Arduino的入門

Arduino是一個開放源代碼的電子原型開發(fā)平臺，它是世界上最受歡迎的平臺之一-Raspberry Pi可能除外。已經(jīng)售出了超過300萬個單位（并且以第三方克隆設備的形式售出了更多單位）：為何如此好？您能用它做什么？

什么是Arduino？

Arduino基于易于使用，靈活，硬件和軟件的基礎。它是為藝術(shù)家，設計師，工程師，業(yè)余愛好者以及對可編程電子產(chǎn)品最不感興趣的任何人而設計的。

Arduino通過讀取各種按鈕的數(shù)據(jù)來感知環(huán)境，組件和傳感器。它們可以通過控制LED，電機，伺服，繼電器等來影響環(huán)境。

Arduino項目可以是獨立的，也可以與計算機上運行的軟件進行通信（處理是最受歡迎的軟件）。他們可以與其他Arduino，Raspberry Pi，NodeMCU或幾乎其他任何設備交談。請務必閱讀我們對5美元微控制器的比較，以全面比較這些微控制器之間的差異。

您可能會問，為什么選擇Arduino？ Arduino確實簡化了構(gòu)建可編程電子項目的過程，使其成為初學者的絕佳平臺。您無需任何電子經(jīng)驗即可輕松開始工作。有成千上萬的教程可用，而且這些教程的難度很大，因此一旦掌握了基礎知識，您肯定會遇到挑戰(zhàn)。

除了Arduino的簡單性之外，它還便宜，跨平臺且開放資源。 Arduino Uno（最受歡迎的型號）基于Atmel的ATMEGA 16U2微控制器。產(chǎn)生了許多不同的模型，它們的大小，功率和規(guī)格各不相同，因此請查看我們的購買指南以了解所有差異。

電路板的計劃是根據(jù)知識共享許可發(fā)布的，因此經(jīng)驗豐富的業(yè)余愛好者和其他制造商可以自由制作自己的Arduino版本，有可能對其進行擴展和改進（或者直接復制它，從而導致我們今天發(fā)現(xiàn)的低成本Arduino板激增）。

您可以使用Arduino做什么？

Arduino可以完成很多事情。它們是大多數(shù)3D打印機的首選大腦。它們的低成本和易用性意味著成千上萬的制造商，設計師，黑客和創(chuàng)作者都做出了驚人的項目。以下是我們在MakeUseOf上所做的一些Arduino項目：

自定義快捷按鈕

電子D20模具

激光轉(zhuǎn)塔

Midi控制器

帶有OLED顯示屏的復古游戲

交通燈控制器

Arduino的內(nèi)部是什么？

盡管有許多不同類型的Arduino板可用，但本手冊重點介紹 Arduino Uno 模型。這是周圍最受歡迎的Arduino開發(fā)板。那么，是什么使這件事打勾？規(guī)格如下：

處理器： 16 Mhz ATmega16U2

閃存： 32KB

Ram： 2KB

工作電壓： 5V

輸入電壓： 7-12V

模擬輸入數(shù)量： 6

數(shù)字I/O數(shù)量： 14（其中6個為脈沖寬度調(diào)制- PWM ）

與您的臺式計算機相比，這些規(guī)范似乎有些垃圾，但請記住，Arduino是嵌入式設備，要處理的信息比您的要少桌面。

Arduino的另一個出色功能是能夠使用所謂的“屏蔽”或附加板。盡管本手冊中沒有介紹屏蔽，但是它們是擴展Arduino特性和功能的一種非常簡潔的方法。

本指南的需要

在您下面將找到本初學者指南所需的組件的購物清單。所有這些組件的總價應低于$ 50。此清單應足以使您對基本電子學有很好的理解，并具有足夠的組件來使用此版本或任何其他Arduino指南來構(gòu)建一些非?？岬捻椖俊Ｈ绻幌脒x擇每個組件，則可以考慮購買入門套件。

1 x Arduino Uno

1 x USB AB電纜（

1 x面包板

2 x LEDs

1 x光電電阻

1 x觸覺開關(guān)

