Arduino的入门

Arduino是一个开放源代码的电子原型开发平台，它是世界上最受欢迎的平台之一-Raspberry Pi可能除外。已经售出了超过300万个单位（并且以第三方克隆设备的形式售出了更多单位）：为何如此好？您能用它做什么？

什么是Arduino？

Arduino基于易于使用，灵活，硬件和软件的基础。它是为艺术家，设计师，工程师，业余爱好者以及对可编程电子产品最不感兴趣的任何人而设计的。

Arduino通过读取各种按钮的数据来感知环境，组件和传感器。它们可以通过控制LED，电机，伺服，继电器等来影响环境。

Arduino项目可以是独立的，也可以与计算机上运行的软件进行通信（处理是最受欢迎的软件）。他们可以与其他Arduino，Raspberry Pi，NodeMCU或几乎其他任何设备交谈。请务必阅读我们对5美元微控制器的比较，以全面比较这些微控制器之间的差异。

您可能会问，为什么选择Arduino？ Arduino确实简化了构建可编程电子项目的过程，使其成为初学者的绝佳平台。您无需任何电子经验即可轻松开始工作。有成千上万的教程可用，而且这些教程的难度很大，因此一旦掌握了基础知识，您肯定会遇到挑战。

除了Arduino的简单性之外，它还便宜，跨平台且开放资源。 Arduino Uno（最受欢迎的型号）基于Atmel的ATMEGA 16U2微控制器。产生了许多不同的模型，它们的大小，功率和规格各不相同，因此请查看我们的购买指南以了解所有差异。

电路板的计划是根据知识共享许可发布的，因此经验丰富的业余爱好者和其他制造商可以自由制作自己的Arduino版本，有可能对其进行扩展和改进（或者直接复制它，从而导致我们今天发现的低成本Arduino板激增）。

您可以使用Arduino做什么？

Arduino可以完成很多事情。它们是大多数3D打印机的首选大脑。它们的低成本和易用性意味着成千上万的制造商，设计师，黑客和创作者都做出了惊人的项目。以下是我们在MakeUseOf上所做的一些Arduino项目：

自定义快捷按钮

电子D20模具

激光转塔

Midi控制器

带有OLED显示屏的复古游戏

交通灯控制器

Arduino的内部是什么？

尽管有许多不同类型的Arduino板可用，但本手册重点介绍 Arduino Uno 模型。这是周围最受欢迎的Arduino开发板。那么，是什么使这件事打勾？规格如下：

处理器： 16 Mhz ATmega16U2

闪存： 32KB

Ram： 2KB

工作电压： 5V

输入电压： 7-12V

模拟输入数量： 6

数字I/O数量： 14（其中6个为脉冲宽度调制- PWM ）

与您的台式计算机相比，这些规范似乎有些垃圾，但请记住，Arduino是嵌入式设备，要处理的信息比您的要少桌面。

Arduino的另一个出色功能是能够使用所谓的“屏蔽”或附加板。尽管本手册中没有介绍屏蔽，但是它们是扩展Arduino特性和功能的一种非常简洁的方法。

本指南的需要

在您下面将找到本初学者指南所需的组件的购物清单。所有这些组件的总价应低于$ 50。此清单应足以使您对基本电子学有很好的理解，并具有足够的组件来使用此版本或任何其他Arduino指南来构建一些非常酷的项目。如果您不想选择每个组件，则可以考虑购买入门套件。

1 x Arduino Uno

1 x USB AB电缆（

1 x面包板

2 x LEDs

1 x光电电阻

1 x触觉开关

1 x压电扬声器

1 x 220欧姆电阻

1 x 10k欧姆电阻

1 x 1k欧姆电阻

1 x跨接线套件

如果您无法获得特定的电阻值，则通常尽可能靠近电阻器即可正常工作。

电气组件概述

让我们看看所有这些组件的确切含义，它们的功能以及它们的外观。

面包板

用于原型设计电子电路，它们提供了将组件连接在一起的临时手段。面包板是带有孔的塑料块，可将电线插入其中。孔排成行，每组五个。当您想重新布置电路时，将电线或零件从孔中拉出并移动。许多面包板在板的长度上沿侧面分布有两组或四组孔，并且全部连接在一起，这些孔通常用于配电，并可能用红线和蓝线标记。

