基于Arduino的嵌入式入门实践 学习笔记

1 基础知识

1.1 概述

对嵌入式的定义

• 国内定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，且适应系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗严格要求的专用计算机系统。
• IEEE定义：用于控制，监视或者辅助操作机器和设备的装置。

分类

以下按照形态差异分类：

类名	板型号
芯片级	MCU，SoC
板级	单片机，模块
设备级	工控机

其中，单片机又分为：

• 不含操作系统（我们学习的arduino不包含操作系统）
• 含操作系统

组成

嵌入式系统四大组成部分：

• 微处理器
  核心部件，微处理器强弱直接影响嵌入式设备的复杂度和范围。
• 存储器
  对速度和功耗要求高
• 输入/输出设备（I/O）
  ①人机交互②传感器设备③输入设备
• 通信和扩展接口
  嵌入式系统与其他系统进行数据交换和扩展。

1.2 常用元件

名称	相关单位	作用	分类
电阻器（Resistor）	欧姆 Ω（R) /误差/额定功率等 欧姆定律：I=U/R	限流，分压电路	可调电阻器，热敏电阻器，光敏电阻器，压敏电阻器
电容器（Capacitor）	法拉 F© （电荷量和电压比值）	储能元件，充放电特性和阻止直流电流，允许交流电	滤波电容器，积分电容器，微分电容器
电感器（Inductor）	亨利 H（L）$X_L(感抗)=2\pi f（交流电频率）L$	对突变电流有阻碍作用 。滤波，震荡，延迟，	筛选信号，过滤噪声，稳定电流，抑制电磁波干扰
二极管（Diode）	1V 10mA 标记为D	①正向导通，逆向截止 ②整流，稳压，恒流，开关，发光，光电转换等电路中	发光二极管（LED）：长脚阴极短脚阳极。一般工作电压在1V，导电电流在10mA，所以需要一个电阻分压限流$R=(E-U_E)/I_F$
(半导体)晶体管	标记为Q	把微弱的电信号放大成幅度值较大的电信号（用作无触点开关）	①NPN型：基极B和发射极E之间施加正向电压，发射极和集电极导通②PNP型：基级和发射极施加反向电压，晶体管导通
万用表	V，A，Ω，β（半导体参数），F	测量直流电流，电压，交流电流，电压，电阻，还可以测量电容量，电感量，半导体参数	数字万用表分为四个测量插孔和红黑表笔各一个
杜邦线	null	扩展实验板引脚，增加实验项目，无焊接进行电路实验	杜邦线有两头，有插针插孔两类，可以两头都是，也可一个一半
面包板	null	电路的组装，调试和训练	一般五个一组，分配在同一金属片中
Arduino扩展板	null	简化电路搭建过程，快速搭建项目	多种，不列举
模块	null	无需了解模块原理，只需按照要求连接，即可快速制作硬件	对于一些简单的模块只有三个信号线：①V/VCC电源②G/GND地线③S信号引脚。例如UART蓝牙模块等

2 Arduino软硬件开发基础

2.1 开发板

2.1.1 Arduino UNO简介

如图所示为一个Arduino UNO板

拥有：

• 14个输入输出引脚（0~13），其中（3，5,6,9,10,11）可以作为PWM输出
• 6个模拟输入（A0~A5）
• 1个UART硬件串口
• 1个电源插孔，1个ICSP插座和1个复位按钮
• 1个USB接口，与计算机连接，可以供电和通信

引脚名称和功能

电源引脚

名称	作用
VIN	①外部电流供电时的输入电压引脚 ②电源插座供电时提供5V电压
5V	输出5V电压 使用该引脚和3.3V引脚可能损坏旁路线性稳压器
3V	输出3.3V电压
GND	接地
AREF	模拟输入的参考电压
RESET	扩展一个按钮实现复位功能。引脚为低电平

输入输出

<

名称	引脚位	作用
串口	0（RX），1（TX）	接收（RX）和发送（TX）TTL串行数据。
外部中断	2，3	触发中断的引脚。触发条件分为：①低电平触发　②上升沿触发　③下降沿触发　④发生变化触发
PWM	3,5,6,9,10,11（~线）	6路八位PWM
SPI	10（SS），11（MOSI），12（MISO），13（SCK）	支持SPI通信
LED	13	高电平LED亮，低电平LED灭
TWI	A4/SDA,A5/SCL	TWI通信