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Arduino与单片机区别,及Arduino入门教程

strongerHuang 嵌入式专栏 2022-05-20

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编排 | strongerHuang

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搞单片机的读者都应该听说过Arduino,或者用过Arduino,但很多小伙伴还是不清楚究竟什么是Arduino,今天就针对初学者简单描述一下 Arduino 相关内容。

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初识Arduino
要了解Arduino就先要了解什么是单片机,Arduino平台的基础其实就是AVR指令集的单片机。


1、什么是单片机?

一台能够工作的计算机包含以下几个部份:中央处理单元CPU(进行运算、控制)、随机存储器RAM(数据存储)、存储器ROM(程序存储)、输入/输出设备I/O(串行口、并行输出口等)。在个人计算机(PC)上这些部份被分成若干块芯片,安装在一个被称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中,这些部份全部被做到一块集成电路芯片中了,所以就称为单片(单芯片)机,而且有一些单片机中除了上述部份外,还集成了其它部份如模拟量/数字量转换(A/D)和数字量/模拟量转换(D/A)等。


2、单片机有什么用?

所谓杀鸡焉用牛刀,并不是任何场合都需要很高的性能。想象一个使用Intel i7处理器的声控灯,其性价比一定低到突破天际了。应用的关键是看是否够用,是否有很好的性能价格比,于是单片机很好地填补了这个缝隙。


回过头来,那什么是Arduino?

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(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)。它适用于艺术家、设计师、爱好者和任何“想捣腾”的朋友们。特点就是形状简单,能够实现与人互动,十岁的孩子也能用它做出一些自己想要的东西。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境,通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序,编译成二进制文件,收录进微控制器。基于Arduino的项目,可以只包含Arduino,还可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件,他们之间进行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)来实现。


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Arduino种类
市面上可供选择的Arduino板实在太多了,撇开原厂那十几个不说,光某宝上多如牛毛的各式Arduino就有上万种,对于入门者来说简直惨无人道。选择一块合适项目的Arduino是成功的一半,下面我们一起看下最常见的Arduino板以及如何区分它们。
Arduino Mega

要区分这么多板子,挑选合适的Arduino,主要看以下三个方面:性能、特性以及尺寸。


首先看性能。即处理器内存、时钟频率以及位宽。硬件处理能力通常完全取决于这块板子的芯片,同时芯片也限制了能够运行的软件。

其次看特性。包括所有板子上除微处理器之外的所有东西,例如输入/输出针脚,集成元器件(按钮、LED、电机驱动等)以及可用接口的种类和数量(USB、以太网等)。

最后看尺寸。由于项目性质不同,其留给电子部分的体积和重量也大相径庭。例如要给狗狗做一个追踪器,如果使用Mega和电池盒加上扩展板,至少也得有10*5*5cm大小,200g重,敢问这是追踪器还是沙袋?正因为如此Arduino才有如此多的兄弟姐妹们。


说了那么多,来看看有哪些主流的Arduino吧。


1.Arduino Uno

处理器: ATmega328 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2KB SRAM, 32KB 闪存)

特性: 14 个数字 I/O 口, 6 个模拟输入口, 可更换处理器设计

尺寸: 75 x 55mm

价格: $30


2.Arduino Leonardo

处理器: ATmega32u4 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2.5KB SRAM, 32KB 闪存)

特性: 20 个数字 I/O 口, 其中12 个可作为模拟口, 原生支持USB

尺寸: 75 x 55mm

价格: $25


3.Arduino Due

处理器: Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 (32 位 CPU, 84MHz 时钟频率, 96KB SRAM, 512KB 闪存)

特性: 54 个数字 I/O 口, 12 个模拟输入口, 2 个模拟输出口, 原生USB支持

尺寸: 100 x 55mm

价格: $50


4.Arduino Micro

处理器: ATmega32u4 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2.5KB SRAM, 32KB 闪存)