电路板非常适合快速生产电路。对于大型电路，它们可能会变得非常凌乱，而便宜的模型可能会非常不可靠，因此值得花更多钱在一个好的电路上。

LED

LED代表发光二极管。它们是非常便宜的光源，并且可以非常明亮-尤其是组合在一起时。它们可以以多种颜色购买，不会变热，并且使用寿命很长。您的电视，汽车仪表板或飞利浦Hue灯泡中可能有LED。

您的Arduino微控制器的引脚上也有内置LED。 13，通常用于指示操作或事件，或仅用于测试。

光电电阻器

光电电阻器（ p hotocell 或 Light Dependent Resistor （光敏电阻器）允许您的Arduino测量光的变化。例如，您可以使用它在白天时打开计算机。

触觉开关

触觉开关基本上是一个按钮。按下它将完成电路，并且（通常）从0V变为+ 5V。 Arduino可以检测到此更改，并做出相应的响应。这些通常是瞬间-意味着只有在您按住它们时才“按下”它们。一旦放开，它们就会恢复为默认状态（“未按下”或“关闭”）。

压电扬声器

压电扬声器是一种很小的小扬声器，可以通过电信号产生声音。它们通常很刺耳，声音很小，听起来并不像真正的扬声器。也就是说，它们非常便宜，并且易于编程。我们的Buzz Wire游戏使用一种方式播放Monty Python“ Flying Circus”主题曲。

电阻器

电阻器限制电流。它们是非常便宜的组件，是业余和专业电子电路的必备组件。几乎总是需要它们来保护组件免于过载。如果Arduino + 5V直接连接到地面，也需要防止短路。简而言之：非常方便并且绝对必要。

跳线

跳线用于在面包板上的组件之间创建临时连接。

设置Arduino

在开始任何项目之前，您需要获取自己的Arduino与您的计算机对话。这样一来，您就可以编写和编译Arduino的代码以执行，并为Arduino的计算机提供一种工作方式。

在Windows上安装Arduino软件包

前往Arduino网站并下载适用于您的Windows版本的Arduino软件版本。下载后，请按照说明安装Arduino 集成开发环境（IDE）。

该安装包括驱动程序，因此从理论上讲，您应该马上就走。如果由于某种原因失败，请尝试以下步骤以手动安装驱动程序：

将其插入板中，然后等待Windows开始其驱动程序安装过程。片刻之后，尽管已尽了最大努力，该过程仍将失败。

单击开始菜单》 控制面板。

导航至系统和安全性》 系统。打开“系统”窗口后，打开设备管理器。

在端口（COM和LPT）下，您应该会看到一个名为的开放端口。 》 Arduino UNO（COMxx）。

右键单击 Arduino UNO（COMxx）》 更新驱动程序软件。

选择浏览我的计算机以获取驱动程序软件。

导航并选择位于的Uno驱动程序文件，名为 ArduinoUNO.inf 。 Arduino软件下载的》 Drivers 文件夹。

Windows将在此处完成驱动程序的安装。

在Mac OS上安装Arduino软件包

从Arduino网站下载Mac的Arduino软件。提取 .zip 文件的内容并运行该应用程序。您可以将其复制到应用程序文件夹中，但可以从桌面或下载文件夹中正常运行。您无需为Arduino UNO安装任何其他驱动程序。

在Ubuntu/Linux软件包上安装Arduino软件

安装 gcc-avr 和 avr-libc ：

sudo apt-get install gcc-avr avr-libc

如果您没有openjdk-6-已经安装了jre，则也要进行安装和配置：

sudo apt-get install openjdk-6-jre

sudo update-alternatives --config java

如果安装了多个安装，请选择正确的 JRE 。

访问Arduino网站并下载适用于Linux的Arduino软件。您可以 untar 并使用以下命令运行它：

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

cd arduino-1.0.1

。/arduino

无论您运行的是哪种操作系统，上面的说明假定您具有品牌的原装Arduino Uno板。如果您购买了克隆，则几乎可以肯定需要第三方驱动程序，才能通过USB识别开发板。

