Arduino——DIY微控制器设备简介
这些天你可以把任何东西变成电脑。如果您看到带有键盘的 LED 或 LCD，则可能有人将笔记本电脑放入该设备中。其中一些甚至包含六、七或更多小型计算机，称为微控制器。
在它们里面，其中 Arduino 是最受欢迎的。如果您设想创建带有内置计算机的电子设备，您必须了解它们是什么以及它们是如何工作的。
只有这样，您才能从 PCB 商店购买一些套件并开始您的项目。
什么是 Arduino？
这些小型微控制器计算机通常被称为嵌入式控制器或微控制器单元 (MCU)。它们是完整的计算机系统，包含您可以想象到的所有计算机系统。它们都有一个用于执行程序的中央处理器、临时 RAM 存储、永久存储系统以及用于外围设备和配件的端口。
微控制器只是为执行少数特定任务而构建和设计的专用计算机。大多数时候，这些设备只运行存储在某些 ROM 中的单个程序。不过，您也可以将外部存储连接到它们。无论哪种方式，它们都被认为是低功耗设备，这就是它们的魅力所在。您可以完全依靠电池运行一台。
Arduino 只是微控制器的开源版本。它作为一个硬件开发板提供，您可以使用它来设计和构建您自己的设备。 Arduino 非常适合修补匠、爱好者和制造商，既指特定类型的电路板设计和制造它们的公司，也指使用它们的开发人员社区。因此，您几乎可以在每个电子产品或 PCB 零件商店或目录中找到它们。
该平台以物理可编程电路板、微控制器本身以及用于创建设备运行程序的软件或 IDE（集成开发环境）的形式出现。 Arduinos 在新开发人员中很受欢迎，它不需要单独的编程设备，比市场上的其他微控制器套件更加用户友好。它甚至使用了 C++ 编程语言的简化版本，使其易于编程。
1.1 Arduino 由什么组成？
Arduinos 板带有一些组件和接口，这些组件和接口作为微控制器套件预安装在单个印刷电路板 (PCB) 上。这些组件设定了标准的外形尺寸，使微控制器更易于使用。
基本组件
虽然多年来设计发生了变化，但基本的 Arduinos 套件包含以下组件：
针式连接器
有两种类型的管脚：以特定模式排列，这些管脚让您可以将 MCU 连接到您的定制设备的其他板上。它们还允许您将一个称为“屏蔽”的子附加板连接到您的设备。
数字 – 单态输入/输出 (I/O) 连接器可以设置为打开或关闭。大多数 Arduino 都有 14 个数字引脚。
模拟 – 可以读取一系列值的多状态连接器。您可以使用它们进行更细粒度的控制。通常有六个。
地面 – 标记为 GND，这三个引脚可让您将设备接地。
权力 – 四个 5 伏和五个 3 伏引脚为附加组件和其他附件提供电源信号。
脉宽调制 (PWM) – 八个数字引脚兼作 PWM 连接器。它们可以模拟用于调光 LED 等应用的模拟输出信号
模拟参考 (AREF) – 有时用于调节外部电压，但这九个引脚很少使用。
电源连接器
该连接器为设备供电，并为 LED、传感器和其他设备提供低压电源。您可以将连接器与交流适配器或小电池一起使用。
主处理器
微控制器 CPU 是平台的核心。它允许 Arduino 执行命令并根据各种输入和正在运行的程序做出决策。不同的 Arduinos 类型相同的芯片会有所不同，但大多数套件为 Atmel 芯片组提供不同的板载内存。标准处理器型号包括：
- ATmega8
- ATmega168
- ATmega328
- ATmega1280
- ATmega2560
串行连接器
大多数 Arduino 板都带有标准 USB 端口，可让您将 MCU 连接到计算机以加载新程序。在某些板上，USB 端口还兼作电源连接器。
重置按钮
Arduino 板还包含一个重置按钮。按下按钮触发复位引脚。它会重新启动任何当前正在运行的代码。非常适合您想要测试某些东西但您的程序没有重新启动功能。
电源指示灯
一些 Arduino MCU 带有一个电源 LED，用于指示设备是否开启。通常，当您将团队连接到电源时，LED 会亮起。如果此灯不亮，则很有可能出现问题。
信号发送和接收 LED
标记为 TX（发送）和 RX（接收）；这些 LED 显示串行通信活动。当单元接收或传输数据时，它们提供了一个微妙的视觉线索。
稳压器
虽然不是用户可编程的，但 Arduino 板带有一个稳压器。调节器控制通过电路板的电压量。当然，它有限制，但大多数项目的电压不会超过 20 伏。
1.2 Arduino 附加组件和附件