特性: 20 个数字 I/O 口, 其中12 个可作为模拟口, 原生支持USB

尺寸: 50 x 18 mm

价格: $27


5.LilyPad Arduino

处理器: ATmega328 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2KB SRAM, 32KB 闪存)

特性: 14 个数字 I/O口, 6 个模拟输入口

尺寸: 50mm 直径圆形

价格: $22


当然,还有很多,这里就不一一列出来了,感兴趣的可以自己了解。

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3

Arduino编译环境下载安装
下载地址:
 https://www.arduino.cc/en/Main/Software


三大主流操作系统 Windows、 Mac、 Linux都支持,可更加自己情况选择下载。

安装的过程,这里就不一一讲述,基本上都一路“Next”下去就行。如果不会安装,我觉得你是一个不合格的开发者。

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4

认识Arduino IDE
这次小实验目的就是在Arduino UNO板上点亮13号引脚的LED灯,持续一秒,然后灭掉,再持续一秒,一直循环。


现在,我们假设使用的是Arduino UNO型号的控制板(初学者建议用UNO,稳定),而且按照上面步骤也已经部署好了Arduino开发环境,安装好USB驱动。


1.连接Arduino控制板和电脑

将USB线一端插在Arduino控制板上,一端插在电脑的USB接口上。(注意:独立工作时Arduino控制板既可以选择从USB供电, 也可以选择用充电宝或电源适配器供电)


连接Arduino控制板和电脑


打开Arudino IDE,就会出现Arduino IDE的编辑界面


2.认识Arduino IDE

我们先简单认识一下Arduino的这个编译器,以后可是要经常和它打交道的。


Arduino IDE是Arduino产品的软件编辑环境。简单的说就是用来写代码、下载代码的地方。


任何的Arduino产品都需要下载代码后才能运作。


我们所搭建的硬件电路是辅助代码来完成的,两者是缺一不可的。如同人通过大脑来控制肢体活动是一个道理。如果代码就是大脑的话,外围硬件就是肢体,肢体的活动取决于大脑,所以硬件实现取决于代码。


Arduino IDE基本的功能区已经在上面标示出来了(偷个懒用的旧图,不过和新版的布局一样的),上图大部分的白色区域就是代码的编辑区,用来输入代码的。注意,输入代码时,要切换到英文输入法的模式。下面黑色的区域是消息提示区,会显示编译或者下载是否通过。


3.下载一个Blink程序

下载一个最简单的代码,既可以帮我们熟悉如何下载程序,同时也测试下板子好坏。


UNO板上标有L的LED。这段测试代码就是让这个LED灯闪烁。


4.打开Blink

插上USB线,打开Arduino IDE后,找到“Blink”代码。

文件 > 示例 > 01.Basics > Blink


5.校验程序

通常,写完一段代码后,我们都需要校验一下,看看代码有没有错误。点击“校验”。


校验(编译)完成后,可以看到相应的提示。


由于是样例代码,所以校验不会有错误,不过在以后写代码的过程中,输入完代码,都需要校验一下,然后再下载到Arduino中。


程序在下载之前,我们还要先告诉Arduino IDE,我们用的是什么板子以及相应的串口是哪个。


6.设置板卡型号

Arduino包括多种版本的主控器,其中比较常见的是Uno、Leonardo以及Mega系列的控制器(最全选型指南)。


在板子一栏,你需要根据自己选择的主控硬件的固件类型来选择板卡。(样例中选用的以Uno为bootloader的控制器) 工具 > 板卡 > Arduino Uno


7.设置串口

工具 > 串口 > xx,这里的xx要和我们电脑设备管理器中看到的一致。


8.下载程序

如图,最后,点击“上传”。(这边上传和前面的下载其实是一个意思)

上传完毕!


不出意外,我们就能在板子上直观地看到程序运行的效果了:


Adruino Uno板上13号引脚的LED灯在闪烁。


好了,IDE最最基本的操作就是这些了。


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