Arduino 基础

小结
• 各种类型的Arduino控制板，其内部资源与外部接口的差别，几乎完全 是由所采用的单片机芯片决定的
• 所以，采用相同单片机芯片的不同Arduino板，在编程开发方面可视为 相同的系统（差别仅是由于电路板结构造成的引脚数量的不同）
• 当前最常用的UNO、NANO均是采用ATmega328单片机，所以它们几 乎是完全相同的
UNO、NANO的输入输出引脚
• UNO、NANO所采用的单片机均是 ATmega328 • UNO、NANO控制板基本上就是ATmega328单片机的“最小系统板”
• 提供单片机运行必须的晶体振荡器（产生CPU主频） • 提供复位电路或按钮 • 引出单片机几乎全部输入输出引脚 • 通过单独的串口转USB芯片，提供USB下载程序接口，同时通过USB
• 模数转换输入引脚 • PWM信号输出引脚
• 这些功能在51单片机系统中要靠外接芯片实现，而ATmega则集成到 了单片机内部，因而功能更强大，构成的系统电路更简洁
P1. 0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
RST RXD/ P3. 0 TXD/ P3.1 INT0/ P3.2 INT1/ P3.3
Arduino Robot（机器人、小车控制）
YÚN（Wifi、物联网、Linux系统支持）
ATmega2560
基本型号：Mega 2560 衍生型号： Mega ADK（可通过USB连接安卓系统）
32位
基本型号：ZERO （ ARM Cortex-M0+处理器） 衍生型号：MKR ZERO（ARM Cortex-M0+处理器、SD卡、数字音频接口）
复习：模拟信号与数字信号
• 模拟信号：连续变化 • 数字信号：离散变化（跳变）
• 相比模拟信号，数字信号的优势： • 抗干扰能力强 • 可直接输入计算机（数字电路）
复习：模拟信号与数字信号
• 模拟信号——经模数转换（A/D）——数字电路（计算机）——经数模 转换（D/A）——模拟输出设备（如扬声器）
• Flash ROM 容量分别为：64K、128K、256K • 其他硬件资源几乎无差别 • 较xx8系列具有更多数量的IO端口
• Atmega 16u4、32u4
• Flash ROM 容量分别为：4K、8K、16K、32K • 其他硬件资源几乎无差别 • 16/32u4 具备USB接口，上述两个系列均不具备
ATmega328的输入输出引脚（GPIO）
• 与51单片机类似，ATmega328芯片的引脚多数也是有第二功能的 • 51单片机GPIO引脚的第二功能有：
• 串行通信的输入输出引脚 • 外部中断的输入引脚 • 外部计数信号的输入引脚
• 这些Atmega328也有 • 除了这些，Atmega328还有更高级的第二功能
数字信号
如按键、开关、明 暗等
如扬声器等
数字电路 （计算机）
数模转换 D/A
模拟信号
数字信号
如数码管、液晶屏 等
饱和区，相当于开关闭合，表示1
放大区（线性区） 输出随输入等比例变化
模拟信号放大
截止区，相当于开关断开，表示0
晶体管
数字电路
组合逻辑 电路
时序逻辑 电路
模拟电路
电路基础
数字电路
运算器 控制器 存储器
32位
基本型号：ZERO （ ARM Cortex-M0+处理器） 衍生型号：MKR ZERO（ARM Cortex-M0+处理器、SD卡、数字音频接口）
MKR1000 （在ZERO基础上增加Wifi模块）
基本型号：DUE（ARM Cortex-M3处理器）
101（Intel 处理器、6轴加速度传感器、陀螺仪、蓝牙）
Arduino NANO
Mega2560：资源全面扩展的NANO
• IO口线数：Mega（54）/ NANO（14） • EEPROM：Mega（4K）/NANO（1K） • SRAM： Mega（8K）/ NANO（2K） • FLASH： Mega（256K）/ NANO（32K） • 串口： Mega（4个）/ NANO（1个） • 采用单片机芯片：
• 开发动机： • 为交互设计专业工作者及业余爱好者提供便宜和易用的硬件平台和编 程环境 • 降低技术门槛，帮助用户更方便地利用单片机及传感器实现自己的交 互设计创意
UNO与NANO
• 单片机芯片相同：ATmega 328P • 电路设计几乎完全相同 • 电路板大小不同 • 均可通过USB下载程序
Arduino 基础
1. Arduino的由来及特点
• Arduino是什么？
• 一块以AVR单片机为核心的电路板 • 编程语言（Arduino Programing Language）
及开发环境（Arduino IDE） • 一家开源硬件公司及其注册商标
• Arduino的电路板设计、编程语言及IDE全是开源的，唯有Arduino 商标受到保护，未经授权不得使用Arduino名称及其标识
• 其中PB、PD都是8位的，PC是7位的 • PB的每一位分别命名为：PB0、PB1、……PB7 • PD的每一位分别命名为：PD0、PD1、……PD7 • PC的每一位分别命名为：PC0、PC1、……PC6
ATmega328的输入输出引脚（GPIO）
• 与51单片机类似，ATmega328芯片的引脚多数也是有第二功能的 • 51单片机P0-P3共计32个引脚，其第一功能均是输入或输出高低电 平（0和1，数字信号） • ATmega328的PB-PD共计23个引脚，其第一功能也是一样的 • 基本的高低电平（数字信号）输入输出功能，称为“通用输入输出” • 英文简称GPIO（General Purpose Input Output）
输入设备 输出设备
计算机系统原理
ATmega的模数转换输入引脚
• PC0-PC5这6个引脚内部分别连接有一个模数转换器 • 这6个引脚也被称为6个模数转换通道 • 所谓模数转换，就是把连续变化的电压转换为二进制数
• 马西莫·班齐（Massimo Banzi）、大卫·奎提耶斯（David Cuartielles）、汤姆·伊果（Tom Igor）、赞布罗塔·马提诺 （Gianluca Martino）、大卫·梅利斯（David Mellis）和尼可拉 斯·兰比提（Nicholas Zambetti）。
