第1章 Arduino简介

1.1 认识Arduino

Arduino是一款源自意大利的开放源代码硬件项目平台，该平台是一块USB接口Simple I/O接口板（包括12通道数字GPIO，4通道PWM输出，6-8通道10bit ADC输入通道），并且使用类似Java、C语言的IDE（集成开发环境）。

Arduino的核心是基于AVR指令集的单片机，但它简化了单片机工作的流程，对AVR库进行了二次编译封装，将复杂的单片机底层代码封装成简单实用的函数，使用者无需关心单片机编程繁琐的细节，如寄存器、地址指针等，从而大大降低了单片机系统开发难度，特别适合老师、学生和业余爱好者使用。

Arduino系列控制器具有的特色如下：

1）开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可根据需求自行修改。

2）可以采用USB接口供电，也可以外部供电。

3）支持ISP在线烧写，可以将新的“bootloader”固件烧入Arduino的CPU芯片。有了bootloader之后，可以通过USB更新程序。

4）可依据官方提供的PCB和SCH电路图（Eagel格式）来简化Arduino模组，完成独立运作的微处理控制。可简单地与传感器、电子元件等连接，如红外线、光敏电阻、热敏电阻、超声波、舵机等。

5）支持多种互动程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、C、Processing等。

6）在应用方面，利用Arduino突破了以往只能使用鼠标、键盘、CCD等输入方式获取互动内容，而是可以更简单地达成单人或多人游戏互动。

1.2 Arduino资源

Arduino的出现，大大降低了互动设计的门槛，越来越多没有学过电子知识的人，如艺术家、设计师等，开始使用Arduino制作各种充满创意的作品。为了满足不同应用领域的要求，Arduino设计了多款不同型号的开发板，如Arduino Duemilanove、Arduino Nano、Arduino mini、Arduino BT、Arduino Fio、Arduino Uno等。本书针对后面章节的需要，介绍Arduino Uno与Arduino Mega2560两种开发板。

1.2.1 Arduino Uno开发板

Arduino Uno具有14个数字I/O口，6个模拟I/O口，一个复位开关，一个ICSP下载口，支持USB接口。其中，可通过USB接口直接供电，也可以使用单独的7～12V电源供电，具体的资源分配如图1.1所示。

Arduino Uno开发板的各引脚定义如下：

‰数字引脚：0～13

‰串行通信：0作为RX，接收数据；1作为TX，发送数据

‰外部中断：2，3

‰PWM输出：～3，～5，～6，～9，～10，～11

‰SPI通信：10作为SS，11作为MOSI，12作为MISO，13作为SCK

‰板上LED：13

‰模拟引脚：A0～A5（在引脚号前加A，以区分数字引脚）

‰TWI通信：A4作为SDA，A5作为SCL

1.2.2 Arduino Mega 2560开发板

与Arduino Uno相比，Arduino Mega2560的资源就丰富多了，它具有54个数字I/O口（其中14个可提供PWM输出），16个模拟I/O口，4对串行数据通信口（UART），一个复位开关，一个ICSP下载口，支持USB接口和直流电源供电，具体的资源分配如图1.2所示。

Arduino Mega2560开发板的各引脚定义如下：

‰数字引脚：0～53

‰串行通信：提供4组串行通信端口，0（RX）和1（TX）作为串口1，19（RX）和18（TX）作为串口2，17（RX）和16（TX）作为串口3，15（RX）和14（TX）作为串口4

‰外部中断：提供6个外部中断源，分别是2（外部中断0），3（外部中断1），21（外部中断2），20（外部中断3），19（外部中断4），18（外部中断5）

‰PWM输出：0～13

‰SPI通信：53作为SS，51作为MOSI，50作为MISO，52作为SCK

‰板上LED：13

‰模拟引脚：A0～A15（在引脚号前加A，以区分数字引脚）

‰TWI通信：20作为SDA，21作为SCL

1.3 安装Arduino Uno驱动

在应用Arduino开发环境进行程序设计前，首先要安装Arduino Uno控制板的驱动程序。本节介绍Arduino Uno驱动程序的常规安装方法，并对一种经常导致驱动安装不成功的情况给出了解决方法。

1.3.1 常规Arduino Uno驱动程序安装方法

准备一块Arduino Uno控制板和一条USB连接线，当第一次将Arduino Uno板与电脑相连时，电脑上会出现“找到新的硬件向导”对话框，如图1.3所示，同时控制板上的电源指示灯被点亮。

