Arduino开发从入门到实战课件-第2章

Arduino Uno的主要特性包括： 处理器ATmega328； 工作电压5V； 输入电压(推荐) 7~12V； 输入电压 (范围) 6~20V； 数字I/O脚14个 (其中6路作为PWM输出)； 模拟输入脚6 个； I/O脚直流电流40mA； 3．3V脚直流电流50mA； Flash Memory 32KB(ATmega328，其中0．5KB用于bootloader)； SRAM 2KB(ATmega328)； EEPROM 1KB(ATmega328)； 工作时钟16MHz。
2.2.2 Arduino Nano
Contents
Arduino Nano是Arduino USB接口的微型版本。 Arduino Nano尺寸非常小，且可以直接插在面包 板上使用。核心ATmega168(Nano2．x)和 ATmega328(Nano3．0)，同时具有14路数字输入 /输出口(其中6路可作为PWM输出)、8路仿真输入， 一个16MHz晶体振荡器、一个Mini B USB口、 一个ICSP header和一个复位按钮。
图2．6Arduino Leonardo实物图
使用注意事项：
Arduino ProMini提供了自动复位设计，可以通过主机复位。这样通过
Arduino软件下载程序到ProMini中，软件可以自动复位，不需要再按复 位按钮。
2.2.5 Arduino Mega2560
Arduino Mega2560是采用USB接口的核心电路板， 具有54路数字输入/输出，适合需要大量I/O接口的设 计。处理器核心是ATmega2560，同时具有54路数 字输入/输出口(其中16路可作为PWM输出)、16路模 拟输入、4路UART接口、一个16MHz晶体振荡器、 一个USB口、一个电源插座、一个ICSP header和一 个复位按钮。Arduino Mega2560也能兼容Arduino
Contents 以轻松地使这款扩展板连接到网络中。
这款扩展板最多可同时支持4个Socket连接。 该款扩展板的R3版本还新增了由4个额外端口组成的1．0标准版输 出端口： 2个位于ARFF边上，2个位于RESET边上。RESET边上的 两个端口，一个是IOREF，用来使扩展板适应主板； 另一个空端 口预留给将来扩展。
图2．9GPRS Shield扩展板
GPRS Shield兼容所有标准的Arduin开发板。GPRS Shield是一个4 频的GPRS/GSM模块，同时支持4种制式频段 850/900/1800/1900MHz，具备可发送SMS短信、打电话、传真等 所有GPRS手机具备的功能。GPRS Shield能够让用户非常快速地了 解手机开发流程，进行无线开发。
2.3.2 GPRS Shield扩展板
GPRS Shield扩展板如图2．9所示。该扩展板 是一个串口的GSM/GPRS无线模块。目的是让 Arduino爱好者能够快速地学习GSM/GPRS手 机开发，并且运用到各类无线开发项目，也适 合于远程控制开发，例如无线抄表、智能家电、
Contents 超远距离控制等。
图2．5Arduino ProMini实物图
2.2.4 Arduino Leonardo
Contents
Arduino Leonardo基于ATmega32U4微控制器 板， Leonardo不同于之前所有的Arduino控制 器，它直接使用了ATmega32U4的USB通信功 能，取消了USB转UART芯片。这使得 Leonardo不仅可以作为一个虚拟的(CDC)串行 /COM端口，还可以作为鼠标或者键盘连接到计 算机。
第二章 Arduino硬件资源
章前导语
• Arduino的硬件主要由控制板和扩展板组成。 • 控制板是以单片机为核心的最小系统板。主要包括两部分内
容： 一部分是ATmegaXX的单片机最小系统，另一部分是 USB转串口电路。 • 由于Arduino是开源的，任何人都可以根据自己的需要制作 扩展板，只要是符合控制板的标准就可以。目前Arduino已 经可以提供非常全面的扩展板。
Contents
Arduino ProMini是Arduino Mini的半定制版本。实 物图片如图2．5所示，所有外部引脚通孔没有焊 接，与Mini版本引脚兼容。Arduino ProMini的处 理器核心是ATmega168，同时具有14路数字输入 /输出口(其中6路可作为PWM输出)、6路模拟输入、 一个晶振、一个复位按钮。有两个版本： 工作在 3．3V和8MHz时钟； 工作在5V和16MHz时钟。
2. 应该从哪几个方面学 习开发板？
2.2.1 Arduino Uno
Arduino Uno是Arduino USB接口系列的最 新版本，作为Arduino平台的参考标准模板，Uno 的处理器核心ATmega328，具有14路数字输入/ 输出口(其中6路可作为PWM输出)、6路模拟输入、 一个16MHz晶体振荡器、一个USB口、一个电源 插座、一个ICSP header和一个复位按钮。
课前提问
1.列举出你所了解的 Arduino扩展板。
2. 与开发板相比扩展板 有什么新的功能？
3.应该从哪几个方面了 解扩展板？
2.3.1 Proto Shield原型开发板
Arduino Uno和Leonardo上面的端口资源是非常宝
贵的，尤其是3．3V/5V和GND的电源接口在板子上 只有2到3个。因此在搭建诸如流水灯等需要多个 GND或者5V接口的实验时就没有足够的端口资源了 必须要一个扩展板来扩展Arduino的资源。
章前导语
• Arduino开发板是实现代码功能的地方。因为开发板只能控 制和响应电信号，所以开发板集成一些特定的元件以实现与 现实世界的交互。这些组件可以是将物理量转换成开发板能 感应的电信号的传感器，或者是将开发板上电信号变化转换 成现实世界物理变化的执行器。
2.1 核心芯片
• 本书的讲解主要针对Arduino Uno R3展开， Arduino Uno R3的核心为ATmega32xx系列 单片机
端口B(PB7~PB0)端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上 拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大 电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路 拉低时将输出电流。在复位过程中，系统时钟未起振时，端口B 处于高阻状态。
