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Ardunio 简介
Arduino 是一款比较流行的开源硬件，相对于传统的硬件平台，Arduino所具有的优势就是采用 Creative Commons 许可。 Creative Commons（CC）是为保护开放版权行为而出现的类似GPL的一种许可（license）。在 Creative Commons许 可下，任何人都被允许生产电路板的复制品，还能重新设计，甚至销售原设计的复制品。Ardunio 其实是包含硬件部分（各种型号的Arduino板）和软件部分（Arduino IDE)。
Arduino板
Ardunio 开发板众多，仅主板就有各种系列，还有各种对应扩展板和传感器。Ardunio 基本都是采用 Atmel 公司的16位及32位芯片。下面是几款主要的Ardunio 发板：
Arduino Uno
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DJt2PEX4-1692202517595)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2-1.jpg)]
广受青睐的 Arduino Uno 开发板是以 ATmega328 MCU 控制器为基础。而 ATmega328 是一款低功耗，高性能的 AVR® 8位微处理器，这款芯片采用的是精简指令集计算机（RISC）架构，4/8/16/32K
字节系统内可编程闪存。Arduino Uno 开发板所具有的特性都是来自于 ATmega328 这款芯片。更多特性可以查看 ATmega328官方数据手册。
Arduino Nano
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rS90kwy1-1692202517596)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2-9.jpg)]
Arduino Nano 是一款基于 ATmega328(Arduino Nano 3.x) 或 ATmega168(Arduino Nano2.x)的开发卡，体积小巧、功能全面且适用于电路板。
Arduino Due
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-r1kosiA3-1692202517597)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2-3.jpg)]
与前两款不同，Arduino Due 是基于 ATSAM3X8EA 芯片。而 ATSAM3X8EA 是32位 ARM Cortex-M3 RISC 处理器，Cortex－M3 处理器采用 ARMv7-M 架构。更多细节可以查看ATSAM3X8EA.
Arduino Mega(2560)
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rRQed9oD-1692202517597)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2-6.jpg)]
Arduino Mega 采用 ATmega2560 作为核心处理器。ATmega2560 是一款256K字节系统内可编程闪存的微处理器，这里不再做过多介绍，更多内容可以看数据手册
Arduino Zero
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LkRsRD9o-1692202517598)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2-11.png)]
Arduino Zero 采用的 SAMD21 作为主控制器，而SAMD21 是32位ARM Cortex M0+ 内核，CortexM0 其核心架构为 ARMv6M，关于 ARM 架构会在 ARM 章节进行讲解。Arduino Zero 是 Atmel 与 Arduino 合作推出 Zero 开发板，它是一款简洁、优雅、功能强大的32位平台扩展板。附上SAMD20手册
Arduino Yún
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7bM4CS7F-1692202517598)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2-4.jpg)]
ArduinoYún的比较独特，采用了 ATmega32U4 处理器，同时还带有 AtherosAR9331（wifi模块），而主芯片则和 Arduino Leonardo 相同。不同的是Yún板具备内置以太网和Wi-Fi支持器，Yún还可以与板上Linux分配通信，Arduino带来了功能强大的联网计算机。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LPwkzfzf-1692202517598)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2-13.png)]
以上是 Ardunio 的系列产品，除此之外还有很多已经废弃的产品，更多 Ardunio 产品看查看Arduino Products
Ardunio IDE
Ardunio IDE 同时支持 windows、linux、mac 三种平台，适用于任何 Ardunio 板。具体安装和使用方法可以参照官方Getting Started with Arduino， Ardunio IDE 提供了自己特有的语法.很多人喜欢用 Sublime Text ，没有关系，安装 Ardunio 的插件，和 Ardunio IDE 具有的功能类似。以下是 Ardunio IDE 的界面：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MIEkoTA1-1692202517599)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2-12.png)]
1. 软件安装及教程资源链接
Windows软件下载
Mac os软件下载
驱动安装方法
Arduino教程汇总
Arduino官网
2. Arduino语言
-
