首先開發(fā)板實(shí)物圖如下：

      在本篇文章中，我們將詳細(xì)介紹Arduino開發(fā)板的硬件電路部分，具體來(lái)說(shuō)，就是介紹Arduino Uno開發(fā)板的引腳分配圖及定義。Arduino Uno微控制器采用的是Atmel的ATmega328。 Arduino Uno開發(fā)板的引腳分配圖包含14個(gè)數(shù)字引腳、6個(gè)模擬輸入、電源插孔、USB連接和ICSP插頭。引腳的復(fù)用功能提供了更多的不同選項(xiàng)，例如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、LED、讀取傳感器等。在這篇文章中，我們將介紹Arduino Uno引腳的功能。

Arduino Uno引腳分配圖

Arduino Uno引腳分配 - 電源

Arduino Uno開發(fā)板可以使用三種方式供電：

●    直流電源插孔 -可以使用電源插孔為Arduino開發(fā)板供電。電源插孔通常連接到一個(gè)適配器。開發(fā)板的供電范圍可以是5-20V，但制造商建議將其保持在7-12V之間。高于12V時(shí)，穩(wěn)壓芯片可能會(huì)過(guò)熱，低于7V可能會(huì)供電不足。

●    VIN引腳 - 該引腳用于使用外部電源為Arduino Uno開發(fā)板供電。電壓應(yīng)控制在上述提到的范圍內(nèi)。

●    USB電纜 - 連接到計(jì)算機(jī)時(shí)，提供500mA/5V電壓。

在電源插孔的正極與VIN引腳之間鏈接有一個(gè)極性保護(hù)的二極管，額定電流為1安培。

您使用的電源決定了可用于電路的功率。例如，使用USB為電路供電時(shí)，電流最大限制在500mA�？紤]到該電源也用于為MCU、外圍設(shè)備、板載穩(wěn)壓器和與其連接的組件供電。當(dāng)通過(guò)電源插座或VIN為電路供電時(shí)，可用的最大電流取決于Arduino開發(fā)板上的5V和3.3V穩(wěn)壓器。

●    5v和3v3

根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)手冊(cè)，它們提供穩(wěn)壓的5V和3.3v，向外部組件供電。

●    GND

在Arduino Uno引腳分配圖中，可以看到有5個(gè)GND引腳，它們都是互連的。

GND引腳用于閉合電路回路，并在整個(gè)電路中提供一個(gè)公共邏輯參考電平。務(wù)必確保所有的GND（Arduino、外設(shè)和組件）相互連接并且有共同點(diǎn)。

●    RESET - 復(fù)位Arduino開發(fā)板。

●    IOREF - 該引腳是輸入/輸出參考。它提供了微控制器工作的參考電壓。

Arduino Uno引腳分配 - 模擬輸入

Arduino Uno有6個(gè)模擬引腳，它們作為ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）使用。

這些引腳用作模擬輸入，但也可用作數(shù)字輸入或數(shù)字輸出。

模數(shù)轉(zhuǎn)換

ADC表示模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器。 ADC是用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電子電路。模擬信號(hào)的這種數(shù)字表示允許處理器（其是數(shù)字設(shè)備）測(cè)量模擬信號(hào)并在其操作中使用它。

Arduino引腳A0-A5能夠讀取模擬電壓。在Arduino上，ADC具有10位分辨率，這意味著它可以通過(guò)1,024個(gè)數(shù)字電平表示模擬電壓。 ADC將電壓轉(zhuǎn)換成微處理器可以理解的位。

一個(gè)常見的ADC例子是IP語(yǔ)音（VoIP）。每部智能手機(jī)都有一個(gè)麥克風(fēng)，可將聲波（語(yǔ)音）轉(zhuǎn)換為模擬電壓。這通過(guò)設(shè)備的ADC，轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)浇邮斩恕?/P>

Arduino Uno引腳分配 - 數(shù)字引腳

Arduino Uno的引腳0-13用作數(shù)字輸入/輸出引腳。其中，引腳13連接到板載的LED指示燈；引腳3、5、6、9、10、11具有PWM功能。

需要注意的是：

●    每個(gè)引腳可提供/接收最高40 mA的電流。但推薦的電流是20毫安。

●    所有引腳提供的絕對(duì)最大電流為200mA。

數(shù)字電平意味著什么？

數(shù)字是一種表示1位電壓的方式：0或1。Arduino上的數(shù)字引腳是根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)為輸入或輸出的引腳。數(shù)字引腳可以打開或關(guān)閉。開啟時(shí)，它們處于5V的高電平狀態(tài)，當(dāng)關(guān)閉時(shí)，它們處于0V的低電平狀態(tài)。

在Arduino上，當(dāng)數(shù)字引腳配置為輸出時(shí)，它們?cè)O(shè)置為0或5V。

當(dāng)數(shù)字引腳配置為輸入時(shí)，電壓由外部設(shè)備提供。該電壓可以在0-5V之間變化，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字表示（0或1）。為了確定這一點(diǎn)，有2個(gè)閾值：

●    低于0.8v - 視為0。

●    高于2.0v - 視為1。

將組件連接到數(shù)字引腳時(shí)，確保邏輯電平匹配。如果電壓在閾值之間，則返回值將不確定。

什么是PWM？

通常，脈寬調(diào)制（PWM）是一種調(diào)制技術(shù)，用于將消息編碼為脈沖信號(hào)。 PWM由兩個(gè)關(guān)鍵部分組成：頻率和占空比。 PWM頻率決定了完成單個(gè)周期（周期）所需的時(shí)間以及信號(hào)從高到低的波動(dòng)速度。占空比決定信號(hào)在總時(shí)間段內(nèi)保持高電平的時(shí)間。占空比以百分比表示。

