Arduino：

简介：

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件和软件（Arduino IDE）。由一个欧洲开发团队于2005年冬季开发。其成员包括 Massimo Banzi、David Cuartielles、Tom Igoe、Gianluca Martino、David Mellis 和 Nicholas Zambetti 等。

特点：

Arduino IDE可以在 Windows、Mac OS、Linux 三大主流操作系统上运行，而其他的大多数控制器只能在Windows上开发。对于初学者来说，它极易掌控，有足够灵活性，不需要太多基础就可以开发。我初次接触 Arduino 时，仅仅连 MCU 是什么也不知道，但还是开发出了不少东西。不够有一定基础也是非常有必要的，在开发复杂功能时可以少走弯路。（亲身经历）

主板：

目前 Arduino 的主板型号有很多，主要有：

Arduino Uno

Arduino Nano

Arduino LilyPad

Arduino Mega 2560

Arduino Ethernet

Arduino Due

Arduino Leonardo

ArduinoYún

扩展版也有不少：

Arduino GSM Shield

Arduino Ethernet Shield

Arduino WiFi Shield

Arduino Wireless SD Shield

Arduino USB Host Shield

Arduino Motor Shield

Arduino Wireless Proto Shield

Arduino Proto Shield

使用资料：

Arduino基础入门篇28—舵机控制 - 简书 (jianshu.com)

Arduino基础入门篇26—步进电机 - 简书 (jianshu.com)

实践：

刚开始时最好先了解一下 C 语言（其他也行），但如果0基础，需要注意每一个语句的作用和写法。这里只会讲解一些核心函数，语法不会详细讲解（如：while循环，for循环等）。

搭建环境：

这里使用 Arduino IDE 作为开发环境，Arduino UNO 作为开发板。

Arduino IDE 下载：Arduino - Windows

Arduino UNO：

软件下载完毕后，将开发板与电脑使用 USB 线连接，如果在设备管理器中未识别成功，考虑安装驱动，如果失败，则上网查找 CH340 驱动下载。

认识开发板：

Blink示例：

这里列举点灯例程（硬件世界的 Hello World）：

1.将1个LED灯长引脚（正极）连接220Ω电阻后连接 Arduino 板上的数字脚0。

2.将此LED灯短引脚（负极）连接 Arduino 板上的 GND 。

3.复制此代码，上传，观察效果。

注意" () ; , "等符号为英文符号。（如果硬件上不想接线，可以将代码中0号引脚改为13号，使用板载 LED ）

​x
1
void setup(){
2
  pinMode(0, OUTPUT); //将0号引脚设为输出。
3
}
4

5
void loop(){
6
  digitalWrite(0, HIGH); //0号引脚设为高电平。
7
  delay(1000); //延迟1秒。
8
  digitalWrite(0, LOW); //0号引脚设为低电平。
9
  delay(1000); //延迟1秒。
10
}

可以看见 LED 以 1Hz 频率闪烁。

程序解读：

其中“ void setup() ”函数在程序开始执行时只调用一次，使用它初始化变量、初始化外设等。

这里使用“ pinMode ”函数将0号引脚配置为输出引脚。

而“ void loop() ”函数会不断重复执行。

在这里，使用“ digitalWrite “函数将0号引脚设置为高电平（5V，HIGH），一秒后（delay 函数）设置为低电平（0V，LOW），等待一秒后循环。

ADC、PWM示例：

-ADC ( Analog to Digital Converter ):

模拟数字转换器即 A/D 转换器，或简称 ADC ，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。

-PWM ( Pulse Width Modulation ):

脉宽调制是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。

以下是 Arduino 读取 A3 引脚模拟信号并以 PWM 形式对 LED 调光的例程：

1.将1个LED灯长引脚（正极）连接220Ω电阻后连接 Arduino 板上的引脚9。

2.将此LED灯短引脚（负极）连接 Arduino 板上的 GND 。

3.将一个电位器阻值不固定的两端分别接 A3 和 GND 。

4.复制此代码，上传，旋转电位器，观察效果。

xxxxxxxxxx
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1
int ledPin = 9; //将LED连接至9号引脚
2
int AnalogPin = A3; //A3引脚作为模拟输入
3

4
int val = 0; //将读取到的模拟值赋给变量val
5

6
void setup(){
7
  pinMode(AnalogPin, INPUT); //将AnalogPin(A3)设置为输入引脚
8
  pinMode(ledPin, OUTPUT); //将ledPin(9)设置为输出引脚
9
}
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void loop(){
12
  val = analogRead(AnalogPin); //读取并赋值
13
    
14
  analogWrite(ledPin, val/4); //输出PWM到LED
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}//模拟值读出后是一个0-1024的值，但每字节的大小为0-255，所以这里将值除以4再输出

可以看见随着电位器旋转， LED 亮度不断变化。如果有示波器，可以发现 PWM 波频率固定在 430Hz。

程序解读：

analogRead() 和 analogWrite() 为核心函数。

串行通讯：

所有 Arduino 控制器都有至少一个串行端口（也称为UART或者USART）。个人电脑可以通过 USB 端口与Arduino的引脚0(RX)和引脚1(TX) 进行通信。你可以通过 Arduino 开发环境软件中的串口监视器来与 Arduino 控制器进行串口通信。

这里展示最基本示例：

xxxxxxxxxx
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1
void setup(){
2
  Serial.begin(9600); //波特率为9600
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}
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5
void loop(){
6
  Serial.print("Hello World!");
7
  Serial.println("换行输出");
8
  Serial.println(millis()); //获取Arduino开机后运行的时间长度
9
  delayMicroseconds(1000000); //等待1000000微秒
10
}

