第1章　Arduino入门基础

1.1　Arduino是什么

1.Arduino概述

2005年，欧洲的一个开发团队开发出一款名称为Arduino的开源电子平台，用于开发智能控制类电子项目。该平台包括硬件（用于连接电路的Arduino板）和软件（程序开发环境Arduino IDE）两部分。注：开源是公开硬件资源、开放软件源代码的意思。

Arduino开发板（又称板）由电路板、微控制器（使用的是AVR单片机）、输入/输出端口、USB接口、外接电源插孔、复位键等部分组成。它是一块微型计算机主板，包含支持单片机工作所需要的所有外围电路，接通电源后就可以工作。

Arduino IDE软件可在计算机上安装使用，运用Arduino编程语言编写程序代码，运用Arduino编译器将程序代码转换为二进制代码，运用Arduino连接器将二进制代码上传到Arduino板上的微控制器，Arduino板因此在程序控制下自动运行。注：IDE是英文Integrated Development Environment的缩写，意思是集成开发环境，包括编辑器、编译器、连接器等。

Arduino的主要用途：可运用开关、传感器、控制器件编程来控制LED灯、步进电机或其他输出装置。比如：运用红外遥控器编程控制LED灯，非常简单实用；再如：运用超声波传感器编程控制避障小车，十分有趣好玩。

Arduino的主要特点：跨平台，Arduino IDE软件可在Windows、Macintosh OS、Linux操作系统上安装使用；开源，Arduino硬件的电路原理图、电路图、Arduino IDE软件及核心库文件开源，且Arduino全球流行，共享资源十分丰富，用户可以免费下载、自由使用，通过整合资源，用户能明显加快开发的速度，提高开发的效率；低成本，Arduino板价格低，Arduino IDE软件免费，Arduino硬件资源与软件源代码开源，微控制器价廉物美，由USB接口供电，无须外接电源，程序开发接口可免费下载，支持在线编程，系统结构简单清晰，开发方式易学好用，对于初学者来说，可大大节约学习的成本。

Arduino的突出优点：Arduino的IDE软件开源，可免费下载使用；Arduino板价格低，资源丰富；Arduino基于AVR单片机平台，对AVR库进行了二次编译封装，大大降低了软件开发难度，功能强大，简单易学，非常适合初学者。

2.Arduino Uno开发板

Arduino板有多种型号，其中Arduino Uno开发板是一款适合初学者学习使用的开发板，因此，本书仅以Arduino Uno开发板为例展开学习辅导。Arduino Uno开发板的尺寸为70mm（宽）X54mm（高），外形如图1.1所示。

端口及组成部件说明如下。

（1）0～13为14个数字输入/输出（Digital I/O）端口，最大输入/输出电流为40mA，其中，端口0和1可用作串口通信数据发送和接收引脚，端口3、5、6、9、10、11具有PWM（脉冲宽度调制）功能，端口13与板载LED灯连接。注：这里的数字指数字量，数字量指在一定范围内不连续变化的物理量；输入/输出端口指输入或输出的引脚，引脚电压的变化范围为0～5V，数字端口的返回值为数字0或1，当引脚电压低于0.8V时，数字端口的返回值为数字0，数字0表示低电平，当引脚电压高于2.0V时，数字端口的返回值为数字1，数字1表示高电平，当引脚电压高于0.8V且低于2.0V时，数字端口的返回值将无法确定；当端口13输出数字1时，板载LED灯点亮，当端口13输出数字0时，板载LED灯熄灭，具体用法详见2.2节；串口通信详见2.1节；PWM详见2.5节。

（2）A0～A5为6个模拟输入（Analog In）端口，具有10位的分辨率，默认输入信号为0～5V电压。注：这里的模拟指模拟量，模拟量指在一定范围内连续变化的物理量；输入端口指输入引脚；10位的分辨率指采用10位编码将模拟信号量化为210=1024个量级，如输入信号为0V，端口返回值为0，输入信号为5V，端口返回值为1024，输入信号为2.5V，端口返回值为512，具体用法见2.4节；A0～A5也可当成普通数字输入/输出端口使用，具体用法见2.36节。

（3）GND为电路公共逻辑参考电平引脚、电线接地端口，对于电源而言，GND为电源负极。Arduino Uno开发板上共有3个GND。

（4）AREF为模拟输入的基准电压（Reference Voltage for the Analog Inputs），使用analogReference（）命令调用。

（5）SCL/SDA是I2C通信专用引脚，SCL引脚是用于同步数据传输的时钟线，与模拟端口A5连接，SDA引脚是用于传输数据的数据线，与模拟端口A4连接。I2C通信可实现单个板上组成部件之间的通信，具体用法见2.37节。

（6）复位（Reset）键，又称重新启动键，在设备通电状态下手动按下复位键可使设备重新启动，程序从起始状态重新开始运行。

（7）USB B口是USB接口的一种，内置2根电源线与2根信号线。Arduino Uno开发板通过USB B型电缆线连接到计算机USB接口上，可获得5V、500mA的供电电源；可借助计算机将程序下载到开发板上；能与计算机串口通信，USB 2.0传输速率可以达到480Mbps。注：480Mbps表示1秒钟传输480兆比特的数据信息，bit（比特）是计算机中最小的存储单位，平时看到的KB、MB中的B指Byte（字节），1Byte=8bit。

（8）外接电源插孔连接7～12V直流电源适配器，外接电源插孔的正极与1N4007二极管的正极连接，1N4007二极管的负极与VIN端口、AMS1117三端稳压器输入端连接。当Arduino Uno开发板的耗电电流小于500mA时，采用USB接口供电即可，无须外接电源；当耗电电流大于500mA时，必须外接电源，否则，开发板不能正常工作。

（9）5V和3.3V端口可向外部电路提供5V和3.3V电源。

（10）RESET端口与复位键的引脚连接。将此端口与GND端口快速连接一下然后断开，可使设备重新启动，从起始状态重新开始。

（11）VIN端口为外接电源输入（Voltage In）端口，外接电源的输入电压为7～12V。

（12）ISCP插头用于ISP（ISP是英文In-System Programming的缩写，是在线编程的意思），开发板有6只引脚，可通过电缆线连接到编程设备上，向芯片写入程序或擦除程序，即具有在线调试、编程功能。

（13）ATMEGA328P芯片是一款高性能、低功耗、可编程、带32KB闪存的8位AVR微控制器，工作电压为1.8～5.5V，速度等级为0～20MHz，闪存可反复擦写10000次，数据可保存20年不丢失。

（14）16MHz晶振表示使用的晶体振荡器的振荡频率为16MHz（16000000Hz），晶振在Arduino Uno开发板上的主要作用是产生基准频率，微控制器通过基准频率控制电路中的频率的准确性。注：频率指单位时间内变化的次数，频率的单位是赫兹，简称“赫”，符号为Hz。16MHz表示1秒钟变化16000000次。