在图1.3中，选择“从列表或指定位置安装（高级）”，点击“下一步”，出现如图1.4所示的对话框。

选取Arduino开发环境目录下的drivers文件夹，点击“下一步”，完成驱动程序安装，如图1.5所示。

如图1.6所示，在设备管理器中查看新安装的Arduino Uno开发板通过USB转串口所对应的串口号为COM3。

1.3.2 Arduino驱动安装过程出现的问题及解决方法

在上面步骤中，如果按照图1.4所示进行下一步操作后，弹出如图1.7所示的Arduino板驱动程序安装失败的对话框，可通过如下步骤来解决。

首先把文件mdmcpq.inf拷贝到系统盘（一般是C盘）Windows目录下的inf文件夹里面，其次把文件usbser.sys拷贝到C：\Windows\System32\drivers里面。这两个文件可从其他Windows系统中拷贝过来，或到网络上查找。

然后打开电脑的“设备管理器”对话框，如图1.8所示。

点击右键选中未被电脑识别的Arduino Uno，如图1.9所示，从弹出的快捷菜单中，选择“更新驱动程序”，将弹出如图1.10所示的“硬件更新向导”对话框，依照提示完成Arduino Uno驱动的安装。

按照图1.4的提示，完成Arduino Uno驱动程序更新，如图1.11所示。

1.4 Arduino开发环境

Arduino开发环境的主界面如图1.12所示，除了包含File（文件）、Edit（编辑）、Sketch（概述）、Tools（工具）、Help（帮助）这5类菜单外，在菜单栏下方还提供了5个常用的快捷菜单按钮，它们依次为Verify（校验）、Upload（上传）、New（新建）、Open（打开）、Save（保存）。

这5个快捷菜单按钮的具体功能如下：

：Verify（校验），用于完成程序的检查和编译。

：Upload（上传），用于将编译完成后的程序上传到Arduino控制板中。

：New（新建），用于新建一个Arduino程序文件。

：Open（打开），用于打开一个已存在的Arduino程序文件，其文件后缀名为.pde，1.0版本以后的文件后缀名为.ino。

：Save（保存），用于保存当前的程序文件。

下面以Arduino Uno开发板自带的LED灯闪烁的例子，来介绍利用Arduino进行单片机程序开发的具体流程。

1.新建文件

点击New按钮后，新建一个空白的Arduino程序文件，其界面如图1.12所示。

2.串口设置和Arduino控制板型号选择

Arduino控制板驱动程序安装完成后，在“我的电脑→设备管理器”中查看连接到电脑的Arduino板所对应的串口号，如图1.13所示，当前Arduino Uno板对应的串口是COM3。

点击“Tools→Serial Port”，在其下拉菜单中选择COM3，如图1.14所示，即完成当前设备的串口配置。

点击“Tools→Board”，在其下拉菜单中选择“Arduino Uno”，如图1.15所示，即完成当前控制板的型号选择。

3.程序设计

在Arduino开发环境的程序编辑区中输入程序代码，如图1.16所示。

从图1.1可知，Arduino Uno板上LED的引脚是13，则编写使该LED循环点亮-熄灭1秒的程序如下：

int led = 13;
void setup()
{
  pinMode(led, OUTPUT);
}
void loop()
{
  digitalWrite(led, HIGH);   // LED引脚置高电平
  delay(1000);               // 延时1s
  digitalWrite(led, LOW);    // LED引脚置低电平
  delay(1000);               // 延时1s
}

4.程序保存

程序输入完成后，在Arduino开发环境中点击“File→Save”菜单，在当前路径保存文件，或点击“File→Save As”将该文件另存在其他路径。

5.程序编译

点击

（Verify）按钮实现当前程序的编译，程序编译需要一点时间，等完成编译工作后，Arduino开发环境的状态栏会提示“Done compiling（程序已编译完成）”，同时信息提示栏会显示该程序进行编译后的大小，如图1.17所示，该程序编译后的大小为1084bytes。

6.程序上传

点击（Upload）按钮将编译成功的程序上传到Arduino Uno控制板，在程序上传过程中，控制板的串口指示灯（RX和TX）会不停闪烁。程序上传完成后，Arduino开发环境的状态栏提示“Done uploading”，如图1.18所示，同时Arduino Uno控制板上的LED会不停闪烁。恭喜你，到此为止，通过一个简单的例子，你已经学会了使用Arduino。