上述组件随所有 Arduino MCU 一起提供，但它们并不是您可以与该平台一起使用的唯一电子组件。这些板符合所有 IEEE 和 ISO 标准。因此，您可以使用任何现成的零件来制作您的 Arduino 有价值的项目。但是，Arduinos 平台规范确实需要一些兼容平台的附加组件。正因为如此，大多数 Arduinos 供应商还带有一些 Arduino 传感器和防护罩。没有它们，任何 Arduino 项目都不完整。
传感器
您可以使用一点代码让您的 Arduino 控制一系列传感器并与之交互。
大多数 Arduino 供应商都提供用于测量的传感器：
- 灯光
- 温度
- 弯曲度
- 压力
- 邻近度
- 加速
- 一氧化碳
- 放射性
- 湿度
- 气压
Arduino 面包板
您还可以为您的项目购买无焊面包板。该板可让您对电路设计和布局进行原型设计和试验，而无需将组件永久焊接到 PCB。您可以试验和测试您的布局和设计理念。面包板没有电源适配器。因此，如果您使用跨接线通过主板为其供电会有所帮助。
盾牌
Arduino 拼图的最后一部分是 Arduino 盾牌。这些预先构建的子板安装在主 Arduino 板的顶部，以提供额外的功能。
一些标准的屏蔽功能包括
控制电机
互联网连接
移动和蜂窝网络与通信
液晶屏控制器
Arduino 开发人员使用官方的 Arduino 集成开发环境 (IDE) 来编写他们的 Arduino 程序。基于 Java 的开源 IDE 适用于所有运行 Windows、Mac 和 Linux 的平台。它为您提供了一个独特的环境来编写和测试用 Processing 编程语言编写的代码，然后再将其上传到您的设备。
Arduino Uno – 最受欢迎的 Arduino
因为没有两个项目是一样的，所以 Arduino 小组发布了一些 Arduino 板类型的规范。这些板类型中最受欢迎的一种是 Arduino Uno。
作为初学者的绝佳选择，售价 22 美元的 Arduino Uno MCU 是一个准系统板。它只附带基本组件，但它允许您按照自己的方式设计项目。这块 68.5 x 53.4 毫米的 PCB 重 25 克，重量很轻，也可以放入外壳中。
当前版本 Arduino Uno R3 附带：
- ATmega328P 微处理器
- 14 个数字输入/输出引脚
- 6 路 PWM 输出
- 内置 LED（连接到 Pin 13）
- 5 伏、3.3 伏和接地引脚电压输出
- 六个模拟引脚
- USB 端口
- 电源插孔
- 重置按钮
- 5 伏工作电压
- 32 KB 闪存
- 2 KB SRAM 和 1 KB EEPROM
Uno 可能不是第一个 Arduino 板，但它是最常用的。它也是记录最多的形式，在整个 Internet 上拥有大量的项目教程和论坛。
Arduino Mega – 适用于大型项目的 MCU
有效地将四个 Uno MCU 合二为一，Arduino Mega 是您大型项目的主板。 Mega 由 Atmel ATmega2560 芯片供电，提供四个串行端口，一个单独的 USB 端口用于电源和与计算机的接口。它甚至拥有一个专用的 ATmega16U2 处理器，仅用于额外的 USB 端口。您也可以使用电池为 MCU 供电。
超级有：
- 54 个数字输入/输出 (I/O) 引脚，其中 14 个与 PWM 兼容
- 16 个模拟 IO 引脚
- USB 端口
- 电源插孔
- 重置按钮
Mega 的大量引脚构成了电路板。您可以在需要许多数字 I/O 连接、LED 或按钮的项目中使用它们。
Mega MCU 的其余功能来自其处理器。 ATmega2560 微处理器可以做任何你可以扔给它的事情。它具有 16 MHz 时钟速度、256 KB 闪存、8 KB SRAM 和 4 KB EEPROM。所有这些都使 Arduino Mega 成为 3D 打印机和机器人的首选板。
Arduino ESP8266 让您的项目无线
没有 Arduino 板本身带有无线网络。您也不会在任何可用的盾牌上找到它。如果你想让你的项目无线化，你需要一个 Arduino ESP8266 Wi-Fi 模块。
虽然那里有更新的模块，但 ESP2866 是原始的。它可能不适合作为独立的 MCU 工作，但您的项目需要一款适合当今移动市场的产品。
不过，它确实提供了一些不错的无线连接。该板带有电源、接地、发送和接收引脚，用于将这些功能连接到您的中央 Arduino，以及一个开关、“芯片控制的断电”（CH_PD）引脚。您还有一个复位和两个 GPIO 数据引脚。
有一个缺点。 ESP8266 需要 5 伏电源信号。它不适用于 Arduino 标准 3.5 伏。
PWM 子系统和框架
5.1 Arduino PWM
