開源硬件Arduino UNO的原理與應(yīng)用

孫宏偉 肖正洪

摘 要：Arduino是源于意大利的一個開放源代碼的硬件平臺，基于單片機系統(tǒng)開發(fā)，具有使用簡單、功能多樣等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于互動產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。文中介紹了Arduino UNO的資源、開發(fā)環(huán)境、程序語法的主要結(jié)構(gòu)，并通過具體實例說明其使用方法。

關(guān)鍵詞：開源硬件；Arduino UNO；創(chuàng)新設(shè)計

Arduino是源于意大利的一個開放源代碼的硬件平臺，該平臺包括一塊具備簡單I/O功能的電路板以及一套程序開發(fā)環(huán)境軟件。Arduino可以用來開發(fā)交互產(chǎn)品，比如它可以讀取大量的開關(guān)和傳感器信號，并且可以控制電燈、電機和其他各式各樣的物理設(shè)備；Arduino也可以開發(fā)出與PC相連的周邊裝置，能在運行時與PC上的軟件進行通信。Arduino的硬件電路板可以自行焊接組裝，而程序開發(fā)環(huán)境的軟件則可以從網(wǎng)上下載。由于Arduino具有高度的模塊化特點，因此有時叫它“電子積木”。UNO在意大利文中的意思為“1”。Arduino UNO硬件尺寸皆同于舊版，主要核心還是ATMEGA328，與之前版本的最大差異在于USB to Serial芯片的使用，這帶來的好處是價格降低了，更主要的是使得Arduino UNO在PC端可以顯示為一個USB設(shè)備。Arduino UNO的實物圖，如圖1-1所示。

一、Arduino UNO的資源

Arduino UNO 具有14個數(shù)字I/O口（其中6個可提供PWM輸出），6個模擬I/O口，一個復(fù)位開關(guān)，一個ICSP下載口，支持USB接口，可通過USB接口供電，也可以使用單獨的電源供電。Arduino UNO的資源如圖1-2所示。

二、Arduino UNO的開發(fā)環(huán)境

Arduino UNO的開發(fā)環(huán)境是以AVR-GCC和其他一些開源軟件為基礎(chǔ)，采用JAVA編寫的，軟件無需安裝，下載完成解壓縮后就可以直接打開使用了。當把程序上傳到Arduino UNO時，它會自動把代碼轉(zhuǎn)換成C語言，再傳給AVR-GCC編譯器，然后把代碼最終編譯成微處理器能明白的指令。這些都是Arduino UNO很重要的一部分，因為它隱藏了復(fù)雜的編譯過程，讓使用者以盡可能簡單的方式去控制微處理器。圖1-3所示的就是Arduino UNO開發(fā)環(huán)境的主界面，中間的白色區(qū)域就是程序編輯區(qū)，下方的黑色區(qū)域為信息提示區(qū)。

除了一般熟悉的下拉式菜單外，Arduino UNO也提供了幾個快捷鍵，具體功能如下：

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三、Arduino UNO程序語法的主要結(jié)構(gòu)

Arduino UNO的程序語法結(jié)構(gòu)必須包含以下兩個函數(shù)：setup（ ）與loop（ ）。setup（ ）在程序流程中只會執(zhí)行一次，所以用于定義所有需要設(shè)定、初始化的參數(shù)和函數(shù)，或是引腳功能的指定，都會在這部分先定義完成。loop（ ）是主程序的執(zhí)行內(nèi)容，只要電源不中斷，函數(shù)內(nèi)的程序就會一直執(zhí)行。

四、應(yīng)用

Arduino UNO的開發(fā)環(huán)境方便且簡單易懂，所以在互動產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計等方面應(yīng)用較多，本文通過控制LED閃爍的例子來說Arduino UNO的使用，由于在 Arduino UNO板的13號引腳上已經(jīng)待了一個LED燈，我們就可以不用進行外接元件及連線。直接編寫程序，如下所示。

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程序編寫完成后，點按鈕■實現(xiàn)程序的編譯，在狀態(tài)欄會提示程序編譯完成，信息提示區(qū)會顯示程序編譯完成后的大小。編譯完成后點擊上傳按鈕■，上傳完成后狀態(tài)欄會有上傳成功的提示?？梢杂^察到Arduino UNO控制板上LED燈亮一秒，滅一秒，如此往復(fù)。

參考文獻：

[1]孫駿榮.Arduino一試就上手[M].北京：科學出版社，2012.

[2]Massimo Banzi.愛上Arduino[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3]楊繼志.基于Arduino的網(wǎng)絡(luò)互動產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2012，（01）.