1 x壓電揚聲器

1 x 220歐姆電阻

1 x 10k歐姆電阻

1 x 1k歐姆電阻

1 x跨接線套件

如果您無法獲得特定的電阻值，則通常盡可能靠近電阻器即可正常工作。

電氣組件概述

讓我們看看所有這些組件的確切含義，它們的功能以及它們的外觀。

面包板

用于原型設計電子電路，它們提供了將組件連接在一起的臨時手段。面包板是帶有孔的塑料塊，可將電線插入其中?？着懦尚?，每組五個。當您想重新布置電路時，將電線或零件從孔中拉出并移動。許多面包板在板的長度上沿側(cè)面分布有兩組或四組孔，并且全部連接在一起，這些孔通常用于配電，并可能用紅線和藍線標記。

電路板非常適合快速生產(chǎn)電路。對于大型電路，它們可能會變得非常凌亂，而便宜的模型可能會非常不可靠，因此值得花更多錢在一個好的電路上。

LED

LED代表發(fā)光二極管。它們是非常便宜的光源，并且可以非常明亮-尤其是組合在一起時。它們可以以多種顏色購買，不會變熱，并且使用壽命很長。您的電視，汽車儀表板或飛利浦Hue燈泡中可能有LED。

您的Arduino微控制器的引腳上也有內(nèi)置LED。 13，通常用于指示操作或事件，或僅用于測試。

光電電阻器

光電電阻器（ p hotocell 或 Light Dependent Resistor （光敏電阻器）允許您的Arduino測量光的變化。例如，您可以使用它在白天時打開計算機。

觸覺開關(guān)

觸覺開關(guān)基本上是一個按鈕。按下它將完成電路，并且（通常）從0V變?yōu)? 5V。 Arduino可以檢測到此更改，并做出相應的響應。這些通常是瞬間-意味著只有在您按住它們時才“按下”它們。一旦放開，它們就會恢復為默認狀態(tài)（“未按下”或“關(guān)閉”）。

壓電揚聲器

壓電揚聲器是一種很小的小揚聲器，可以通過電信號產(chǎn)生聲音。它們通常很刺耳，聲音很小，聽起來并不像真正的揚聲器。也就是說，它們非常便宜，并且易于編程。我們的Buzz Wire游戲使用一種方式播放Monty Python“ Flying Circus”主題曲。

電阻器

電阻器限制電流。它們是非常便宜的組件，是業(yè)余和專業(yè)電子電路的必備組件。幾乎總是需要它們來保護組件免于過載。如果Arduino + 5V直接連接到地面，也需要防止短路。簡而言之：非常方便并且絕對必要。

跳線

跳線用于在面包板上的組件之間創(chuàng)建臨時連接。

設置Arduino

在開始任何項目之前，您需要獲取自己的Arduino與您的計算機對話。這樣一來，您就可以編寫和編譯Arduino的代碼以執(zhí)行，并為Arduino的計算機提供一種工作方式。

在Windows上安裝Arduino軟件包

前往Arduino網(wǎng)站并下載適用于您的Windows版本的Arduino軟件版本。下載后，請按照說明安裝Arduino 集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。

該安裝包括驅(qū)動程序，因此從理論上講，您應該馬上就走。如果由于某種原因失敗，請嘗試以下步驟以手動安裝驅(qū)動程序：

將其插入板中，然后等待Windows開始其驅(qū)動程序安裝過程。片刻之后，盡管已盡了最大努力，該過程仍將失敗。

單擊開始菜單》 控制面板。

導航至系統(tǒng)和安全性》 系統(tǒng)。打開“系統(tǒng)”窗口后，打開設備管理器。

在端口（COM和LPT）下，您應該會看到一個名為的開放端口。 》 Arduino UNO（COMxx）。

右鍵單擊 Arduino UNO（COMxx）》 更新驅(qū)動程序軟件。

選擇瀏覽我的計算機以獲取驅(qū)動程序軟件。

導航并選擇位于的Uno驅(qū)動程序文件，名為 ArduinoUNO.inf 。 Arduino軟件下載的》 Drivers 文件夾。

Windows將在此處完成驅(qū)動程序的安裝。

在Mac OS上安裝Arduino軟件包

從Arduino網(wǎng)站下載Mac的Arduino軟件。提取 .zip 文件的內(nèi)容并運行該應用程序。您可以將其復制到應用程序文件夾中，但可以從桌面或下載文件夾中正常運行。您無需為Arduino UNO安裝任何其他驅(qū)動程序。

