arduino

原著:http://bbs.cepark.com/viewthread.php?tid=5103&extra=&highlight=arduino%2B&page=2

    arduino是幾年前義大利搞起的一個開源avr系統，使用mega8或mega168等，做成系統板和擴展版，mpu先要注入啟動程式，以後就靠串口和pc通信載入和修改應用程式，使用它自己的一套類似c的語言可以自由下載，傳播，編程容易，對於搞硬體不熟練的人也能開發自己的程式。國外有很多愛好者討論這個東西。國內比較少人。見www.arduino.cc
好的，這個東西外面很紅，國內不熱，中文資料也少有個網站大家可以參考http://blog.arduino.cn

它現在有多個版本，現上一個使用232晶片的電路圖，其他東西陸續上。達到大家共用。



它使用232和pc通信，自己製作還可以簡化：沒有3.3V器件，上面那個穩壓器可以不要，其他要點：AVR要使用頻率高的例如MEGA8-20PU，用外部晶振16M.再就是具體佈置圖主要注意引出插針或插座排的距離（以便和擴展模組匹配）回頭會交待



可見和前面的基本相同。

對應的元件佈置為：

注意了，無論哪個版本元件佈置上特別注意mega8上方的排針或排座，左面是PORT B,右面PORT D，mega8下方的左邊：電源/接地引出，右邊PORT C，上方用於數位輸出輸入以及PWM等，下面用於AD變換，擴展版是疊加在系統板上最終構成積木式的應用系統。因此就比較機動靈活了。這也就是ARDUINO的一個特點吧。

現在由於很多新電腦取消了串口，有的只是usb，針對這種情況，比較新的系統板也使用了usb（實際是usb轉串口）作為和上位機的通信。下面就是電路：

除了增加usb介面晶片FT232RL和USB插座，取消了串口插座和232電路以外其他還是和原來一樣。這個型號他叫Diecimila,不知道什麼意思。

如果已經有了串口的系統板，是否扔掉換這種呢？我看不必，因為現在usb的發展已經促使人們開發出了各種轉換器，其中就有usb轉9針232串口的轉接線，市面上20多元就可以買到（上面的FT232RL晶片也要20多元），買回後電腦安裝隨帶的光碟驅動，就可以用了。這時電腦把它作為COM4，我經過實際試驗，證明完全可用。

上面列出的這些電路，如果自己製作，有條件當然做電路板，不過只有三極管232的是單面板，其他都是雙面板，自己做起來困難。好在這個東西看來比較自由，我就是用的萬用洞洞板做的，實際使用效果不錯。不過最好能買到預留232插座、電源插座的板子，免除了自己打孔的麻煩。電源方面板子上都安裝7805，那外面就配一個9V插頭電源即可，不建議從USB取電，因為自己製作的東西萬一疏忽燒掉電腦的USB口就慘了。

如果要製作上面這個DIECIMILA電路有一點要嚴重注意！就是圖中的R2可以不要，明明畫的電阻R3實際上應該用0.1的電容，否則不行！注意注意。另外FT232RL是貼片元件，直接在萬用板上裝有困難，最好通過轉接電路板安裝。

另外，所有電路都具有6線SPI下載介面，這個東西僅僅用來給空白mega8/168裝載啟動程式，以後除非啟動區破壞了要重裝，否則再也用不到，如果你有其他的avr mega8板可以下載程式，也就不一定要這個6線下載口了。

下面就是我自己做的一塊試驗板，這裏既用了232電平轉換晶片MAX232，又用了USB轉232晶片FT232RL，反正是試驗嗎，大不了不成功。實驗證明都可以用，當然，從MEGA8串入和串出，用跳線帽選擇，一次只能用1種。圖中注明了上排插座條和下排插座條之間的距離，經過反復分析原版圖片得知，是19倍萬能板孔距。因為這孔距為0.1英寸也就是100mil（1英寸等於1000密爾），以便和擴展板的插針排距離相容。否則就要另外引線了。
除了上述電路外，2009年的新電路又有些改進，主要是使用了低壓差穩壓電路代替能耗大的7805，同時也可以從usb取電，還有自動切換電路，只有在外部電源太低時才從usb取電，晶片上，可以用atmega328，進一步擴大了存儲容量，其他性能也和老的相容：14個IO，另外6個AD。電路如下：