Arduino使用C/C++编写程序，虽然C++兼容C语言，但这是两种语言，C语言是一种面向过程的编程语言，C++是一种面向对象的编程语言。早期的Arduino核心库使用C语言编写，后来引进了面向对象的思想，目前最新的Arduino核心库采用C与C++混合编写而成。
-
传统开发方式中，你需要厘清每个寄存器的意义及之间的关系，然后通过配置多个寄存器来达到目的。 而在Arduino中，使用了清楚明了的API替代繁杂的寄存器配置过程，如以下代码：
pinMode(13,OUTPUT);digitalwrite(13,HIGH)，pinMode(13,OUTPUT)即是设置引脚的模式，这里设定了13脚为输出模式；而digitalWrite(13,HIGH)是让13脚输出高电平数字信号。 -
如果你使用过C/C++语言，你会发现Arduino的程序结构与传统的C/C++结构的不同——Arduino程序中没有main函数。 其实并不是Arduino没有main函数，而是main函数的定义隐藏在了Arduino的核心库文件中。Arduino开发一般不直接操作main函数，而是使用
setup()和loop()这个两个函 数。Arduino控制器通电或复位后，即会开始执行
setup()函数中的程序，该部分只会执行一次。 通常我们会在setup()函数中完成Arduino的初始化设置，如配置I/O口状态，初始化串口等操作。在
setup()函数中的程序执行完后，Arduino会接着执行loop()函数中的程序。而loop()函数是一个死循环，其中的程序会不断的重复运行。 通常我们会在loop()函数中完成程序的主要功能，如驱动各种模块，采集数据等。 -
C/C++编程基础（补充）
常量定义：const 类型 常量名 = 常量值 布尔型变量，即boolean。它的值只有两个：false（假）和true（真）。boolean会占用1个字节的内存空间。
3. 示例总结
io
// LED 延时 闪烁=================
#define LED_ONE 13
void setup() {
pinMode(LED_ONE, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(LED_ONE, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(LED_ONE, LOW);
delay(500);
}
// pwm 呼吸灯======================
#define LED_ONE 11 //具有pwm功能
int val = 0;
int change = 5;
void setup()
{
pinMode(LED_ONE, OUTPUT);
}
void loop()
{
val += change;
if (val > 250 || val < 5) {
change *= -1;
}
analogWrite(LED_ONE, val); // 0~255/255 * 5v
delay(100);
}
//========面对对象编程===========================
// led.h ==================
#ifndef LED_H
#define LED_H
#define LED_ONE 3 // 端口
#define LED_TWO 11
class Led{
int ledPin;
long onTime; // 点亮时间
long offTime;
public:
Led(int pin, long on, long off);// 类构造函数
void blinkLed();
void turnOn();
void turnOff();
};
#endif
// led.cpp ==================
#include "Arduino.h"
#include "led.h"
// 类构造函数====
Led::Led(int pin, long on, long off) {
ledPin = pin;
pinMode(ledPin, OUTPUT);
onTime = on;
offTime = off;
}
// 类方法--灯闪烁
void Led::blinkLed() {
this->turnOn();
delay(onTime);
this->turnOff();
delay(offTime);
}
// 关
void Led::turnOn() {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
}
// 开
void Led::turnOff(){
digitalWrite(ledPin, LOW);
}
// =====使用类对象==============
#include "led.h"
Led led(LED_ONE, 1000, 500); // 创建led类 对象===
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
led.blinkLed();// 调用类的 公有方法
}
// 按键输入=========================================
#define BUTTON_ONE 12 // 按键接口 管脚
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600); // 串口
pinMode(BUTTON_ONE, INPUT); // 管脚输入 模式
}
void loop() {
// 未做消抖处理=====
// put your main code here, to run repeatedly:
int val = digitalRead(BUTTON_ONE); // 读取端口状态
if (val == HIGH) {
Serial.println("Button HIGH");// 高电平
} else {
Serial.println("Button LOW"); // 低电平
}
}
// 模拟量检测 温度测量 结构体================================
#define TEMP_PIN 5
// 温度结构体
struct tmp36_reading {
double voltage;
double tempC;
double tempF;
};
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
struct tmp36_reading temp;
int pinValue = analogRead(TEMP_PIN);// 读取模拟量端口值
