開源硬件Arduino UNO的原理與應用

孫宏偉 肖正洪

摘 要：Arduino是源于意大利的一個開放源代碼的硬件平臺，基于單片機系統開發，具有使用簡單、功能多樣等優點，廣泛應用于互動產品創新設計。文中介紹了Arduino UNO的資源、開發環境、程序語法的主要結構，并通過具體實例說明其使用方法。

關鍵詞：開源硬件；Arduino UNO；創新設計

Arduino是源于意大利的一個開放源代碼的硬件平臺，該平臺包括一塊具備簡單I/O功能的電路板以及一套程序開發環境軟件。Arduino可以用來開發交互產品，比如它可以讀取大量的開關和傳感器信號，并且可以控制電燈、電機和其他各式各樣的物理設備；Arduino也可以開發出與PC相連的周邊裝置，能在運行時與PC上的軟件進行通信。Arduino的硬件電路板可以自行焊接組裝，而程序開發環境的軟件則可以從網上下載。由于Arduino具有高度的模塊化特點，因此有時叫它“電子積木”。UNO在意大利文中的意思為“1”。Arduino UNO硬件尺寸皆同于舊版，主要核心還是ATMEGA328，與之前版本的最大差異在于USB to Serial芯片的使用，這帶來的好處是價格降低了，更主要的是使得Arduino UNO在PC端可以顯示為一個USB設備。Arduino UNO的實物圖，如圖1-1所示。

一、Arduino UNO的資源

Arduino UNO 具有14個數字I/O口（其中6個可提供PWM輸出），6個模擬I/O口，一個復位開關，一個ICSP下載口，支持USB接口，可通過USB接口供電，也可以使用單獨的電源供電。Arduino UNO的資源如圖1-2所示。

二、Arduino UNO的開發環境

Arduino UNO的開發環境是以AVR-GCC和其他一些開源軟件為基礎，采用JAVA編寫的，軟件無需安裝，下載完成解壓縮后就可以直接打開使用了。當把程序上傳到Arduino UNO時，它會自動把代碼轉換成C語言，再傳給AVR-GCC編譯器，然后把代碼最終編譯成微處理器能明白的指令。這些都是Arduino UNO很重要的一部分，因為它隱藏了復雜的編譯過程，讓使用者以盡可能簡單的方式去控制微處理器。圖1-3所示的就是Arduino UNO開發環境的主界面，中間的白色區域就是程序編輯區，下方的黑色區域為信息提示區。

除了一般熟悉的下拉式菜單外，Arduino UNO也提供了幾個快捷鍵，具體功能如下：

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三、Arduino UNO程序語法的主要結構

Arduino UNO的程序語法結構必須包含以下兩個函數：setup（ ）與loop（ ）。setup（ ）在程序流程中只會執行一次，所以用于定義所有需要設定、初始化的參數和函數，或是引腳功能的指定，都會在這部分先定義完成。loop（ ）是主程序的執行內容，只要電源不中斷，函數內的程序就會一直執行。

四、應用

Arduino UNO的開發環境方便且簡單易懂，所以在互動產品創新設計等方面應用較多，本文通過控制LED閃爍的例子來說Arduino UNO的使用，由于在 Arduino UNO板的13號引腳上已經待了一個LED燈，我們就可以不用進行外接元件及連線。直接編寫程序，如下所示。

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程序編寫完成后，點按鈕■實現程序的編譯，在狀態欄會提示程序編譯完成，信息提示區會顯示程序編譯完成后的大小。編譯完成后點擊上傳按鈕■，上傳完成后狀態欄會有上傳成功的提示。可以觀察到Arduino UNO控制板上LED燈亮一秒，滅一秒，如此往復。

參考文獻：

[1]孫駿榮.Arduino一試就上手[M].北京：科學出版社，2012.

[2]Massimo Banzi.愛上Arduino[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3]楊繼志.基于Arduino的網絡互動產品創新設計[J].機電產品開發與創新，2012，（01）.