其實大家製作時不用這麼複雜，用市場容易買到的低壓差穩壓電路1117-5即可，外部電源有7.5V足夠，發熱很低，不過是貼片元件。我就用的這個）

這個電路的古怪名字是Duemilanove，都不知道該怎麼讀。

另外還有小型化的，等等就不一一列舉了，在arduino的官方網站上都有。

現在，我們對這個ARDUINO的硬體已經有所瞭解，實際上它的官方，把這個系統板叫做I/O板，那麼以後大家還是叫他官名好了。說白了硬體上，這個ARDUINO的I/O板就是一塊具有RS232串口通信功能的AVR最小系統而已。其他特點：
1，所用的ATMEGA8,168,328,1008等MCU要使用16MHz晶體，
2，為了通過串口下載程式，MCU事先必須裝載啟動載入程式Bootloader。

那麼我們使用這個東西究竟有何助益？直接用AVR STUDIO編程不就得了？實際上這個東西最大的特點也就是在他的軟體方面。就我的粗淺理解，這是個面向物件的系統，他的物件不是MCU而是整個I/O板，於是在編程中我們不需要再考慮如何去設置I/O口，如何去給那一大堆特殊功能寄存器賦值，所有這些都被仔細地封裝了起來，因此編程的重點就是怎樣使用函數來達到I/O板的正確動作。但是，他使用的ARDUINO語言很像C，但又不是C，他的程式不叫Programm，而叫Sketch，查字典他就是草圖，草案，速寫。。。當年魯迅告訴文學青年，寧可將小說壓成sketch，也不要把sketch拉成小說，，，總之它是另搞一套。我們下次再說。

因此在編程（編sketch?)中，不再指定PORTD，PB3，PINC之類，而使用I/O般的引腳編號代之，他和MCU對應腳的關係再畫一遍如下圖：

arduino的硬體就簡介這麼多，下面接著說說怎樣使用這個硬體：

1，到arduino官方網站下載arduino套裝軟體，它包括了編程平臺，例子，bootloader。等等下載頁面：http://arduino.cc/en/Main/Software

最新版是最近推出的16版，也可以下栽較老的版本（Previous IDE Versions）當然選用windows的。這是綠色軟體，下栽後僅僅解壓即可。

2，把下栽的套裝軟體解壓到自己設定的檔夾。

3，以15版為例，此檔夾包括arduino-0015-windows\arduino-0015\等等如下圖：



其中，arduino.exe就是編程平臺執行檔，先記住，接著打開hardware\bootloaders\，下面有atmega和atmega8夾子，如果你使用的是mega8就打開aymega8，如果你地用的mega168等，就打開atmega，從裏面找到所需的bootloader文件：ATmegaBOOT.hex

4,把mcu例如Mega8插入I/O板。確認它是高頻型號的20PU，以及具有外部晶振16M。下面一項重要工作就是給mega8裝入bootloader。

這裏我要多囉嗦幾句：這個bootloader啟動加栽程式位於mega8的程式flash區的後部，不能和通常的程式那樣直接下栽到mega8中。必須要對熔絲先行設置。

5,設置mega8的熔絲：使用ponyprog2000這個少不得的工具，插好下載線，通電，運行ponyprog2000。讀出默認熔絲設置如圖：

現在需要修改：把CKOPT,BOOTSZ1,BOOTRST,SUT1各項打勾如下圖：



現在需要修改：把CKOPT,BOOTSZ1,BOOTRST,SUT1各項打勾如下圖：



點Write把攝製的熔絲寫入，就行了，

6，寫入bootloader:雖然arduino平臺也提供了下栽bootloader的功能，但是或許要用到昂貴的下載器MKII或許要重做並口下載線（和我們常用的帶244的下載線並口定義不同），因此我們還是用ponyprog2000進行bootloader的下載。這時因為事先已經改好了熔絲，所以他就會裝入flash的後部。下載方法，大家都知道，就不多說了，至此你的系統就準備開工啦！當然還得拔掉下載線，而且只要bootloader不損壞，就再也不用它了。