运行Arduino软件

现在已安装该软件并且您的Arduino已设置，让我们验证一切是否正常。最简单的方法是使用“ Blink”示例应用程序。

通过双击Arduino应用程序（在Linux上为 。/arduino ）打开Arduino软件。确保主板连接到您的计算机，然后打开 LED闪烁示例草图：文件》 示例》 1。 》 闪烁。您应该看到打开了该应用程序的代码：

为了将此代码上传到Arduino，请在 Tools 》与您的模型相对应的 Board 菜单-在这种情况下为 Arduino Uno 。

从工具》 串行端口菜单中选择主板的串行设备。在Windows上，这可能是 COM3 或更高版本。在Mac或Linux上，该文件应该包含/dev/tty.usbmodem 。

最后，单击《您的环境左上方的strong》上传按钮。等待几秒钟，然后您应该会在Arduino上看到 RX 和 TX LED闪烁。如果上传成功，则状态栏中将显示“完成上传”消息。

上传完成几秒钟后，您应该会在屏幕上看到 pin 13 LED板开始闪烁。恭喜你！您已经启动并运行了Arduino。

入门项目

现在您已经了解了基础知识，下面让我们来看一些入门项目。

闪烁LED

您之前曾使用Arduino示例代码来闪烁板载LED。该项目将使用面包板使外部LED闪烁。这是电路：

将LED的长脚（正极，称为阳极）连接到 220欧姆电阻，然后连接到数字引脚7 。将短脚（负脚，称为阴极）直接连接到接地（您可以选择在其上具有GND的任何Arduino端口）。这是一个简单的电路。 Arduino可以数字控制该引脚。打开该引脚将点亮LED，将其关闭将关闭LED。电阻是保护LED免受过多电流所必需的电阻-它会在没有电阻的情况下烧毁。

这是您需要的代码：

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

}

此代码可以完成几件事：

void setup（）：每次启动时，它都会由Arduino运行一次。在这里您可以配置变量以及Arduino需要运行的任何东西。

pinMode（7，OUTPUT）：：这告诉Arduino将这个引脚用作输出，没有此行，则是Arduino不知道该如何处理每个引脚。每个针只需配置一次，您只需要配置要使用的针即可。

void loop（）：此循环中的所有代码都会反复运行再次，直到Arduino关闭。这可以使较大的项目变得更复杂，但对于简单项目则效果非常好。

digitalWrite（7，HIGH）：用于设置引脚 HIGH 或低-打开或关闭。就像电灯开关一样，当引脚为高电平时，LED点亮。当引脚为低电平时，LED将熄灭。在方括号内，您需要指定一些其他信息才能使其正常工作。其他信息称为参数或参数。

第一个（7）是引脚号。例如，如果您将LED连接到其他引脚，则可以将其从7更改为另一个数字。第二个参数必须是 HIGH （高）或 LOW （低），用于指定是打开还是关闭LED。

延迟（1000）：告诉Arduino等待指定的时间（以毫秒为单位）。 1000毫秒等于一秒，因此这将使Arduino等待一秒钟。

一旦LED点亮一秒钟，Arduino然后运行相同的代码，只有它继续转动LED熄灭，然后再等待一秒钟。此过程完成后，循环将再次开始，并且LED会再次打开。

挑战：尝试调整打开和关闭LED之间的时间延迟。你观察到什么？如果将延迟设置为一个很小的数字（例如一两个），会发生什么情况？您可以修改代码和电路以使两个 LED闪烁吗？

添加按钮

现在您的LED正常工作了，让我们为您的按钮添加一个按钮电路：

连接按钮，以便桥接面包板中间的通道。将右上支腿连接到 Pin 4 。将右下支脚连接到 10k Ohm 电阻，然后连接到接地。将左下方腿连接到 5V 。

您可能想知道为什么一个简单的按钮需要一个电阻。这有两个目的。它是一个下拉电阻器—将该引脚接地。这样可确保不会检测到任何虚假值，并防止未按时按下按钮的Arduino 思考。该电阻器的第二个用途是作为电流限制器。没有它，5V将会直接进入地面，魔烟将被释放，而您的Arduino将会死亡。这被称为短路，因此使用电阻器可以防止这种情况发生。

