Arduino入门教程 新手指南

Arduino是一个开放源代码的电子原型平台，它是世界上最受欢迎的平台之一。已售出超过300万台（以第三方克隆设备的形式售出的更多产品），为何如此出色，并且您能用它做什么？

 什么是Arduino？

Arduino基于易于使用，灵活，硬件和软件。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稍有兴趣的任何人而设计的。

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

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。

您可以用Arduino做些什么？

Arduino可以做很多事情。它们是大多数3D打印机的大脑选择。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。

Arduino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。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

• 模拟量输入数量： 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，这些配置似乎有些垃圾，但请记住，Arduino是嵌入式设备，与台式机相比，处理的信息要少得多。对于大多数电子项目来说，它具有强大的功能。 Arduino的另一个很棒的功能是能够使用所谓的"屏蔽"或附加板。

本指南需要什么

在下面，您将找到本初学者指南所需的组件的购物清单。此清单应足以使您对基本电子学有很好的了解，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。

• 1个Arduino Uno
• 1 x USB AB电缆（与打印机使用的相同）
• 1 x 面包板
• 2 x LED
• 1 x 光电电阻
• 1 x 轻触开关
• 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 跳线套件
• 如果您无法获得特定的电阻值，则通常尽可能地接近电阻可以正常工作。

电气元件概述

让我们看看所有这些组件到底是什么，它们做什么以及它们的外观。

面包板

它们用作电子电路的原型，提供了将组件连接在一起的临时方法。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，并且全部相连-这些孔通常用于配电，并可能用红线和蓝线标记。

面包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混乱。

发光二极管

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。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，汽车仪表板等中可能有LED 。

您的Arduino微控制器在插针13上还具有一个内置LED，通常用于指示一个动作或事件，或仅用于测试。

光敏电阻

光电电阻（photocell或光敏电阻）使您的Arduino能够测量光的变化。例如，您可以使用它在白天时打开计算机。

按键开关

按键开关基本上是一个按钮。按下它将导通电路，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。这些通常是瞬时的 ，意味着只有在您按住它们时才"按下"它们。放开后，它们将恢复为默认状态（"未按下"或"关闭"）。

蜂鸣器

蜂鸣器是一种很小的小扬声器，可以从电信号中产生声音。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。

电阻器

电阻器限制电流。它们是非常便宜的组件，并且是业余和专业电子电路的重要组成部分。几乎总是需要它们来保护组件免于过载。如果Arduino + 5V直接接地，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建立临时连接。

设置您的Arduino

在开始任何项目之前，您需要使Arduino与计算机对话。这使您可以编写和编译代码以供Arduino执行，以及为Arduino与计算机一起工作提供一种方式。

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。下载完成后，请按照说明安装Arduino 集成开发环境（IDE）。

Windows安装程序

该安装包括驱动程序，因此从理论上讲，双击即可立即安装。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：

• 插入板子并等待Windows开始其驱动程序安装过程。片刻之后，该过程仍失败。
• 单击开始菜单 > 控制面板。
• 导航到系统和安全性 > 系统。系统窗口打开后，打开设备管理器。
• 在端口（COM＆LPT）下，您应该看到一个名为Arduino UNO（COMxx）的开放端口。
• 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。
• 浏览并选择位于Arduino软件下载的Drivers文件夹中的Uno驱动程序文件ArduinoUNO.inf。

Windows安装程序

Windows将在那里完成驱动程序的安装。

在Mac OS上安装Arduino软件包

从Arduino网站下载适用于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，但是它将在您的桌面或下载文件夹中正常运行。您不需要为Arduino UNO安装任何其他驱动程序。

Mac安装

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 

如果您还没有openjdk-6-jre，请安装并配置它：

sudo apt-get install openjdk-6-jre 
sudo update-alternatives --config java 

如果安装了多个JRE，请选择正确的JRE。

转到Arduino网站并下载适用于Linux的Arduino软件。您可以使用以下命令解压缩并运行它：

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，以上说明均假定您拥有品牌的原装Arduino Uno开发板。如果您购买了克隆板，则几乎可以肯定需要第三方驱动程序，然后才能通过USB识别开发板。

运行Arduino软件

现在已经安装了软件并设置了Arduino，下面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。

双击Arduino应用程序（在Linux上为./arduino），打开Arduino软件。确保开发板已连接到您的计算机，然后打开LED闪烁示例草图：File > Examples > 1.Basics > Blink。您应该会看到该应用程序的代码已打开：