前面介紹了一大堆，那麼下面我們看看這個arduino是怎樣運行的，當然，現在已經有了I/O板，上面的MEGA8已經裝入了BOOTLOADER，把I/O般和電腦用串口電纜連起來（或者採用USB轉串口線也行，我現在就是這種狀態）插上I/O般的直流電源。

然後到安裝文件夾找到ARDUINO.EXE，運行它，編程平臺IDE就出來了，可見十分簡潔如下圖：



现在是空白的，我们还是使用现成的例子看看怎么搞：展开FILE下面的一系列菜单，最后找到Blink闪光程序，利用I/O板上引脚13连接的LED来运行它，如下：




点Blink，源代码就加入空白编辑区：



现在我们来考察一下这个arduino程序，或者就是他说的sketch:

为了清楚起见，我把代码复制到下面并加以势必要说明：

/*
* Blink
*
* The basic Arduino example. Turns on an LED on for one second,这个闪光例子是led亮1秒，灭1秒，之所以用13脚，因为在此
* then off for one second, and so on... We use pin 13 because, I/O板已经装有带限流电阻的LED
* depending on your Arduino board, it has either a built-in LED
* or a built-in resistor so that you need only an LED.
*
* http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Blink
*/

int ledPin = 13; // LED connected to digital pin 13 :led连接到引脚13

void setup() // run once, when the sketch starts :程序启动后先运行此函数，内容应该自己编辑
{
pinMode(ledPin, OUTPUT); // sets the digital pin as output ：这个函数指定引脚13为输出
}

void loop() // run over and over again ：主循环部分，
{
digitalWrite(ledPin, HIGH); // sets the LED on ：此函数让引脚13高：灯亮
delay(1000); // waits for a second ：延时1000毫秒
digitalWrite(ledPin, LOW); // sets the LED off ：灯灭
delay(1000); // waits for a second ：延时1000毫秒
}
可以发现，这很像C，但又不是C，真是怪种，一般最前面是变量区，里面申明全局变量，然后他把C的main{}拆成了setup{}和loop{}两部分，另外C中的变量类型，运算符，条件判断，分支，循环，数学函数等等ARDUINO大都一样，所以会C，很快可以掌握这个东西。只是他还具有一些特色函数，举个例如map(val,x00,x01,y00,y01),就是把变量val的变化范围从x00最小到x01最大改变成y00最小到y01最大。好了程序有了，下面点File菜单下方的外园内三角按钮，来build可执行文件，此时按钮变黄，过几秒钟按钮恢复白色，下面的黑色信息窗里显示下图：



说明编辑成功，可以把它下载到I/O板上的mega8了。

为此打开tools菜单：



如果是串口选com1，usb选com3,点Tools下方的有右向箭头的方形按钮就开始下载了，等候一会i/o板上的串口灯交替闪动，过一会，下载完毕。按一下复位按钮，重新启动。你就发现启动后过一段时间，led闪光起来，程序成功了

还有一点要交待，就是必须选择I/O板的类型：打开Tools菜单项选择如下图：

现在用的mega8，就选这个。

另外菜单向下方的7个快捷按钮，2园5方，从左到右分别是：1，编译。2，停止编译。3。新建程序。4，打开已保存程序。5，程序存盘。6，下载可执行文件到I/O板。7，启用串口监视功能。

在写好了SKETCH以后，就要编译连接，生成可执行代码。在编译过程中如果有语法错误，他会自动停止，在下方信息创给出红字提示，那么就停止编译，修改好后再来。好后，在File菜单打开Save as另存为，保存到你所需的文件夹。其他就不多说，就最后一项说一下：在程序中可以设置通过串口上传数据，如果按下这个按钮，上传输局就会依次在下方的信息创显示出来，这个功能简直太方便了。可见ARDUINO的编程平台外表虽然简单，功能还是很有特色的。下面给出一个简单程序：用普通led测光并控制iI/O板上的13脚led:

//变量
int ledPin = 13; // LED ，13脚
int analogPin=0; //AD脚，0脚（AD端子）
int value=LOW; //val是让LED脚高或低，HIGH,LOW 是常量
int val=0; //这个是AD变换的初始值

long previousMillis = 0; //这两个用来计数延时，不用上例的延时函数方法
long interval = 1000;

void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT); // 输出I/O上的LED
Serial.begin(9600); //串口通信设置为9600速率
}

void loop()
{
if (millis() - previousMillis > interval) //判断当前时间和预设时间的差值毫秒，1000毫秒更新一次预设值
{ previousMillis = millis();
val=analogRead(analogvPin); //读出AD转换值
if(val<110) //下面是通过AD值控制13脚LED
value = HIGH;
else
{if (value == LOW)
value = HIGH;
else
value = LOW;
digitalWrite(ledPin, value); //控制LED
}
Serial.print("DETECT:"); //串口上传AD值
Serial.println(val);

}
}
这个实验用一个透明封装的高亮度LED作为测光元件，正极插在AD0引脚，光照下13脚LED闪光，遮住感光LED,13脚LED停止，运行如下图，：

点串口监视按钮后，AD数据在监视窗显示出来



下载 (55.3 KB)2009-7-11 07:07

总之，arduino能做的还真不少，特别是有些功能做起来很简单，例如1602液晶显示，通常avr编程时比较麻烦的，就是原样复制现成的程序也因为速度等原因不能保证完全成功，而这个arduino它的封装使得我们不必考虑细节以及初始化等等过程，而只要使用一个液晶显示函数便可，作为本贴结尾，最后给出一个我自己做的例子，sketch如下：

#include //需要包含文件
// LiquidCrystal display with: //下面是指定液晶的控制线和数据线在I/O板上的对应引脚
// rs on pin 12
// rw on pin 11
// enable on pin 10
// d4, d5, d6, d7 on pins 5, 4, 3, 2 //使用4线方式，实际连接时要按照这里指定的对应连接
LiquidCrystal lcd(12, 11, 10, 5, 4, 3, 2); //用这个定义一个液晶类型变量int ledPin = 13; // LED connected to digital pin 13
int recvPin=0; // 还是AD 0引脚输入
int wait=1000;
int val=0;
void setup()
{

pinMode(ledPin, OUTPUT); // LED引脚输出
Serial.begin(9600); //串口波特率
lcd.print(" Hello, World!"); //就这个在LCD上显示出来了
}

void loop()
{
digitalWrite(ledPin, HIGH); // LED 亮


delay(wait); // 延时1秒
digitalWrite(ledPin, LOW); // LED灭
delay(wait); // 延时1秒
val=analogRead(recvPin); //取AD值
Serial.print("DETECT:"); //在电脑显示AD值
Serial.println(val);

}
执行3个任务：
1，让一个LED每秒点灭；
2，用一个LED测光，并每秒把这个相关数值上传到电脑上显示
3，用1602显示“ Hallo, World!

实际如图：



好了，这次简介就到这里，希望对你有所启发！谢谢！

用 H-Bridge 來控制直流馬達
注意: 電路圖和PCB板子的差異 :
上圖中 CPU : atmega168 (16K flash)
XTAL : 20MHZ

Arduino NG Rev. C 電路圖
電路中 CPU : atmega8 (8K flash)

XTAL : 16MHZ

ATmega8 and ATmega168 的差異:
I have looked up both the datasheets of ATmega8 (not ATmega88) and ATmega168 and upon comparing the features listed in the first page of the datasheet and the pin out diagrams, I could see following differences:
(1) Amount of Flash memory (flash 大小不同)
(2) Interrupt and Wake-up on Pin Change (中斷和Wake-up 腳位交換)
The rest looks like pin to pin compatible. I am not sure how to compare 2 different micro controllers functionally without reading through 400 pages.

MEGA168 3.3V供電下 BOD設置 Vbod=2.7V
MEGA8 3.3V供電下 BOD設置 Vbod=2.6V
其它不同點請詳閱CPU datasheet