车载电压调节器浪费。
除了电压调节器,Arduino还有两个电容器来清除任何多余的电压。
Arduino UNO具备以下硬件功能:
1.数字输入/输出- Arduino UNO有14个数字I/O引脚。它的模拟输入引脚也可以用于数字I/O。因此,在UNO上有20个针脚可以用于数字输入和输出。所有这些引脚都在TTL逻辑上工作。引脚将2到5V之间的任何输入信号电平视为逻辑高电平,将0到0.8V之间的任何输入信号电平视为逻辑低电平。类似地,对于逻辑高,引脚输出2.7到5V之间的电压,对于逻辑低,输出0到0.5V之间的电压。Arduino上未连接的引脚处于悬挂或漂浮状态。
2.模拟输出–Arduino不输出任何模拟信号。相反,它可以输出接近模拟信号的脉宽调制(PWM)信号。在14个数字I/O引脚中,6个引脚(用波浪符号标记)可以在UNO上输出PWM信号。这些引脚连接到ATmega328P微控制器的六个PWM通道。
3.模拟输入- Arduino UNO上有六个模拟输入引脚。这些引脚可以用来检测传感器和传感器模块的模拟电压。ATmega328P具有8通道10位ADC,因此引脚可以以10位分辨率检测模拟电压。
4.通信接口–ATmega328P微控制器支持可编程串行USART(用于与单个设备的对等串行通信)、双线串行接口(用于与多个设备的半双工串行通信的I2C/TWI)和主/从SPI串行接口(用于与多个设备的全双工串行通信)。数字I/O引脚还可用于使用模拟硬件串行端口功能的软件串行进行对等串行通信。
5.ATmega328P内置功能Arduino UNO中的ATmega328P微控制器是一个精简指令集计算机(RISC),它有131条指令集,其中大部分具有单时钟执行。它有32个8位寄存器和一个片上两周期乘法器。该微控制器有32 Kb的系统内可编程闪存,支持10,000个写/擦除周期。它有1Kb的EEPROM,支持100,000个写/擦除周期和2Kb的SRAM。控制器有两个8位定时器/计数器,具有独立的预分和比较模式;一个16位定时器/计数器,具有独立的预分压器,比较和捕获模式;可编程看门狗定时器与单独的片上振荡器,片上模拟比较器和支持外部中断在两个引脚。
弗里茨
Fritzing是一个允许记录原型的开源硬件计划。它可用于设计电子电路的纸张草图,原理图和PCB布局,包括涉及Arduino的电路。一旦设计是Arduino上的最终目标,用户可以文档或使其永久。设计纸张草图和使用Fritzing的示意图非常方便。
有趣的是,应用程序同时生成PCB布局。最终的设计可以根据需要转移到原型板或pcb上。
Arduino IDE
由于Arduino的两个方面,它变得如此受欢迎:
1.通过USB电缆将程序上传到微控制器的方便性
2.一个自由的编程环境
这意味着即使是新手或非工程师也可以有效地使用Arduino。它的程序可以在任何文本编辑器或编程环境中编写,只要它们保存为“.ino”文件。Arduino程序被称为草图,因为它们是可以被其他程序替换的临时固件程序。
事实上,Arduino可以装载数千次草图。ATmega328P支持10000次闪存写入/擦除周期。编程Arduino的理想编辑器和编程环境是Arduino IDE。
Arduino IDE的设置可以从Arduino的官方网站(Arduino.cc)下载。IDE可用于Microsoft Windows、Mac OS X和Linux平台。安装IDE后,当它启动时,它看起来像这样…
在顶部,它有主菜单。在菜单下方有功能按钮,用于验证草图的语法错误,上传草图到Arduino,创建新的草图,打开或保存草图,打开串行监视器。
还有一个编辑器区域,用户可以在其中编写Arduino草图。在底部,有一个调试控制台,在验证或上传草图时显示消息和错误。
在文件菜单中,最重要的是首选项:
在偏好中,用户可以:
- 选择草图的存储位置
- 设置编辑器语言、字体大小和界面比例
- 为IDE选择一个主题
- 选择编译时的输出并通过调试控制台上传
- 决定在调试控制台中显示的编译器警告的类型
- 使用复选框来显示行号、允许代码折叠、上传后验证代码、使用外部编辑器、通过启动检查更新、在验证或上传时保存或使用辅助功能。
在底部,用户可以为其他板管理器指定url。
如果选中“显示行号”,行号将在编辑器区域中可见。建议选中此复选框,因为它将通过行号跟踪编程错误。如果选中“启用代码折叠”,则可以在编辑器区域最小化功能。此功能对于查看代码的相关部分非常有用。如果选中“使用外部编辑器”,则可以使用外部文本编辑器(如升华文本)编写草图。
应该检查“上传后验证代码”,因为它将验证程序是否正确上传至微控制器。如果勾选了“验证或上传时保存”,素描在上传或验证时就会自动保存,这一点很重要。
在首选项的网络选项卡中,用户还可以指定网络设置,使Arduino IDE可以连接互联网。默认情况下,Arduino的互联网连接自动检测代理设置是打开的。通过文件菜单,用户还可以访问sketchbook(这是保存草图的文件夹)和几个草图示例。
编辑菜单有在编辑器中编辑代码的所有选项。所有这些编辑操作的键盘快捷键也显示在菜单按钮中。在草图菜单,按钮验证/编译草图,上传草图,使用程序员上传,导出编译的二进制文件,显示草图文件夹,添加文件,包括库子菜单。只需从“包含库”子菜单中打开库管理器,并在需要时搜索组件或解决方案可用的库。
“工具”菜单有许多有用的功能。使用“自动格式”,用户可以自动缩进代码。“存档草图”将草图保存到存档中。如果从其他源复制代码,“修复编码和重新加载”按钮将修复由于代码在不同编程环境中编写而导致的任何编码问题。
从“工具”菜单中,用户还可以打开串行监视器或串行绘图仪。可以选择目标Arduino板。默认情况下,IDE通过USB电缆连接到计算机时会自动检测电路板。
在工具菜单中,还可以选择Arduino板连接的端口。默认情况下,当Arduino板连接到计算机时,IDE也会自动检测到这一点。如果通过外部编程设备上传草图,“工具”菜单还允许用户选择程序员。
要编写新草图,必须首先创建一个新文件。您可以编写Arduino代码并将其保存为“.ino文件”。按下“验证”功能按钮可以检测到任何编程错误。
要将草图上传到目标板,只需通过USB电缆连接板并单击“上传”功能按钮。草图将上传到目标板上,它将开始执行。按下板上的重置按钮,即可将板重置为程序执行的开始。
数据表
在Arduino上工作时,您将在许多组件和模块上进行实验。从任何电子元件或模块开始,首先要查看其数据表。数据表是关于组件的详细记录的信息源。
在电路中使用前,必须从数据表中查找元件的操作要求、功能和应用。
Arduino UNO采用ATmega328P作为嵌入式微控制器。养成从ATmega328P微控制器本身的数据表中读取数据表的习惯。只需下载数据表并查看微控制器规格、操作条件和功能。检查ATmega328P的内置寄存器很有趣。是的,ATmega328P中有32个8位寄存器。
在下一篇教程,我们将看看Arduino草图的基本结构,并通过嵌入式C的基础知识来实现Arduino平台。
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