Arduino 闪烁

为了将此代码上传到Arduino，请在" 工具" >" 开发板"菜单中选择与您的开发板相对应的条目，在这种情况下为Arduino Uno。

Arduino Uno板

从工具 > 串行端口菜单中选择电路板的串行设备。在Windows上，这可能是COM3或其他。在Mac或Linux上，应该是/dev/tty.usbmodem。

Arduino端口

最后，点击环境左上方的" 上传"按钮。等待几秒钟，您应该会看到Arduino上的RX和TX LED闪烁。如果上传成功，则状态栏中将显示消息"完成上传"。

上传完成几秒钟后，您应该看到板上的13针 LED指示灯开始闪烁。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，让我们看一些初学者的项目。

闪烁LED

您先前使用Arduino示例代码来使板上LED闪烁。该项目将使用面包板使外部LED闪烁。这是电路：

Arduino闪烁

将LED的长脚（正脚，称为阳极）连接至220欧姆电阻，然后连接至数字引脚7。将短脚（负脚，称为阴极）直接接地（您可以选择将GND 连接到任何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-如果没有电阻，它将烧毁。

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
} 

这段代码完成了几件事：

void setup（）：每次运行Arduino启动一次。在这里您可以配置变量以及Arduino需要运行的任何内容。

pinMode（7，OUTPUT）：这告诉Arduino将这个引脚用作输出，如果没有此行，Arduino将不知道如何处理每个引脚。每个引脚只需要配置一次，您只需要配置要使用的引脚即可。

void loop（）：此循环内的所有代码都会反复运行，直到Arduino关闭。这可以使较大的项目更复杂，但对于简单的项目却非常有效。

digitalWrite（7，HIGH）：用于将引脚设置为HIGH或LOW — 开启或关闭。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。附加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。第二个参数必须为HIGH或LOW，它指定是打开还是关闭LED。

delay（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。

LED点亮一秒钟后，Arduino将运行相同的代码，只有它继续关闭LED并等待另一秒钟。此过程完成后，循环将再次开始，并且LED会再次打开。

添加按钮

现在您的LED指示灯开始工作了，让我们在电路中添加一个按钮：

Arduino按钮

连接按钮，以便桥接面包板中间的通道。将右上脚连接到引脚4。将右下脚连接到10k Ohm电阻，然后接地。将左下脚连接到5V。

您可能想知道为什么简单的按钮需要电阻。这有两个目的。它是下拉电阻，将引脚接地。这可确保不会检测到任何虚假值，并防止Arduino 认为您未按时按下了按钮。该电阻器的第二个用途是作为电流限制器。如果没有它，5V将会直接进入地面，您的Arduino将会烧坏。这被称为短路，因此使用电阻器可以防止这种情况的发生。

当未按下按钮时，Arduino将检测到接地（引脚4 > 电阻 > 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针现在已从接地变为5V；

这是代码：

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:
 i f(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
 } 

该代码以您在上一节中学到的内容为基础。您使用的硬件按钮是暂时的操作。这意味着它只有在按住时才能工作。另一种选择是闭锁动作。就像您的电灯或插座开关一样，按一次打开，再按一次关闭。以下是其他代码的作用：

boolean buttonOn = false：此变量用于存储按钮的状态-ON或OFF，HIGH或LOW。它的默认值为false。

pinMode（4，INPUT）：与用于LED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））：以与digitalWrite（ ），digitalRead（）用于读取引脚的状态。您需要为其提供一个PIN码（按钮为4）。

按下按钮后，Arduino将等待25毫秒，然后再次检查按钮。这就是所谓的软件反跳。这样可以确保Arduino认为是按下按钮，实际上是按下按钮，而不是噪音。您不必这样做，并且在大多数情况下，没有它，一切都会很好地工作。

如果Arduino确定您确实确实按下过按钮，则它将更改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中存储的状态将LED 熄灭。

光传感器

让我们进入一个高级项目。该项目将使用光敏电阻（LDR）来测量可用光量。然后，Arduino将告诉您的计算机有关当前亮度的有用信息。 这是电路：

Arduino LDR

由于LDR是电阻器的一种，因此放置它们的方式无关紧要-它们没有极性。将5V连接到LDR的一侧。通过1k Ohm电阻将另一侧接地。还将这一侧连接到模拟输入0。

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

这是代码：

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，您想以9600的速率通过串行进行通信。Arduino将为此做好一切准备。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）：用于读取来自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语句根据可用的指示灯将不同的字符串（文本）发送到您的计算机。

上载此代码并保持USB电缆连接（这就是Arduino进行通信的方式以及电源的来源）。打开串行监视器（右上角 > 串行监视器），您应该看到消息每0.5秒到达一次。

让设备发声

该项目使用蜂鸣器发出声音。这是电路：

Arduino蜂鸣器

该电路几乎与LED项目完全相同。端口在发出电信号时它们会发出声音。通过220欧姆电阻将正极连接到数字引脚9。将负极脚接地。

这是代码，对于这个项目来说非常简单：

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：

tone（9，1000）：这会使压电体产生声音。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）：这将停止在插针上产生任何声音。