在Ubuntu/Linux軟件包上安裝Arduino軟件

安裝 gcc-avr 和 avr-libc ：

sudo apt-get install gcc-avr avr-libc

如果您沒有openjdk-6-已經(jīng)安裝了jre，則也要進行安裝和配置：

sudo apt-get install openjdk-6-jre

sudo update-alternatives --config java

如果安裝了多個安裝，請選擇正確的 JRE 。

訪問Arduino網(wǎng)站并下載適用于Linux的Arduino軟件。您可以 untar 并使用以下命令運行它：

tar xzvf arduino-x.x.x-linux64.tgz

cd arduino-1.0.1

。/arduino

無論您運行的是哪種操作系統(tǒng)，上面的說明假定您具有品牌的原裝Arduino Uno板。如果您購買了克隆，則幾乎可以肯定需要第三方驅(qū)動程序，才能通過USB識別開發(fā)板。

運行Arduino軟件

現(xiàn)在已安裝該軟件并且您的Arduino已設置，讓我們驗證一切是否正常。最簡單的方法是使用“ Blink”示例應用程序。

通過雙擊Arduino應用程序（在Linux上為 。/arduino ）打開Arduino軟件。確保主板連接到您的計算機，然后打開 LED閃爍示例草圖：文件》 示例》 1。 》 閃爍。您應該看到打開了該應用程序的代碼：

為了將此代碼上傳到Arduino，請在 Tools 》與您的模型相對應的 Board 菜單-在這種情況下為 Arduino Uno 。

從工具》 串行端口菜單中選擇主板的串行設備。在Windows上，這可能是 COM3 或更高版本。在Mac或Linux上，該文件應該包含/dev/tty.usbmodem 。

最后，單擊《您的環(huán)境左上方的strong》上傳按鈕。等待幾秒鐘，然后您應該會在Arduino上看到 RX 和 TX LED閃爍。如果上傳成功，則狀態(tài)欄中將顯示“完成上傳”消息。

上傳完成幾秒鐘后，您應該會在屏幕上看到 pin 13 LED板開始閃爍。恭喜你！您已經(jīng)啟動并運行了Arduino。

入門項目

現(xiàn)在您已經(jīng)了解了基礎知識，下面讓我們來看一些入門項目。

閃爍LED

您之前曾使用Arduino示例代碼來閃爍板載LED。該項目將使用面包板使外部LED閃爍。這是電路：

將LED的長腳（正極，稱為陽極）連接到 220歐姆電阻，然后連接到數(shù)字引腳7 。將短腳（負腳，稱為陰極）直接連接到接地（您可以選擇在其上具有GND的任何Arduino端口）。這是一個簡單的電路。 Arduino可以數(shù)字控制該引腳。打開該引腳將點亮LED，將其關(guān)閉將關(guān)閉LED。電阻是保護LED免受過多電流所必需的電阻-它會在沒有電阻的情況下燒毀。

這是您需要的代碼：

void setup（） {

// put your setup code here， to run once：

pinMode（7， OUTPUT）; // configure the pin as an output

}

void loop（） {

// put your main code here， to run repeatedly：

digitalWrite（7， HIGH）; // turn LED on

delay（1000）; // wait 1 second

digitalWrite（7， LOW）; // turn LED off

delay（1000）; // wait one second

}

此代碼可以完成幾件事：

void setup（）：每次啟動時，它都會由Arduino運行一次。在這里您可以配置變量以及Arduino需要運行的任何東西。

pinMode（7，OUTPUT）：：這告訴Arduino將這個引腳用作輸出，沒有此行，則是Arduino不知道該如何處理每個引腳。每個針只需配置一次，您只需要配置要使用的針即可。

void loop（）：此循環(huán)中的所有代碼都會反復運行再次，直到Arduino關(guān)閉。這可以使較大的項目變得更復雜，但對于簡單項目則效果非常好。

digitalWrite（7，HIGH）：用于設置引腳 HIGH 或低-打開或關(guān)閉。就像電燈開關(guān)一樣，當引腳為高電平時，LED點亮。當引腳為低電平時，LED將熄滅。在方括號內(nèi)，您需要指定一些其他信息才能使其正常工作。其他信息稱為參數(shù)或參數(shù)。