在Arduino中，支持PWM的引腳產(chǎn)生約500Hz的恒定頻率，而占空比根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)而變化。見下圖：

 WM信號(hào)用于直流電機(jī)的速度控制，調(diào)光LED等。

通信協(xié)議

串行（TTL） - 數(shù)字引腳0和1是Arduino Uno的串行引腳。

它們由板載USB模塊使用。

什么是串行通信？

串行通信用于在Arduino板和其他串行設(shè)備（如計(jì)算機(jī)，顯示器，傳感器等）之間交換數(shù)據(jù)。每塊Arduino板至少有一個(gè)串口。串行通信發(fā)生在數(shù)字引腳0（RX）和1（TX）以及USB上。 Arduino也支持通過(guò)數(shù)字引腳與SoftwareSerial Library進(jìn)行串行通信。這允許用戶連接多個(gè)支持串行的設(shè)備，并保留主串行端口可用于USB。

軟件串行和硬件串行 - 大多數(shù)微控制器都具有用于與其他串行設(shè)備進(jìn)行通信的硬件。軟件串行端口使用引腳更改中斷系統(tǒng)進(jìn)行通信。有一個(gè)用于軟件串行通信的內(nèi)置庫(kù)。處理器使用軟件串行來(lái)模擬額外的串行端口。軟件串行唯一的缺點(diǎn)是它需要更多的處理，并且不能支持與硬件串行相同的高速。

SPI - SS / SCK / MISO / MOSI引腳是SPI通信的專用引腳。它們可以在Arduino Uno的數(shù)字引腳10-13和ICSP插頭上找到。

串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface，SPI）是一種串行數(shù)據(jù)協(xié)議，由微控制器用來(lái)與總線中的一個(gè)或多個(gè)外部設(shè)備進(jìn)行通信，如連接。 SPI也可以用來(lái)連接2個(gè)微控制器。在SPI總線上，總是有一個(gè)設(shè)備表示為主設(shè)備，其余所有設(shè)備都表示為從設(shè)備。在大多數(shù)情況下，微控制器是主設(shè)備。 SS（從選擇）引腳確定主器件當(dāng)前正在與哪個(gè)器件通信。

啟用S​​PI的器件始終具有以下引腳：

●    MISO（主從輸出） - 用于向主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的線路

●    MOSI（主機(jī)輸出從機(jī)輸入） - 發(fā)送數(shù)據(jù)到外圍設(shè)備的主機(jī)線

●    SCK（串行時(shí)鐘） - 由主設(shè)備生成的用于同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)。

I2C - SCL / SDA引腳是I2C通信的專用引腳。在Arduino Uno上，它們可以在模擬引腳A4和A5上找到。

I2C通信協(xié)議通常稱為“I2C總線”。 I2C協(xié)議旨在實(shí)現(xiàn)單個(gè)電路板上組件之間的通信。使用I2C時(shí)，有2條通信線，稱為SCL和SDA。

●    SCL是用于同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)鐘線。

●    SDA是用于傳輸數(shù)據(jù)的通訊線。

I2C總線上的每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址，最多可以在同一條總線上連接255個(gè)器件。

Aref - 模擬輸入的參考電壓。

中斷 - INT0和INT1。 Arduino Uno有兩個(gè)外部中斷引腳。

外部中斷 - 外部中斷是外部干擾出現(xiàn)時(shí)發(fā)生的系統(tǒng)中斷。干擾可能來(lái)自用戶或網(wǎng)絡(luò)中的其他硬件設(shè)備。 Arduino中這些中斷的常見用途是讀取編碼器產(chǎn)生的方波或外部事件喚醒處理器的頻率。

Arduino有兩種形式的中斷：

●    外部輸入

●    引腳狀態(tài)變化

ATmega168 / 328上有兩個(gè)外部中斷引腳，稱為INT0和INT1。 INT0和INT1分別映射到引腳2和3。相反，引腳變化中斷可以在任何引腳上激活。

Arduino Uno引腳定義 - ICSP插頭

ICSP表示在線串行編程。該名稱源自在系統(tǒng)編程（ISP）。 Arduino相關(guān)的制造商，如Atmel，開發(fā)了自己的在線串行編程插頭。這些引腳使用戶能夠編程Arduino開發(fā)板上的固件。 Arduino開發(fā)板上有6個(gè)ICSP引腳，可通過(guò)編程電纜連接到編程器設(shè)備。

了解引腳定義

Arduino Uno開發(fā)板是當(dāng)今市場(chǎng)上最流行的開發(fā)板之一，這就是為什么我們?cè)诒疚闹兄饕�介紹這款開發(fā)板。本篇文章主要介紹了其大部分功能，但也有很多高級(jí)的選項(xiàng)，我們?cè)谶@篇文章中沒有涉及。

要為項(xiàng)目選擇開發(fā)板時(shí)，需要了解的重要一點(diǎn)是其功能和局限性。理解開發(fā)板使用的不同通信協(xié)議也很重要。當(dāng)然，你不需要記住所有這些信息，你可以回到這篇文章并閱讀相關(guān)信息。

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