與GNU，Linux和其他開源軟件改變編程世界的方式大致相同，支持Arduino的開源硬件平臺開始重寫許多嵌入式應(yīng)用程序的參與規(guī)則。 Arduino開源電子原型開發(fā)平臺最初是為自己動手（DIY）和業(yè)余愛好者社區(qū)開發(fā)的，它基于靈活，易用的硬件和軟件。雖然在藝術(shù)家，修補匠和其他創(chuàng)意類型中仍然廣受歡迎，但其低成本，以及快速增長的免版稅眾包IP生態(tài)系統(tǒng)正在贏得許多商業(yè)開發(fā)者的忠誠度。在這個簡短的調(diào)查中，我們將回顧Arduino背后的硬件和軟件，以及它正在供電的一些應(yīng)用程序。

圖1：MakerBot的Thing-O-Matic 3D打印機價格僅為傳統(tǒng)數(shù)控機床的一小部分，使用Arduino處理器板來控制其步進電機，熱敏打印頭和其他機電元件。該產(chǎn)品將廉價的ABS長絲原料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善?，用于原型制作或小批量生產(chǎn)，尺寸公差接近0.02 mm。 （由MakerBot Industries提供）

Arduino歷史

Arduino不是一個特定的產(chǎn)品或技術(shù)，而是圍繞Atmel的megaAVR系列8位MCU成長的硬件，軟件，工具和人力資源的生態(tài)系統(tǒng)。其緊湊的電路板，C ++派生的編程語言和編程環(huán)境很大程度上歸功于哥倫比亞藝術(shù)家和程序員Hernando Barrag于2003年創(chuàng)建的Wiring開源原型平臺的多功能性和易用性。 Barrag的目標是簡化愛好者，藝術(shù)家，研究人員和其他非工程師的電子系統(tǒng)開發(fā)，同時提供對經(jīng)驗豐富的開發(fā)人員所需的所有鈴聲，口哨和黑客的輕松訪問?；贏Tmega1281和ATmega2561微控制器，緊湊，廉價的Wiring/WiringMini處理器板已經(jīng)被用于創(chuàng)建從交互式玩具和足球機器人到掃描電子顯微鏡控制器的所有東西。

Arduino平臺最初由Massimo Banzi和David Cuartielles于2005年在意大利開發(fā)，作為學(xué)生設(shè)計項目的工具。它擴展了接線平臺的功能，增加了一些新的編程功能和標準互連系統(tǒng)，允許CPU板連接到各種可互換的附加模塊（稱為屏蔽）。

Arduino硬件

與其前身一樣，Arduino開源硬件平臺基于Atmel的多功能ATmega MCU系列（圖2）。 ATmega改進的哈佛式AVR處理器內(nèi)核結(jié)合了豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有32個寄存器都直接連接到算術(shù)邏輯單元（ALU），允許在一個指令周期內(nèi)訪問兩個獨立的寄存器。 ATmega MCU提供4 K或8 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存（具有讀寫功能）以及EEPROM（256/512/512/1 KB）和SRAM（512/1 K/1）的各種組合K/2千字節(jié)）。

圖2：Atmels的ATmega MCU的框圖。 （由Atmel Microelectronics提供）

AVR CPU具有強大的硬件功能和I/O功能。雖然有些MCU的配置略有不同，但大多數(shù)設(shè)備包括：

23通用I/O線

6通道或8通道10位ADC

六個PWM通道

串行可編程USART

一個面向字節(jié)的2線串行接口

一個SPI串口

三個靈活的定時器/計數(shù)器（帶比較模式）

帶有獨立振蕩器的實時計數(shù)器

帶內(nèi)部振蕩器的可編程看門狗定時器

所有形狀因子場合

Arduino手機中裝有越來越多的處理器板，這些處理器板是為適應(yīng)特定的外形或應(yīng)用而開發(fā)的。大多數(shù)設(shè)計包括穩(wěn)壓電源和一組連接，以評估其總線信號和面向控制的I/O.由Arduino團隊創(chuàng)建的最受歡迎的板之一是Uno（圖3）。該板包括一個16 MHz晶體振蕩器，一個USB連接，一個電源插孔，一個ICSP接頭和一個復(fù)位按鈕。它的片上穩(wěn)壓器允許它通過AC-DC適配器或電池供電，或通過USB電纜連接供電。

圖3：Arduino Uno板。 （由Arduino.cc提供）

Uno Board的I/O母針連接器可以訪問MCU的14個數(shù)字輸入/輸出引腳和6個模擬輸入。六個I/O引腳可用作PWM輸出，從照明調(diào)光器到電機控制器等各種功能都非常方便。這些連接器還可以添加輔助板，稱為屏蔽，可以包含額外的電子設(shè)備和I/O連接。

