Arduino Uno Rev3快速入門指南

描述

介紹

Arduino Uno Rev3 是市場上最受歡迎的開發板之一，因為它具有詳細的文檔、種類繁多的項目和代碼以及強大的社區。使它更具吸引力的是它是開源的。沒錯，所有硬件和軟件都可以免費訪問。您可以深入研究原理圖，甚至可以將其用作參考來設計自己的電路板。

Uno Rev3 供工程師和科學家使用，但主要針對剛開始學習如何編碼和使用微控制器的初學者。它可以在自動化和控制、數據采集、監控、物聯網 (IoT) 等領域實施。

以下是您需要開始的內容：

• Arduino Uno Rev3

• Arduino IDE （我們將在下一節討論）

• A 型到 B 型 USB 電纜，用于為電路板供電和編程

• 運行 Windows、MacOS 或 Linux 的筆記本電腦或臺式機

• 燃料罐（可選）

Arduino 集成開發環境 (IDE)

Arduino IDE用于對電路板進行編程，因此我們實際上可以用它做一些事情。當您第一次給電路板加電時，它不會做任何事情，因為我們還沒有對其進行編程。首先，您需要前往 Arduino 的官方網站下載該軟件。根據您的操作系統 (OS) 選擇正確的安裝。例如，如果您的筆記本電腦運行的是 Windows 操作系統，則您需要選擇 Windows Installer。下載會占用您計算機上大約 482MB 的數據，并且應該在 10 分鐘內完成安裝。如果您不想在筆記本電腦上安裝該軟件的副本，另一種選擇是使用 Arduino Web 編輯器。這在 Arduino Cloud 中運行，允許您將草圖保存在云中，并且您將始終使用最新版本。

如果您決定將 IDE 下載到您的計算機上，則每次有新版本發布時，您都必須手動安裝最新版本。這真的取決于你對使用哪個的偏好——它們都做同樣的事情。

完成安裝過程后，繼續打開 IDE，如果它沒有自動啟動。IDE 如下所示。

?

Arduino IDE

?

默認草圖（在 Arduino 上運行的程序或代碼）包含兩個主要函數void setup()和void loop() 。這些必須在每個草圖中，否則當您上傳草圖時會出錯。setup()函數執行一次，而loop ()函數將永遠運行，當板子上電時，即。例如，在setup()函數中，您可以將引腳聲明為輸入或輸出，或設置串行終端的數據速率。如果這沒有意義，請不要擔心。我們將通過一個例子來澄清事情。

Arduino 的一大優點是在 IDE 中可以使用大量示例代碼和庫。要查看示例代碼，請轉到文件 -> 示例。您將看到基礎知識、數字、模擬、通信等內容。讓我們從基礎知識開始并打開 Blink 示例。代碼如下所示，供參考。此代碼使 Arduino 上的內置 LED 閃爍。我鼓勵您閱讀由//表示的評論并嘗試了解發生了什么。否則，我們將在第 5 節中進一步討論。

?

LED 閃爍示例

?

硬件

在深入研究代碼之前，我想先看看板上或原理圖中的硬件，看看有什么可用的。如果您了解硬件，您將能夠編寫更高效的軟件。您還可以確定您使用的電路板是否足以滿足您的設計。Arduino Uno Rev3 有一個 ATmega328P 微控制器，它是電路板的大腦。微控制器用于運行您在 IDE 中編寫的軟件。它不斷地從周圍環境中獲取數據并做出相應的反應。這種反應可能是控制執行器移動一定距離或激活繼電器以打開大功率電機。

微控制器有一定數量的引腳（在本例中為 28 個引腳），每個引腳具有不同的功能。例如，一個引腳可以用作輸入或輸出，用作脈沖寬度調制 (PWM)，或用作 I2C、SPI 或 UART 的通信信號。這完全取決于您如何在setup()函數中指定引腳。下圖列出了有關微控制器的更多規格。我不會介紹微控制器所具有的不同類型的存儲器，例如閃存、SRAM 和 EEPROM，因為這是一份快速入門指南。

?

Arduino Uno Rev3 微控制器規格

?

Arduino 具有連接到微控制器的其他外圍設備、硬件和組件，例如穩壓器（Arduino 以 5Vdc 運行）、Atmel 16U2（該芯片管理 USB 連接并無需外部編程器）、16MHz 石英晶體（提供微控制器的時鐘信號）、母頭引腳（訪問微控制器上的引腳）、ICSP 頭（另一種可用于對 Arduino 進行編程的方法）、B 型 USB 插座（提供電源和數據）、直流電源插孔（提供電源)、電容器和電阻器，如下圖所示。

?