temp.voltage = pinValue * 0.0049;
temp.tempC = (temp.voltage - .5) * 100.0; // 摄氏度
temp.tempF = (temp.tempC * 1.8) + 32; // 华氏度
showTemp(temp);
delay(2000);
}
// 串口打印信息
void showTemp(struct tmp36_reading temp) {
Serial.print(temp.tempC);
Serial.print(" - ");
Serial.println(temp.tempF);
}
// ==========联合体=================================
union some_data {
int i;
double d;
char s[20];
};
void setup() {
Serial.begin(9600);
union some_data myData;
myData.i = 42;
myData.d = 3.14;
strcpy( myData.s, "Arduino");
Serial.println(myData.s);
Serial.println(myData.d);
Serial.println(myData.i);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
}
// 开关量检测 ===================================
#define MOTION_SENSOR 3 // 开关量输入===
#define LED 5 // 开关量输出===
void setup() {
pinMode(MOTION_SENSOR, INPUT);
pinMode(LED, OUTPUT);
digitalWrite(LED, LOW);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int sensorValue = digitalRead(MOTION_SENSOR);// 开关量输入测量
if (sensorValue == HIGH) {
Serial.println("Motion Detected");
}
digitalWrite(LED, sensorValue);// 开关来输出
delay(500);
}
通信
// 单总线协议 DHT 温湿度传感器=======================================
// https://github.com/PacktPublishing/Mastering-Arduino/tree/master/Chapter%209/Code
#include "DHT.h"
#define DHT_PIN 3
#define RAIN_PIN A2
#define DHT_TYPE DHT11
#define RAIN_SENSOR_MAX 1024
#define RAIN_SENSOR_MIN 0
#define RAIN_OUT_MAX 20
#define RAIN_OUT_MIN 0
DHT dht(DHT_PIN, DHT_TYPE);
void setup() {
Serial.begin(9600);
dht.begin();
}
void loop() {
float humidity = dht.readHumidity();
float celsius = dht.readTemperature();
float fahreheit = dht.readTemperature(true);
if (isnan(humidity) || isnan(celsius) || isnan(fahreheit)) {
Serial.println("Read Failed");
return;
}
// float hif = dht.computeHeatIndex(fahreheit, humidity);
// float hic = dht.computeHeatIndex(celsius, humidity, false);
Serial.print("Humidity: ");
Serial.println(humidity);
Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(celsius);
Serial.println(" *C ");
Serial.print(fahreheit);
Serial.println(" *F");
int rain = analogRead(RAIN_PIN);
if (isnan(rain)) {
Serial.println("Read Failed");
return;
}
int range = map(rain, RAIN_SENSOR_MIN, RAIN_SENSOR_MAX, RAIN_OUT_MAX, RAIN_OUT_MIN);
Serial.print("Rain: ");
Serial.println(range);
Serial.println("-------------------------");
delay(3000);
/*
Serial.print("Heat index: ");
Serial.print(hic);
Serial.println(" *C ");
Serial.print(hif);
Serial.printlnln(" *F");
*/
}
// ==============SPI显示屏====================================
// https://github.com/PacktPublishing/Mastering-Arduino/blob/master/Chapter%2013/Sketch/Nokia5110/Nokia5110.ino
// Nokia5110 Arduino UNO硬件介绍
本想在这一章会对照开发板简单讲解一下硬件原理图，所以如果你想深入了解硬件原理图，这里附上官网的PDF版 。下图是一张原理图和开发板的概览图：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Er1ls1HV-1692202517599)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.1-1.png)]
稳压电路