Arduino Nano是一款稍微緊湊的電路板，基于ATmega328或ATmega168，專門設(shè)計用于掉到面包板上（圖4a）。對于空間更高的應(yīng)用，Arduino Mini（圖4b）也可用。其他變體包括用于小型電路的面包板區(qū)域或板載通信功能，如藍牙或以太網(wǎng)（圖4c）。 Arduino系列中最獨特的成員之一是LilyPad，專為“智能服裝”和電子紡織品設(shè)計的板（圖4d）?？汕逑?可穿戴處理器板可縫合到織物上，并使用導(dǎo)電線連接到類似安裝的電源，傳感器和執(zhí)行器。

圖4：Arduino平臺的流行變體包括Nano（4a），Mini（4b），Arduino以太網(wǎng)（4c）和可清洗/可穿戴LilyPad（4d）。 （由Arduino.cc提供）

大多數(shù)“官方”Arduino板設(shè)計都可以作為預(yù)組裝板，快速構(gòu)建套件以及通常作為裸板使用。商業(yè)設(shè)計師（和硬核DIY用戶）可以從開源硬件CAD文件中推出自己的主板，并下載Arduino軟件，以便在開源許可協(xié)議下使用。

Arduino編程

Arduino硬件平臺由開源軟件包支持，該軟件包由集成開發(fā)環(huán)境（IDE），標準編程語言編譯器和直接在板上運行的引導(dǎo)加載程序組成。

軟件開發(fā)是使用Arduino IDE執(zhí)行的，這是一個基于Processing編程語言和Wiring項目的用Java編寫的跨平臺應(yīng)用程序。雖然最初設(shè)計用于向不熟悉軟件開發(fā)的藝術(shù)家和其他新手介紹編程，但它具有的功能和擴展使更多有經(jīng)驗的程序員感到舒適和高效。代碼編輯器包括語法突出顯示，括號匹配和自動縮進等功能，并且只需單擊即可編譯和上載程序到板。

Arduino程序是用C/C ++編寫的，雖然用戶只需要定義兩個函數(shù)來制作一個可運行的程序：

setup（） - 一個函數(shù)運行一次在可以初始化設(shè)置的程序開始時

loop（） - 一個重復(fù)調(diào)用的函數(shù)，直到電路板關(guān)閉電源

IDE還包括一個C/C ++函數(shù)庫，支持最常見的輸入/輸出操作。

Arduino.cc網(wǎng)站免費提供完整的IDE，大量擴展和示例代碼，以及一套有關(guān)編程的綜合教程。

I/O擴展（屏蔽）

幾乎所有的Arduino電路板都可以使用稱為“屏蔽”的夾層式附加卡輕松擴展，這些插卡通過簡單的0.10“引腳連接到MCU的總線和I/O信號頭。屏蔽的可堆疊混合和匹配連接系統(tǒng)使用市場上的幾個制造商或眾多引腳兼容的擴展屏蔽套件中的一個提供的商用預(yù)組裝板，可以輕松添加I/O或其他擴展電路。

Arduino平臺引起了業(yè)余愛好者和商業(yè)嵌入式社區(qū)的興趣，產(chǎn)生了大量專用屏蔽，包括中繼板，高分辨率多通道D/A或A/D轉(zhuǎn)換器，交流或直流電源控制器和電機控制器（圖5）。由于市場上有幾種以太網(wǎng)屏蔽，因此將Arduino板連接到有線網(wǎng)絡(luò)很容易。

圖5：額定工作電壓高達30 V和2.8 A峰值輸出，這款商用Arduino電機控制屏可驅(qū)動兩個直流電機機器人或運動控制應(yīng)用。 （由RuggedCircuits提供）

為Arduino設(shè)計添加無線功能也很容易?？梢允褂弥С?a href="http://www.socialnewsupdate.com/tags/zigbee/" target="_blank">ZigBee，藍牙和801.11無線協(xié)議的屏蔽。還有幾個屏蔽包含一個完整的基于GSM的蜂窩收發(fā)器，支持GPRS服務(wù)，并使用計算機USB端口提供的電壓在Arduino Uno和Mega板上運行。

與Linux從開源社區(qū)遷移到商業(yè)軟件市場的方式大致相同，Arduino的低成本和多功能性開始在商業(yè)硬件開發(fā)商中建立忠誠的追隨者。雖然許多初始應(yīng)用程序是由業(yè)余愛好者和學(xué)者開發(fā)的，但預(yù)計用于創(chuàng)建它們的Arduino技術(shù)將很快進入商業(yè)產(chǎn)品。