第一個（7）是引腳號。例如，如果您將LED連接到其他引腳，則可以將其從7更改為另一個數(shù)字。第二個參數(shù)必須是 HIGH （高）或 LOW （低），用于指定是打開還是關(guān)閉LED。

延遲（1000）：告訴Arduino等待指定的時間（以毫秒為單位）。 1000毫秒等于一秒，因此這將使Arduino等待一秒鐘。

一旦LED點亮一秒鐘，Arduino然后運行相同的代碼，只有它繼續(xù)轉(zhuǎn)動LED熄滅，然后再等待一秒鐘。此過程完成后，循環(huán)將再次開始，并且LED會再次打開。

挑戰(zhàn)：嘗試調(diào)整打開和關(guān)閉LED之間的時間延遲。你觀察到什么？如果將延遲設置為一個很小的數(shù)字（例如一兩個），會發(fā)生什么情況？您可以修改代碼和電路以使兩個 LED閃爍嗎？

添加按鈕

現(xiàn)在您的LED正常工作了，讓我們?yōu)槟陌粹o添加一個按鈕電路：

連接按鈕，以便橋接面包板中間的通道。將右上支腿連接到 Pin 4 。將右下支腳連接到 10k Ohm 電阻，然后連接到接地。將左下方腿連接到 5V 。

您可能想知道為什么一個簡單的按鈕需要一個電阻。這有兩個目的。它是一個下拉電阻器—將該引腳接地。這樣可確保不會檢測到任何虛假值，并防止未按時按下按鈕的Arduino 思考。該電阻器的第二個用途是作為電流限制器。沒有它，5V將會直接進入地面，魔煙將被釋放，而您的Arduino將會死亡。這被稱為短路，因此使用電阻器可以防止這種情況發(fā)生。

當未按下按鈕時，Arduino會檢測到接地（引腳4 》 電阻器》 接地）。當您按下按鈕時，5V接地。 Arduino的第4針可以檢測到這種變化，因為第4針現(xiàn)在已經(jīng)從接地變?yōu)?V；

下面是代碼：

boolean buttonOn = false; // store the button state

void setup（） {

// put your setup code here， to run once：

pinMode（7， OUTPUT）; // configure the LED as an output

pinMode（4， INPUT）; // configure the button as an input

}

void loop（） {

// put your main code here， to run repeatedly：

if（digitalRead（4）） {

delay（25）;

if（digitalRead（4）） {

// if button was pressed （and was not a spurious signal）

if（buttonOn）

// toggle button state

buttonOn = false;

else

buttonOn = true;

delay（500）; // wait 0.5s -- don‘t run the code multiple times

}

}

if（buttonOn）

digitalWrite（7， LOW）; // turn LED off

else

digitalWrite（7， HIGH）; // turn LED on

}

此代碼基于您在上一節(jié)中學到了什么。您使用的硬件按鈕是瞬時操作。這意味著它只有在按住時才能工作。替代方法是鎖定操作。就像您的電燈或插座開關(guān)一樣，按一次打開，再按一次關(guān)閉。幸運的是，閂鎖行為可以用代碼實現(xiàn)。以下是其他代碼的作用：

布爾型按鈕打開=否：該變量用于存儲按鈕的狀態(tài)-開或關(guān)，高或低。它的默認值為false。

pinMode（4，INPUT）：與LED所用的代碼非常相似，此行告訴Arduino您已將輸入（您的按鈕）連接到引腳4。

if（digitalRead（4））：與 digitalWrite（）類似， digitalRead（）用于讀取引腳的狀態(tài)。您需要為其提供一個引腳號（按鈕上為4）。

按下按鈕后，Arduino將等待25ms并再次檢查該按鈕。這稱為軟件反跳。這樣可以確保Arduino認為是按下按鈕，確實是按下按鈕，而不是噪音。您不必執(zhí)行此操作，并且在大多數(shù)情況下，沒有它，一切都會很好地進行。最好是一種最佳做法。

