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Arduino开发板

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概述

Arduino UNO是基于ATmega328P的Arduino开发板。它有14个数字输入/输出引脚(其中6个可用于PWM输出)、6个模拟输入引脚,一个16 MHz的晶体振荡器,一个USB接口,一个DC接口,一个ICSP接口,一个复位按钮。它包含了微控制器所需的一切,你只用简单地把它连接到计算机的USB接口,或者使用AC-DC适配器,再或者用电池,就可以驱动它。
“Uno” 在意大利语中意思是“一”。Arduino UNO是Arduino系列的一号开发板,Arduino IDE 1.0是Arduino IDE的第一个正式版本,Arduino UNO硬件和Arduino IDE软件建立了一套Arduino开发标准,此后的Arduino开发板和衍生产品都是在这个标准上建立起来的

技术参数

型号Arduino UNO
微控制器ATmega328P
工作电压5 V
输入电压(推荐)7-12 V
输入电压(极限)6-20 V
数字I/O引脚14
PWM通道6
模拟输入通道(ADC)6
每个I/O直流输出能力20 mA
3.3V端口输出能力50 mA
Flash32 KB(其中引导程序使用0.5 KB)
SRAM2 KB
EEPROM1 KB
时钟速度16 MHz
板载LED引脚13
长度68.6 mm
宽度53.4 mm
重量25 g

编程

可通过Arduino IDE对Arduino UNO编程。
在Arduino UNO使用ATmega328 芯片上,存储有bootloader程序,使得用户可以上传程序到开发板上,而不需要使用额外的编程器。这个上传程序的过程使用STK500协议完成。
你也可以不使用bootloader,通过ICSP接口连接编程器给Arduino UNO上传程序。

注意事项

  • Arduino Uno上有一个自恢复保险丝,当短路或过流时,电流超过500mA,其可以自动断开供电,从而保护计算机的USB端口和Arduino。虽然大多数计算机USB端口都提供了内部保护,但是此保险丝可以提供了额外的保护。
  • 电源
    可以通过USB口或者直流电源座给Arduino Uno供电。Arduino UNO带有自动切换电源功能。

电源引脚如下:

  • Vin
    电源输入引脚。当使用外部电源通过DC电源座供电时,这个引脚可以输出电源电压。
  • 5V
    5V电源引脚。使用USB供电时,直接输出USB提供的5V电压;使用外部电源供电时,输出稳压后的5V电压。
  • 3V3
    3.3V 电源引脚。最大输出能力为50 mA。
  • GND
    接地引脚
  • IOREF
    I/O参考电压。其他设备可通过该引脚识别开发板I/O参考电压。

存储空间

  • ATmega328 有32KB Flash存储空间(其中0.5KB被用于存储bootloader),2KB 的SRAM和1KB 的EEPROM。
    可以使用官方提供的EEPROM库读写EEPROM空间。

输入输出

  • Arduino Uno有14个数字输入输出引脚,可使用 pinMode()、digitalWrite() 和 digitalRead() 控制。
    其中一些带有特殊功能,这些引脚如下
  • Serial
    0(RX)、1(TX),被用于接收和发送串口数据。这两个引脚通过连接到ATmega16u2来与计算机进行串口通信。
  • 外部中断
    2、3,可以输入外部中断信号。中断有四种触发模式:低电平触发、电平改变触发、上升沿触发、下降沿触发。
  • PWM输出:
    3、5、6、9、10、11,可用于输出8-bit PWM波。对应函数 analogWrite() 。
  • SPI:
    10(SS)、11(MOSI)、12(MISO)、13(SCK),可用于SPI通信。可以使用官方提供的SPI库操纵。
  • L-LED:
    13。13号引脚连接了一个LED,当引脚输出高电平时打开LED,当引脚输出低电平时关闭LED。
  • TWI:
    A4(SDA)、A5(SCL)和TWI接口,可用于TWI通信,兼容I²C通信。可以使用官方提供的Wire库操纵。
  • Arduino Uno 6个模拟输入引脚,可使用analogRead()读取模拟值。每个模拟输入都有10位分辨率(即1024个不同的值)。默认情况下,模拟输入电压范围为0~5V,可使用 AREF引脚和analogReference()函数设置其他参考电压。

相关引脚如下:

  • AREF:

模拟输入参考电压输入引脚。

  • Reset:

复位端口。接低电平会使Arduino复位,复位按键按下时,会使该端口接到低电平,从而让Arduino复位。
指示灯(LED)

Arduino UNO带有4个LED指示灯,作用分别如下:

  1. ON:
    电源指示灯。当Arduino通电时,ON灯会点亮。
  2. TX:
    串口发送指示灯。当使用USB连接到计算机且Arduino向计算机传输数据时,TX灯会点亮。
  3. RX:
    串口接收指示灯。当使用USB连接到计算机且Arduino接收到计算机传来的数据时,RX灯会点亮
  4. L:
    可编程控制指示灯。该LED通过特殊电路连接到Arduino的13号引脚,当13号引脚为高电平或高阻态时,该LED 会点亮;低电平时,不会点亮。可以通过程序或者外部输入信号,控制该LED亮灭。

通信

Arduino UNO具备多种通信接口,可以和计算机、其他Arduino或者其他控制器通信。

ATmega328 提供了UART TTL (5V)串口通信,其位于0 (RX) 和1 (TX)两个引脚上。Uno上的ATmega16U2会在计算机上模拟出一个USB串口,使得ATmega328 能和计算机通信。Arduino IDE提供了串口监视器,使用它可以收发简单文本数据。Uno上的RXTX两个LED可以指示当前Uno的通信状态。

SoftwareSerial库可以将Uno的任意数字引脚模拟成串口,从而进行串口通信。

ATmega328也支持I2C (TWI)和SPI通信。Arduino IDE自带的Wire库,可用于驱动I2C总线,自带的SPI库,可用于SPI通信。
自动复位

一些开发板在上传程序前需要手动复位,而Arduino Uno的设计不需要如此,在Arduino Uno连接电脑后可以由程序控制其复位。在ATmega16U2上的DTR信号端,经过一个100nf 的电容,连接到ATmega328 的复位引脚。

当计算机发出DTR信号时(低电平),复位端将得到一个足够长的脉冲信号,从而复位ATmega328。在Arduino IDE中点击上传程序,在上传前即会触发复位,从而运行引导程序,完成程序上传。
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