外圍設備、硬件和組件

?

電源選項

您可以通過三種方式為 Arduino 供電：1) 使用 B 型 USB 插座，2) 使用 DC 電源插孔，或 3) 使用 Vin 引腳。如果您使用的是 USB 插座，則可以將其插入筆記本電腦為其供電。不過要小心——筆記本電腦上的 USB 端口只能提供高達 500mA 的電流，因此您可能有也可能沒有足夠的電力供連接的傳感器或執行器使用。如果您使用的是 FuelCan，則不必擔心這一點，因為它可以提供高達 2.5A 的電流。

使用直流電源插孔時，如果您需要對 Arduino 進行編程，您可能仍需要插入 USB 電纜。如果您已經對 Arduino 進行了編程，則可以通過直流電源插孔為其供電。推薦的 AC/DC 電源適配器是 9Vdc 輸出，但輸出可以在 7 – 12Vdc 之間變化。Vin 引腳的直流輸入范圍也是 7 – 12Vdc。如果你有多個電源連接到板上，即 USB 和 DC 電源插孔，它會自動選擇外部電源，因為它有更高的電壓。

?

Arduino Uno Rev3 電源選項

?

第一個示例項目

我將繼續從第 2 節開始，因為我們已經打開了 Blink 的示例代碼。讓我們仔細看看setup()函數。在這里，我們將 LED_BUILTIN 引腳（連接到數字引腳 13）指定為輸出，因為我們想為 LED 提供開啟電壓。如果它被設置為輸入，它將不起作用——它也不會傷害任何東西。接下來，我們使用loop()函數打開 LED，等待 1000 毫秒，關閉 LED，然后再等待 1000 毫秒。如果我們沒有延遲，您將無法看到 LED 閃爍，因為它對人眼來說太快了。

現在我們知道程序會做什么，我們現在必須將草圖加載到微控制器的內存中，以便它可以執行。為此，請將 USB 電纜插入 Arduino 和計算機上的 USB 端口。您應該會看到 ON LED 亮起。接下來，轉到 Tools -> Board 并選擇 Arduino/Genuino Uno，如下圖所示。

?

在 Arduino IDE 中選擇電路板

?

選擇板子后，我們必須選擇正確的 COM 端口。如果電路板未顯示，請嘗試筆記本電腦上的其他 USB 端口。如果仍然沒有出現，請嘗試重新啟動 Arduino IDE。在我的例子中，板被映射到 COM8 端口，如下所示。

?

選擇 COM 端口

?

我們現在已經指定了板和 COM 端口。剩下要做的就是將草圖上傳到 Uno Rev3。為此，請單擊“編輯”選項卡下方的向右箭頭的“上傳”按鈕。

注意：由于我們知道此代碼有效，因此我們跳過了驗證步驟。如果您正在編寫自己的代碼，請先單擊驗證（復選標記按鈕）以確保您的草圖中沒有錯誤，然后單擊上傳。

如果草圖已正確上傳，您現在應該會看到 LED 閃爍！令人興奮，對吧？想多玩一些草圖嗎？嘗試增加每 5 秒閃爍 LED 的延遲！

延伸閱讀

LED 示例是最簡單的項目之一。但是，不要低估它的力量。LED可用于調試、發信號和滿足。這三種用途是什么意思？假設您正試圖準確定位您的代碼掛起的位置。您有 3 個按順序運行的函數，但它沒有運行第 3 個函數。你應該問自己“功能 1 和 2 完成了嗎，我可以進入功能 3 嗎？” 一種判斷方法是使用 LED。進入功能后，打開 LED，然后在退出功能時，關閉 LED。確保在打開和關閉 LED 之間有 1 秒的延遲。否則，該功能可能執行得太快，您甚至看不到 LED 循環。

LED 的一個常見用途是將它們放置在數據線上。例如，假設您正在使用由 TX 和 RX 信號組成的 UART。這將幫助您查看來回發送的數據。如果 RX 線上的 LED 沒有亮起，您就知道代碼中有問題或配置不正確。

看到 LED 亮起總是令人滿足。這意味著代碼可以正常工作，或者您離消除導致錯誤的錯誤更近了一步。