可以在串口监视器里看见打印的数据。

程序解读：

Serial.print() , Serial.println() 用于打印数据，millis() 用于获取 Arduino 开机后运行的时间长度。

delayMicroseconds() 与 delay() 函数都可用于暂停程序运行。不同的是，delayMicroseconds() 的参数单位是微秒。

使用库：

通过库的使用可以拓展 Arduino 开发板的功能。因为有了库，我们可以很轻松的实现 Arduino 与外部硬件的协作或进行数据通讯。

Arduino IDE 预装有一系列标准库文件，同时您也可以自己将第三方库（如：网上下载的开源库）安装导入Arduino IDE ，甚至您自己也可以建立库并导入 Arduino IDE 。

Arduino标准库有：

• EEPROM – 读写开发板内置EEPROM，“永久”保存数据。
• Servo – 控制舵机（伺服电机）
• Stepper – 控制步进电机
• SD – 读写SD卡
• Wire– 通过TWI/I2C实现多台开发板或传感器的相互通讯
• LiquidCrystal – 控制显示液晶屏(LCD)
• SPI – 用串行外设接口（SPI）进行通讯

接下来我将依次给出教程：

EEPROM：

EEPROM：Electrically Erasable, Programmable Read-Only Memory 。电可擦除可编程只读存储器。

简单来说 EEPROM 就像是一个硬盘，所以即使掉电，存放在 EEPROM 中的数据也可以保存下来，方便再次上电的时候进行读取操作。

ATmega328 内部具有 1kB 的 EEPROM 。

注意：EEPROM的 写入/擦除 寿命为100000次左右。

示例：

1.硬件上无需连线。

2.上传代码。

xxxxxxxxxx
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1
//写入：
2
#include <EEPROM.h> //导入库
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int addr = 0; // 从地址0开始写
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void setup(){
7

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}
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void loop(){
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  int val = analogRead(0) / 4;
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  EEPROM.write(addr, val); //在地址0写入值
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  delay(1000);
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}
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//读取：
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#include <EEPROM.h>
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int address = 0;
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byte value;
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void setup() {
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  Serial.begin(9600);
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}
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void loop(){
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  value = EEPROM.read(address); //读取地址0的值
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  Serial.print(value, DEC); //串口打印
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  Serial.println();
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  delay(1000);
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}

Servo：

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在高档遥控玩具，如飞机、潜艇模型，遥控机器人中已经得到了普遍应用。

舵机安装了一个电位器（或其它角度传感器）检测输出轴转动角度，控制板根据电位器的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。

舵机转动的角度是通过调节 PWM 信号的占空比来实现的。标准的PWM信号的周期固定为20ms，理论上脉宽分布应该在1ms到2ms之间，实际上可由0.5ms到2.5ms之间，脉宽与转角0°—180°相对应。

舵机一般都外接三根线，分别用棕、红、橙三种颜色进行区分，由于品牌不同，颜色也会有所差异，棕色为接地线，红色为电源正极线，橙色为信号线。

示例：

1.控制线接9。剩余两根接电源。

2.上传代码。

xxxxxxxxxx
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1
#include <Servo.h>
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Servo myservo;  // 定义Servo对象来控制
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int pos = 0;    // 角度存储变量
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void setup() {
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  myservo.attach(9);  // 控制线连接数字9
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}
9

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void loop() {
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  for (pos = 0; pos <= 180; pos ++) { // 0°到180°
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    myservo.write(pos); // 舵机角度写入
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    delay(5); // 等待转动到指定角度
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  }
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  for (pos = 180; pos >= 0; pos --) { // 从180°到0°
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    myservo.write(pos); // 舵机角度写入
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    delay(5); // 等待转动到指定角度
18
  }
19
}

舵机在0°和180°间不断转动。

Stepper：

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

这里使用的步进电机型号为28BYJ-48，1相励磁方式驱动，通过给ABCD四相依次通电来实现转自不停转动。控制板型号为 ULN2003 驱动板。

示例：

1.ULN2003驱动板上IN1、IN2、IN3、IN4分别连接UNO开发板的数字引脚2，3，4，5；

驱动板电源输入+、-引脚分别连接UNO开发板的5V、GND。

2.上传代码。

xxxxxxxxxx
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void setup() {
2
  // put your setup code here, to run once:
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  for (int i = 2; i < 6; i++) {
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    pinMode(i, OUTPUT);
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  }
6
}
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void clockwise(int num)
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{
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  for (int count = 0; count < num; count++)
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  {
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    for (int i = 2; i < 6; i++)
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    {
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      digitalWrite(i, HIGH);
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      delay(3);
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      digitalWrite(i, LOW);
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    }
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  }
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}
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void anticlockwise(int num)
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{
23
  for (int count = 0; count < num; count++)
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  {
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    for (int i = 5; i > 1; i--)
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    {
27
      digitalWrite(i, HIGH);
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      delay(3);
29
      digitalWrite(i, LOW);
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    }
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  }
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}
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void loop() {
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  // put your main code here, to run repeatedly:
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  clockwise(512);
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  delay(10);
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  anticlockwise(512);
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}

可见电机180°正反转。

SD：

上文讲到数据可以存储在 EEPROM 中，但如果要存储大量数据，Arduino 1Kb 的存储空间就力不从心了，但是我们可以挂载 SD 卡，拓展出大量空间。

这是这里所用的 Micro SD Card 模块：

还没写完……