端口C(PC7~PC0)端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上 拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大 电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路 拉低时将输出电流。在复位过程中，系统时钟未起振时，端口C 处于高阻状态。如JTAG接口使能，则需引脚PC5(TDI)、 PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻被激活。除去移出数据的TAP 态外，TD0引脚为高阻态。
Arduino Ethernet W5100 R3 Shield网络扩展板 可以让Arduino控制器连接网络，它是一块内置 WizNetW5100TCP/IP微处理器的扩展板，通 过长针脚排母(wire wrap header)连接Arduino 板，使用Arduino IDE中的Ethernet库程序便可
板子设置了硬件开机Button、软件开机(D10)、硬件RestButton、 软件Rest(D9)，允许和Arduino灵活搭配使用，满足无论是硬开机、 软开机，硬重启还是软重启的DIY需求。通过两Baidu Nhomakorabea跳线连接到 D0~D3，可以自由选择GPRS Shield和Arduino通信方式是软件 串口(跳线到D2、D3)或者硬件串口(D0、D1)。
Contents
Arduino Uno实物图
Arduino Uno功能图
Uno已经发布到第三版，与前两版相比具有以下新特点： (1) 在AREF处增加了两个引脚SDA和SCL，支持I2C接口； (2) 增加IOREF和一个预留引脚，扩展板将能兼容5V和3．3V核心板； (3) 改进了复位电路设计； (4) USB接口芯片由ATmega16U2替代了ATmega8U2。
Arduino ProMini实物图
2.3 典型扩展板
2．3．1 Proto Shield原型开发板 2．3．2GPRS Shield扩展板 2．3．3Arduino Ethernet W5100 R3 Shield网络扩展板 2．3．4WizFi210扩展板 2．3．5Arduino L298N电机驱动扩展板 2．3．6Arduino传感器扩展板
图2．4Arduino Nano实物图 图中两款的不同之处在于，没有电源插座及USB接口的是Mini
B型插座。
使用注意事项
Arduino Nano提供了自动复位设计，可以通过主机复位。这样通过
Arduino软件下载程序到Nano中，软件可以自动复位，不需要再按复位 按钮。
2.2.3 Arduino ProMini
Contents
与Arduino Duemilanove配合使用的ProtoShield原型扩展板， 用来搭建电路原型，可以直接在板子上焊接元件，也可以通过上面 的迷你面包板连接电路。面包板与电路板之间通过双面胶连接，售 出时面包板与电路板是分离的。通过搭配使用这两个部件，就能够 快速上手。
图2．8ProtoShield原型开发板
图2．10Arduino Ethernet W5100 R3 Shield网络扩展板
Contents Uno设计的扩展板。
图2．7Arduino Mega2560实物图
课后问答
1.本节主要介绍了几种 典型开发板，分别是什 么？
课后问答
看图，猜一猜？
Arduino Leonardo 实物图
Arduino Mega2560 实物图
Arduino Uno实物图
Arduino Nano实物图
课前提问
1.Arduino的硬件由哪 几部分组成，各自实现 什么样的作用？
2. 开发板有什么样的功 能？
3.你知道的Arduino的 核心芯片有哪些？
图
2．1ATmega32xx
系列单片机引脚图
端口A(PA7~PA0)端口A为A/D转换器的模拟输入端。 端口A为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收 大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端 口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，系 统时钟未起振时，端口A处于高阻状态。
端口D(PD7~PD0)端口D为8位双向I/O口，具有可编程的内部上 拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大 电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电 路拉低时将输出电流。在复位过程中，系统时钟未起振时，端口 D处于高阻状态。
课后问答
1.试着举出三条 ATmega32xx的特性。
2.简单概括一下各个端 口作用？
2.2 典型开发板
2．2．1Arduino Uno 2．2．2Arduino Nano 2．2．3Arduino ProMini 2．2．4Arduino Leonardo 2．2．5Arduino Mega2560
课前提问
1.你了解Arduino开发 板吗？
GPRS Shield提供Short Message Service短信服务、Audio音乐 及GPRS模式三种工作模式。 模块采用标准2．54排针接口，板载一颗超级电容，可以保证模块 在断电情况下RTC时钟1~2天的计时，用来学习开发手机定时闹钟 功能。
2.3.3 Arduino Ethernet W5100 R3 Shield网络扩展板
GPRS Shield基于双频GSM/GPRS模块SIM900，采用ARM926EJ S的内核，帮助爱好者学习用最小型的集成开发环境。GPRS
Shield可以通过UART串口使用AT指令配置设置，只需要将扩展板 插到Arduino板子上，就能轻松地通过AT命令控制GPRS Shield， 拨打电话、发送短信……另外GPRS Shield支持LCD5110显示和串 口Keypad键盘输入。