脉冲宽度调制 (PWM) 使用具有不同频率和幅度的方波信号来模拟模拟信号。 Arduino平台使用这些信号来调节模拟电路及其数字输出。
Arduino PWM 平台不是一个单独的硬件。所有 Arduino 板都带有内置的系统调用。您需要编写一个使用它们的程序。该命令通过兼容引脚创建方波。
5.2 Arduino Nano – 适合小型设备和项目
作为 Arduino 平台的最微型版本，Arduino Nano 提供与 Uno 相同的功能，封装更小，由 ATmega328P 处理器和 Atmega168 协处理器驱动。它也使用与其他 Arduino 板相同的 Arduino IDE 软件。
Nano 自带：
- 14 个数字 I/O 引脚和 6 个 PWN 兼容引脚
- 八个模拟引脚
- 5 伏工作电压
- 重置按钮
- USB 端口
- 串口
- 32kb 闪存
- 8 kb SRAM
- 1 kb EEPROM
尽管尺寸很大，但 Nano 非常适用于以下项目类型：
- 嵌入式系统
- 自动化
- 机器人
- 控制系统
- 仪器
为什么选择 Arduino 而不是 Raspberry Pi？
Arduino 平台并不是市场上唯一的 MCU。许多其他 MCU 提供与 Arduino 相同的功能，包括 Raspberry Pi。但是，PI 是与 Arduino 截然不同的产品。
一方面，Raspberry PI 是一台完整的计算机。 Arduino 不是。微型计算机只是组成计算机的一个小部件。正因为如此，Arduino 平台只提供了 PI 必须提供的一小部分。例如，它只能运行小型应用程序，而不是成熟的计算机操作系统。
6.1 的优势和劣势
这并不意味着 Arduino 没用。它非常适合不需要整台计算机运行的电子项目。您可以将其直接连接到您的组件和传感器，并且只需很少或根本不需要设置，一切都可以开箱即用。
由于 Arduino 固件的工作原理，Arduino 可以做到这一点。固件是运行 Arduino 系列板卡的核心软件。它还通过 USB 与您的计算机通信，让您可以访问其所有可编程功能。虽然您可以随时更换固件，但您永远不必这样做。您甚至不需要重新启动它。上传代码后，您可以立即在任何地方运行它。不需要键盘、显示器或选择应用程序的方法。董事会将完成您交给它的一项工作。
6.2 Raspberry Pi 是一台完整的计算机
相比之下，Raspberry Pi 是一台功能齐全的计算机。它需要一个操作系统才能运行，这需要重新启动才能保持运行。该板也没有内部存储。如果您提供外部 micro-SD 护理来存储您要运行的程序，这将有所帮助。虽然它确实具有内置以太网，但您无需移除卡即可更新软件。
Pi 在带有内存和 HDMI 图形处理器的 Broadcom Arm-v6 CPU 上运行。该板还可以很好地与键盘和鼠标配合使用，允许您加载 Linux 变体，并拥有它，这样没人知道您使用这么小的机器来驱动所有东西。这就是它的强大。对于需要完整的用户交互性和所有处理能力的项目来说，它是一个完美的平台。
然而，这种能力使得 Pi 不适合小型项目。例如，您需要在 Arduino 板上插入一个 LED，只需 8 行代码即可点亮它。除了您的代码之外，Pi 还需要额外的库才能开始使用，前提是您已经在板上安装了操作系统。
这并不意味着您不能将 Raspberry Pi 和 Arduino 用于相同类型的项目。您可以安装框架库，为 Pi 提供与 Arduino 相同的功能。在项目中使用 Pi 需要更多的时间和精力。
Arduino 还有一个更大的开发者社区。 Arduino作为电子项目最受欢迎的平台，有很多初学者教程可以帮助您入门。
无论如何，您永远不必在这两个板之间进行选择。他们一起工作得很好。通过适当的附件，您的 Arduino 可以成为您的 Raspberry Pi 的子扩展板，让两张卡都可以访问彼此的功能。
结论
Arduino 是专为自己动手电子项目设计的一系列微控制器平台。这些一次性板附带了您自动执行任务所需的一切，然后还有一些。您必须将其插入计算机，创建一些代码，然后运行它。剩下的就交给它了。
要为您的项目获取一个或任何其他组件，请立即联系我们。 Out 代表了解 Arduino，并随时准备帮助您确定适合您的开发板和附加组件。我们甚至可以帮助您获得将 Arduino 连接到 Raspberry Pi 所需的部件，从而将您的设备提升到一个新的水平。
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