如果Arduino確定您確實確實按下了按鈕，那么它將更改 buttonOn 變量的值。這將切換狀態(tài)：

ButtonOn為true：設置為false。

ButtonOn為false：設置為true。

最后，根據(jù) buttonOn 中存儲的狀態(tài)關(guān)閉LED。

光傳感器

讓我們進入高級項目。該項目將使用光敏電阻器（LDR）來測量可用光量。然后，Arduino會告訴您的計算機有關(guān)當前光照水平的有用信息。

這是電路：

因為LDR是一個電阻的類型，無論其放置方式如何都無所謂-它們沒有極性。將 5V 連接到LDR的一側(cè)。通過 1k Ohm 電阻將另一端連接到接地。還將這一側(cè)連接到模擬輸入0 。

此電阻器充當下拉電阻器，就像以前的項目一樣。因為LDR是模擬設備，所以需要一個模擬引腳，并且這些引腳包含用于精確讀取模擬硬件的特殊電路。

以下是代碼：

int light = 0; // store the current light value

void setup（） {

// put your setup code here， to run once：

Serial.begin（9600）; //configure serial to talk to computer

}

void loop（） {

// put your main code here， to run repeatedly：

light = analogRead（A0）; // read and save value from LDR

//tell computer the light level

if（light 《 100） {

Serial.println（“It is quite light！”）;

}

else if（light 》 100 && light 《 400） {

Serial.println（“It is average light！”）;

}

else {

Serial.println（“It is pretty dark！”）;

}

delay（500）; // don’t spam the computer！

}

這段代碼做了一些新的事情：

Serial.begin（9600）：這告訴Arduino您要以9600的速率通過串行通信。準備為此所需的一切。速率并不重要，但是您的Arduino和計算機都需要使用相同的速率。

analogRead（A0）：用于讀取LDR的值。較低的值表示有更多的可用光。

Serial.println（）：用于將文本寫入串行接口。

簡單的 if 語句會根據(jù)可用的指示燈向您的計算機發(fā)送不同的字符串（文本）。

上傳此代碼并保持USB電纜連接（這就是Arduino的通信方式以及電源的來源） ）。打開串行監(jiān)視器（右上》 串行監(jiān)視器），您應該看到消息每0.5秒到達一次。

您會看到什么？如果覆蓋LDR或在LDR上照亮，會發(fā)生什么情況？您可以修改代碼以通過串行打印LDR的值嗎？

發(fā)出一些噪音

該項目使用壓電揚聲器發(fā)出聲音。電路如下：

注意到任何熟悉的東西嗎？該電路幾乎與LED項目完全相同。壓電是非常簡單的組件-在發(fā)出電信號時它們會發(fā)出聲音。通過 220歐姆電阻將正極支路連接到數(shù)字 pin 9 。將負極分支連接到接地。

下面是代碼，對于這個項目非常簡單：

void setup（） {

// put your setup code here， to run once：

pinMode（9， OUTPUT）; // configure piezo as output

}

void loop（） {

// put your main code here， to run repeatedly：

tone（9， 1000）; // make piezo buzz

delay（1000）; // wait 1s

noTone（9）; // stop sound

delay（1000）; // wait 1s

}

這里只有一些新的代碼功能：

音調(diào)（9、1000）：這使壓電體產(chǎn)生聲音。它有兩個參數(shù)。第一個是要使用的引腳，第二個是音調(diào)的頻率。

noTone（9）：這將停止在提供的引腳上產(chǎn)生任何聲音。

嘗試更改此代碼以產(chǎn)生不同的頻率。將延遲更改為1ms-您會注意到什么？

從這里去哪里

如您所見，Arduino是進入電子產(chǎn)品和軟件的簡便方法。它是初學者最好的微控制器之一。希望您已經(jīng)看到，使用Arduino構(gòu)建簡單的電子項目很容易。了解基本項目后，您可以構(gòu)建更復雜的項目：

創(chuàng)建圣誕燈飾

Arduino Shields來增強項目的能力

構(gòu)建您的項目自己的Arduino乒乓游戲

將Arduino連接到互聯(lián)網(wǎng)

使用Arduino創(chuàng)建家庭自動化系統(tǒng)

責任編輯：wv