当未按下按钮时，Arduino会检测到接地（引脚4 》 电阻器》 接地）。当您按下按钮时，5V接地。 Arduino的第4针可以检测到这种变化，因为第4针现在已经从接地变为5V；

下面是代码：

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

}

此代码基于您在上一节中学到了什么。您使用的硬件按钮是瞬时操作。这意味着它只有在按住时才能工作。替代方法是锁定操作。就像您的电灯或插座开关一样，按一次打开，再按一次关闭。幸运的是，闩锁行为可以用代码实现。以下是其他代码的作用：

布尔型按钮打开=否：该变量用于存储按钮的状态-开或关，高或低。它的默认值为false。

pinMode（4，INPUT）：与LED所用的代码非常相似，此行告诉Arduino您已将输入（您的按钮）连接到引脚4。

if（digitalRead（4））：与 digitalWrite（）类似， digitalRead（）用于读取引脚的状态。您需要为其提供一个引脚号（按钮上为4）。

按下按钮后，Arduino将等待25ms并再次检查该按钮。这称为软件反跳。这样可以确保Arduino认为是按下按钮，确实是按下按钮，而不是噪音。您不必执行此操作，并且在大多数情况下，没有它，一切都会很好地进行。最好是一种最佳做法。

如果Arduino确定您确实确实按下了按钮，那么它将更改 buttonOn 变量的值。这将切换状态：

ButtonOn为true：设置为false。

ButtonOn为false：设置为true。

最后，根据 buttonOn 中存储的状态关闭LED。

光传感器

让我们进入高级项目。该项目将使用光敏电阻器（LDR）来测量可用光量。然后，Arduino会告诉您的计算机有关当前光照水平的有用信息。

这是电路：

因为LDR是一个电阻的类型，无论其放置方式如何都无所谓-它们没有极性。将 5V 连接到LDR的一侧。通过 1k Ohm 电阻将另一端连接到接地。还将这一侧连接到模拟输入0 。

此电阻器充当下拉电阻器，就像以前的项目一样。因为LDR是模拟设备，所以需要一个模拟引脚，并且这些引脚包含用于精确读取模拟硬件的特殊电路。

以下是代码：

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！

}

这段代码做了一些新的事情：

Serial.begin（9600）：这告诉Arduino您要以9600的速率通过串行通信。准备为此所需的一切。速率并不重要，但是您的Arduino和计算机都需要使用相同的速率。

analogRead（A0）：用于读取LDR的值。较低的值表示有更多的可用光。

Serial.println（）：用于将文本写入串行接口。

简单的 if 语句会根据可用的指示灯向您的计算机发送不同的字符串（文本）。

上传此代码并保持USB电缆连接（这就是Arduino的通信方式以及电源的来源） ）。打开串行监视器（右上》 串行监视器），您应该看到消息每0.5秒到达一次。

您会看到什么？如果覆盖LDR或在LDR上照亮，会发生什么情况？您可以修改代码以通过串行打印LDR的值吗？

发出一些噪音

该项目使用压电扬声器发出声音。电路如下：

注意到任何熟悉的东西吗？该电路几乎与LED项目完全相同。压电是非常简单的组件-在发出电信号时它们会发出声音。通过 220欧姆电阻将正极支路连接到数字 pin 9 。将负极分支连接到接地。

下面是代码，对于这个项目非常简单：

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

}

这里只有一些新的代码功能：

音调（9、1000）：这使压电体产生声音。它有两个参数。第一个是要使用的引脚，第二个是音调的频率。

noTone（9）：这将停止在提供的引脚上产生任何声音。

尝试更改此代码以产生不同的频率。将延迟更改为1ms-您会注意到什么？

从这里去哪里

如您所见，Arduino是进入电子产品和软件的简便方法。它是初学者最好的微控制器之一。希望您已经看到，使用Arduino构建简单的电子项目很容易。了解基本项目后，您可以构建更复杂的项目：

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责任编辑：wv