【嵌入式系统与入门】Day01 Arduino开发板

1. Arduino概述

1.1 是什么？

• Arduino是一个简单易用的开源电子平台。
• Arduion作用：
  • 【输入方面】可读取开关或传感器的数据（比如说读取盲盒的感应数据）
  • 【输出方面】控制电机转动、LED灯的开关（经典的就是小车比赛中小车的驱动）
• 实现：借助软件编程来控制Arduino满足所需要的功能
• 开发环境：基于Arduino IDE
• 优势：
  • 所有的Arduino板是完全开源的，准许用户独立使用来满足他们不同需求
  • 简化了微控制器的工作过程，将微控制器编程的细节进行封装，封装成易使用的包
  • 在不需要全部了解微处理器底层工作原理和过程的基础上，完成设计

1.2 分类

开发板分为入门级、高级类、物联网类、教育类、可穿戴类等五大类

• 入门级：UNO(较常用)、MICRO、NANO、MINI等
• 高级类：MEGA(较常用)、ZERO、DUE等
• 物联网类：YUN、ETHERNET、TIAN等
• 教育类：CTC 101、ENGINEERING KIT等
• 可穿戴类：GEMMA、LILYPAD ARDUIUNO USB、LILYPAD ARDUINO MAIN BOARD等

Arduino开发板种类很多，我们主要学习Arduino UNO 和 Arduino Mega 2560

1.3 组成

1. 硬件（包括微控制器、电路板等）
2. 软件（编程接口和语言）
   
   

• 小板 UNO组成：
  
• 大板 2560组成：
  

1.4 电源

1. 三种供电方式

• USB供电 5VDC
• 电源插座 7-12VDC
• Vin引脚 7-12VDC

2. 输入输出、开发板引脚序号
   
   

2. Arduino软件开发流程

准备开发套件：

• 开源电路板Arduino
• USB下载开发Cable A to B
• 一台计算机
• 软件开发工具Arduino IDE

2.1 明确接口函数

• Arduino IDE对数据类型和main()函数进行封装，在该函数中形成了两个接口函数setup()和loop()。
  • 首先执行setup()，多用于设置引脚和初始化
  • setup()执行后，loop()不断地循环执行该函数体内的语句

2.2 连接板子

• 用USB数据线【USB数据线兼有供电和数据通讯的功能】将Mega2560板与电脑的USB口相连接，连线后电源指示灯点亮(绿色)

2.3 打开项目【或者自己编程序】

• Arduino IDE中封装大量示例代码，在软件库中选择所需要的代码，在下拉菜单中点击文件（File）— 示例（Examples）— 0.1Basics — Blink，打开LED闪烁样例。也可以点击文件（File）— 打开（Open），选择好编辑好的后缀为.ino的源文件

2.4 选择板子类型

• 点击工具（Tools）— 开发板（Board），在开发板列表中单击选中Mega2560
  

2.5 选择通讯端口

• 点击工具（Tools） — 端口（Serial Port）菜单，选择开发板的通讯端口（COM1 和 COM2 通常是硬件串口的保留端口）。
• 断开连接后消失的那个串口即是Arduino板的映射串口。
  

2.6 下载程序

• 点击程序中右箭头（下图所示）的按钮，等待几秒，看到板子RX和TX指示灯在闪烁。
• 若下载成功，状态栏会出现Done uploading的提示
• 若编译错误，则需要修改程序
  

2.7. 编写程序代码——程序架构

• 根前面所讲，setup()首先执行，且仅执行一次，来设置引脚和初始化等准备工作，接着loop()不断执行该函数体的语句，执行完后又回到第2.2继续循环

3. 较常用的封装函数

在C/C++的基础上，封装库提供了丰富的函数，可以直接对数字或者模拟引脚进行操作

3.1 pinMode(pin, mode) 函数

• pinMode为引脚模式，设置数字引脚方向为输入或输出
• 参数1pin为引脚号0 ~ 13(大板的话为0 ~ 53) 【用为对哪个引脚进行定义】
• 参数2mode 为INPUT、INPUT PULLUP 或 OUTPUT 三者之一

  eg:
  - pinMode(13, OUTPUT); //数字13口定义为输出
  - pinMode(8, INPUT); //数字8口定义为输入
  - pinMode(9, INPUT_PULLUP); //数字9口定义成输入，内部上拉电阻

3.2 digitalWrite(pin, value) 函数

• digitalWrite 为开关输出操作，设置数字引脚的输出值，将某引脚中赋成高电平或低电平
• 参数1pin依旧为引脚号0 ~ 13(大板的话为0 ~ 53) 【用为对哪个引脚进行定义】
• 参数2value为HIGH或LOW【若输出连接为灯的话，value决定于灯的亮灭】

eg:
digitalWrite(13, HIGH); //数字13口输出为高电平

3.3 digitalRead(pin) 函数

• digitalRead为开关量输入操作，读取数字引脚的输入值
• 参数pin为引脚号
• value为HIGH或LOW

eg:
digitalRead(8); //从数字8读取信号，返回值为HIGH或LOW

3.4 analogWrite(pin, value)函数

• analogWrite 为模拟量输出操作，当某些特定的数字引脚作为PWM（模拟量输出）时，设置PWM的输出值
• UNO pin为3，5，6，9，10，11【6路】
• 2560 pin为2 ~ 13【15路】
• value 为0 ~ 255，输出的模拟电压与value成正比【8位DA，0 ~ 5V表示为0 ~ 255】

eg: analogWrite(3, 127); // 从模拟口3引脚输出127

3.5 analogRead(pin)函数

• analogRead 为读取操作，读取模拟引脚的输入值
• pin为A0 ~ A5（A15），返回值为0 ~ 1023（10位AD，0 ~ 5V表示为0 ~ 1023）

eg: analogRead(A0); //从模拟口A0读取数据

3.6 delay(ms) 函数

• delay(ms) 为延时函数【单位ms】

eg: delay(1000); // 延时1000毫秒【即为1s】

3.7 delayMicroseconds(us) 函数

• deayMicroseconds(us) 为更加精确的延时函数【单位us】

eg: delayMicroseconds(500); // 延迟500微秒【即为0.5ms】

4. 嵌入式技术基础实验平台

最上排的引脚，右侧写G【GND的简写】，指0V，中间一排的引脚，最右侧写着V【VCC的简写】，指5V；最下排是数字引脚，最右侧为S【signal简写】，靠编号进行区分。

5. 注意事项

6. 点亮三色灯arduino代码示例

核心：通过高低电平控制灯的亮灭

int ledPin = 13; //定义一个名为ledPin的引脚，方便可读
void setup(){
	pinMode(ledPin, OUTPUT); //定义引脚ledPIn为输出
}
void loop(){
	digitalWrite(ledPin, HIGH); //将ledPin变为高电平--->灯发亮
	delay(1000); //延迟1s,保持发亮状态
	digitalWrite(ledPin, LOW); //将ledPin变为低电平--->灯熄灭
	delay(1000); //延迟1s，保持熄灭状态
	//以此循环，灯处在亮暗交替的 状态
}