单片机启蒙：Arduino大师之路

上学的时候学习的是工业自动化，有的叫机电一体化，进校门后问老师，到底学的是什么？班主任老师举了一个栗子，让我豁然开朗，他说，学习这本专业，类似你就是过去的车夫，马病了你得会医治马，车坏了，你得会修理车，马是动力部分，车是机械部分。现在的动力与机械需要电力电子控制，那么这就是你学这个专业的重要性。

上学时我还是电力拖动的课代表，自然在这块学的很好，计算机的学习只是我的业余爱好，悲催的是以前的爱好是计算机，当计算机专业成了我的职业时，没有的爱好。参加工作20多年，一直在想如果支持身过爱好计算机的孩子，引导他们，从“上帝”的视角提供学习的建议，哪些是重要的，哪些是未来发展有前景的学科，达到这个高峰，需要哪些知识做铺垫？否则用到时候肯定需要恶补，从而影响项目的进程，高瞻远瞩地为孩子们提一些建议。

今年落笔写下此文，希望爱好的孩子能从Arduino学习，到了高中学习51、STM32或树莓派。进入大学就可以直接开发项目。跟着导师研究课题了。大学毕业进可攻，退可守，想继续深入攻读硕士、博士，也可以直接开公司做老板。

为了把想法推广到更多的孩子们，今天从Arduino的普及开始，那么Arduino是什么？

开始讲之前跟大家普及一个知识点，Arduino是一个意大利品牌。Arduino是一个开放源码电子原型平台，拥有灵活、易用的硬件(各种开发板)和软件（arduino IDE也就是编程器）。吉安优创电子科技有限公司作为arduino国内为数不多的正版授权公司，坚持正版。打击抵制各类盗版，改版，兼容版的侵权行为，也奉劝广大消费者不要去购买，以免带来不必要的麻烦。Arduino专为设计师，工艺美术人员，业余爱好者，以及对开发互动装置或互动式开发环境感兴趣的人而设的。

在国内Arduino开发的很多，有原版的ARDUINO UNO R3，有DFrobot、好好搭搭，豆米工坊等等很多品牌，值得一提的是，小学生或初中生低年级使用豆米工坊是一个的选择（这里不是打广告），是真心的推荐，它省去了面包板接线的麻烦，每一个端子提供接地G、高电平V及数据，如下图：

豆米工坊Arduino主控板

Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器 对Arduino的编程是利用 Arduino编程语言 (基于 Wiring)和Arduino开发环境(based on Processing)来实现的。基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，他们之间进行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)来实现。

如何学习arduino

Arduino近几年在国际发展火热，教程也是五花八门。如果您英语顶呱呱，那推荐到arduino官方网站学习www.arduino.cc，英语不好，或者喜欢看中文教程的，就可以在论坛阅读中文教程（传送门：http://www.arduino.cn/thread-1066-1-1.html）

认识Arduino UNO

Arduino UNO是Arduino入门的最佳选择，其最新的版本为UNO R3，这些内容大部分都是基于Arduino UNO R3写成的。Arduino UNO的详细组成信息如下图所示。

Arduino原版结构实物图

1. 电源（Power）

Arduino UNO有三种供电方式：

● 通过USB接口供电，电压为5V；

● 通过DC电源输入接口供电，电压要求7～12V；

● 通过电源接口处5V或者VIN端口供电，5V端口处供电必须为5V，VIN端口处供电为7～12V。

2.指示灯（LED）

Arduino UNO带有4个LED指示灯，作用分别是：

● ON，电源指示灯。当Arduino通电时，ON灯会点亮。

● TX，串口发送指示灯。当使用USB连接到计算机且Arduino向计算机传输数据时，TX灯会点亮。

● RX，串口接收指示灯。当使用USB连接到计算机且Arduino接收计算机传来的数据时，RX灯会点亮。

● L，可编程控制指示灯。该LED通过特殊电路连接到Arduino的13号引脚，当13号引脚为高电平或高阻态时，该LED会点亮；当为低电平时，不会点亮。因此可以通过程序或者外部输入信号来控制该LED的亮灭。

3.复位按键（Reset Button）

按下该按键可以使Arduino重新启动，从头开始运行程序。

4.存储空间（Memory）

Arduino的存储空间即是其主控芯片所集成的存储空间。也可以通过使用外设芯片的方式来扩展Arduino的存储空间。Arduino UNO的存储空间分三种：

● Flash，容量为32KB。其中0.5KB作为BOOT区用于储存引导程序，实现通过串口下载程序的功能；另外的31.5KB作为用户储存的空间。相对于现在动辄几百GB的硬盘，可能觉得32KB太小了，但是在单片机上，32KB已经可以存储很大的程序了。

● SRAM，容量为2KB。SRAM相当于计算机的内存，当CPU进行运算时，需要在其中开辟一定的存储空间。当Arduino断电或复位后，其中的数据都会丢失。

● EEPROM，容量为1KB。EEPROM的全称为电可擦写的可编程只读存储器，是一种用户可更改的只读存储器，其特点是在Arduino断电或复位后，其中的数据不会丢失。

5.输入/输出端口（Input/Output Port）

如图所示，Arduino UNO有14个数字输入/输出端口，6个模拟输入端口。其中一些带有特殊功能，这些端口如下：

● UART通信，为0（RX）和1（TX）引脚，被用于接收和发送串口数据。这两个引脚通过连接到ATmega16U2来与计算机进行串口通信。

● 外部中断，为2和3引脚，可以输入外部中断信号。

● PWM输出，为3、5、6、9、10和11引脚，可用于输出PWM波。

● SPI通信，为10（SS）、11（MOSI）、12（MISO）和13（SCK）引脚，可用于SPI通信。

● TWI通信，为A4（SDA）、A5（SCL）引脚和TWI接口，可用于TWI通信，兼容IIC通信。

● AREF，模拟输入参考电压的输入端口。

● Reset，复位端口。接低电平会使Arduino复位。当复位键被按下时，会使该端口接到低电平，从而使Arduino复位。