• Arduino的诞生
• RAM：
2KB
• EEPROM：
1KB
AT89s52
8位 MCS-51 12-33MHz 8KB 256B
-
ATmega328
• 更加强大的定时/计数器
• 在51计数器的基础上增加了更多控制方式、工作模式
ATmega328
• 更加强大的IO端口
• 在51计数器的基础上增加了更多控制方式、工作模式
• 模拟信号——经模数转换（A/D）——数字电路（计算机）——数字输 出设备（如数码管、显示器）
• 数字信号——数字电路（计算机）——经数模转换（D/A）——模拟输 出设备（如扬声器）
• 数字信号——数字电路（计算机）——数字输出设备（如数码管、显示 器）
如各种传感器信号、 麦克风等
模拟信号
模数转换 A/D
Micro：IO口、RAM空间扩展版的NANO
• IO口线数：Micro（20）/ NANO（14） • SRAM： Micro（2.5K）/ NANO（2K） • 采用单片机芯片：
• Micro：ATmega32U4（8位单片机） • NANO：ATmega328P（8位单片机）
Arduino Micro
• 再推广一步，ATmega328、ATmega32u4、ATmega2560均为8位单片 机，它们在基本引脚功能方面（数字、模拟信号输入输出）也几乎是完 全相同的
Arduino
ATmega328
基本型号：UNO、NANO
衍生型号： Lilypad（可穿戴设备、小体积） Pro、Pro Mini、MINI（小体积） ETHERNET（有线网络支持）
Arduino UNO
Arduino NANO
MINI：不带USB编程接口的NANO
• 单片机芯片相同：ATmega 328P • 取消了USB编程接口及相关芯片 • 比NANO更小
• NANO板与40脚51单片机芯片大小相当
• 需要借助编程器下载程序
Arduino MINI
Arduino NANO
• Arduino的诞生
• 诞生地： • 意大利 • Borgofranco d‘Ivrea ，博尔戈夫兰科迪夫雷亚 市 • Interaction Design Institute Ivrea (IDII) in Ivrea, Italy. • 交互设计学院
• Arduino的诞生
• 诞生时间：2003年 • 核心开发者：
基本型号：MICRO
8位
ATmega32u4
衍生型号：Lilypad USB（可穿戴设备、小体积） Esplora、Leonardo（USB输入设备、游戏手柄）
Arduino Robot（机器人、小车控制）
YÚN（Wifi、物联网、Linux系统支持）
ATmega2560
基本型号：Mega 2560 衍生型号： Mega ADK（可通过USB连接安卓系统）
UNO、NANO的输入输出引脚
复习：模拟信号与数字信号
• 什么是模拟信号？为什么叫“模拟”（Analog）
• 用电压（电流）的连续变化模拟其他物理量（如声音的强弱、亮度等）
复习：模拟信号与数字信号
• 什么是数字信号？为什么叫“数字”（Digital）
• 用电压（电流）的高低跳变，表示两种状态（开关量）
T0/ P3.4 T1/ P3.5 WR/ P3.6 RD/ P3.7
XTAL2 XTAL1
VSS
1
40
2
39
3
38
4 5
8031
37 36
6
35
7 8051 34
8
33
9 10
8751
32 31
11
30
12 89C51 29
13
28
14
27
15
26
16
25
17
24
18
24
19
22
20
21
VCC P0. 0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0
ATmega328
• 更加强大的IO端口
调光、调速、调温、转向…… 各种模拟信号传感器
• 在51计数器的基础上增加了更多控制方式、工作模式
常用串行通信接口
• ATmega 48 、88、168、328
• Flash ROM 容量分别为：4K、8K、16K、32K • 其他硬件资源几乎无差别
• Atmega 640、1280、2560
• Mega： ATmega2560（8位单片机） • NANO：ATmega328P（8位单片机）
Arduino使用的USB接口规格
官方版 Micro 官方版 NANO 官方版 UNO
Female (母)
Female to Female (母对母)
Male (公)
Male to Female (公对母)
接口电源为单片机供电 • 所以，UNO/NANO板的输入输出引脚，即是ATmega328单片机的输入
输出引脚
• 51最小系统
复位按钮 USB接口
晶振
5V电源接口
电源输出引脚
输入输出引脚 串口转USB芯片 ATmega328单片机 输入输出引脚
ATmega328的输入输出引脚（GPIO）
• 与51单片机类似，ATmega328芯片的引脚多数都是用于输入输出的 • 51单片机有4个8位的输入输出引脚，分别是P0、P1、P2、P3 • ATmega328有3组输入输出引脚， 命名为：PB、PC、PD
MKR1000 （在ZERO基础上增加Wifi模块）
基本型号：DUE（ARM Cortex-M3处理器）
101（Intel 处理器、6轴加速度传感器、陀螺仪、蓝牙）
ATmega328 vs. AT89s52
•
ATmega328
• 字长：
8位• 体系结构：来自AVR• 主频：
16-20MHz
• ROM（Flash）：32KB
Male to Male (公对公)
Arduino
ATmega328
基本型号：UNO、NANO
衍生型号： Lilypad（可穿戴设备、小体积） Pro、Pro Mini、MINI（小体积） ETHERNET（有线网络支持）
基本型号：MICRO
8位
ATmega32u4
衍生型号：Lilypad USB（可穿戴设备、小体积） Esplora、Leonardo（USB输入设备、游戏手柄）