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vm9Aykdb-1692202517599)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.1-3.png)]
外接电源输入进来的电压可能在5V附近，为了保证更加精准的5V电压，防止电压过高穿透芯片。这里选用的是 NCP117ST50T3G 稳压芯片，这款稳压芯片输出电压可调范围是1.5-12V。稳压电路的连接方式及计算公式可查此链接。
下载电路
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-zJld2wsw-1692202517600)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.1-4.png)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-f8EkYgzV-1692202517600)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.1-5.png)]
这块 UNO 板采用 Atmega16U2 芯片做下载电路，一般我们可能需要单独的下载模块下载程序，但此开发板直接将下载电路集成到了开发板上。这里直接可连 USB 线进行下载，像 Ardunino mini 这种小系统板是需要单独的下载模块的。
主芯片最小系统
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GWod2cwq-1692202517600)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.1-6.png)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-58AeIMF9-1692202517601)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.1-7.png)]
如上图，这里可以独立出 UNO 的最小系统板，我们编程最关心的就是这个最小系统的 GPIO 接口。晶振的选择几个元器件的选择可参考 Atmega328 数据手册。下图是我们经常操作的一些管脚，比如，我们下一章节将要用的的开发板中的13管脚，它对应的是芯片的19管脚，B端口的第五个管脚，而除了作为普通的 IO 管脚外，它的第二功能就是SCK（同步时钟），SPI通信中作为时钟信号。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Zte3E6EB-1692202517601)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.1-8.png)]
点亮LED灯
上一节介绍了 Ardunio UNO 的硬件结构，这一节将会写一个 UNO 的 “hello word” 程序，在软件领域通常会以输出 “hello word” 作为开始，而在硬件领域通常是以点亮 LED 灯作为开始。
搭建环境
首先，在编写程序之前，需要下载编译环境和安装驱动。这里以mac为例，具体的下载过程可以参考官方的Getting Started w/ Arduino on Mac OS X。从官方下载IDE时可能需要先捐献才能下载，为了表示对IDE的支持，我捐献了两美元。当然如果你没有信用卡或者其他的合适的支付手段，这里提供一个第三方的下载平台。按照上述方法安装完毕之后，需要再安装串口驱动，下载链接。驱动安装完毕之后，可以检查驱动是否安装成功。插上连接线，输入ls /dev/tty.*
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-X0ktIiDR-1692202517602)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.2-1.png)]
这里是“/dev/tty.usbmodem1421”，驱动安装成功。
更改配置
在编写程序之前，还需要更改一些配置项：
第一步，选择对应的开发板，这里选用的是 UNO 开发板。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-eEJCNB99-1692202517602)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.2-2.png)]
第二部，选择对应的下载端口，上面打印的端口是“/dev/tty.usbmodem1421”，这里选择它。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4QHz5Ljf-1692202517602)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.2-3.png)]
编写程序
Ardunio 采用自己的一套语言规范，程序可以被分解为三个主要部分：结构、值（变量和常量）以及函数。
一般结构中包含两个函数：“setup()”、“loop()”。“setup()” 是在“sketch”开始时被调用的，用于初始化变量、管脚、开始使用库文件等等。这个函数只会在开发板上电或复位时被调用一次。而“loop()”函数则是在“setup()”函数执行完毕后，一直循环执行。点亮 LED 的思路是只需要在程序开始时，将 LED 置于点亮状态。上一章可以看到，UNO 开发板的13管脚连接在 LED 的灯的一端，而 LED 的灯另一端连接到了低电平，也就是说，只需在初始化时，给13管脚上赋上高电平便可完成操作。
// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
// initialize digital pin 13 as an output.
pinMode(13, OUTPUT);
// turn the LED on (HIGH is the voltage level)
digitalWrite(13, HIGH);
}
// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
}
编译下载到 UNO 板中，Done，效果如下：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5gMDillY-1692202517602)(https://github.com/sundway/iot/blob/master/imgs/1.2.2-4.png)]