jxgy01的博客

前言 Arduino是一个开放的硬件平台，它基于一个源代码开放的微控制器电路板，并提供了相应的集成开发环境来进行软件开发。Arduino的出现使得基于单片机微控制器的电子设计变得更加容易，即使不懂电路设计和编程的人员也可以通过短时间的学习设计出自己的电子作品。在Arduino的集成开发环境中，不需要编写复杂的单片机底层代码，也不需要去学习难懂的汇编语言，只需要有一些C语言的开发基础，便可以进行微...

第一篇　基础篇 第1章　Arduino硬件 第2章　Arduino软件 第3章　LabVIEW图形化编程语言 第4章　LIFA

第1章　Arduino硬件 本章主要讲述Arduino硬件，讲述Arduino与单片机系统的关系、Arduino独有的一些特性、Arduino的开发团队及起源、Arduino所拥有的硬件资源，并详细介绍如何将Arduino连接到PC，使PC能够识别Arduino硬件。...

1.1　什么是Arduino 1.1.1　Arduino与单片机 在了解Arduino之前，我们有必要先来了解一下单片机。那么，什么是单片机呢？单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分单片机还会具有外存。同时集成诸如通信接口、定时器、实时时钟等外围设备。而现在最...

1.2　Arduino的硬件组成 Arduino硬件有很多种版本，详细介绍可参考附录A，本书以Arduino Uno R3为例进行介绍。 1.2.1　Arduino Uno概览 Arduino Uno是一个基于ATmega328单片机的开发板。它有14个数字输入/输出端口（6个端口可以作为PWM输出）、6个模拟输入端口、一个16MHz陶瓷晶振、一个USB连接端口、一个电源插座、一个ICSP编...

1.3　连接Arduino与PC 了解了Arduino的硬件结构，我们就可以进行Arduino与PC的连接了。 1）准备Arduino板及USB线。 准备好Arduino Uno R3板，并准备好USB线，如图1-2所示。 2）下载Arduino软件。 在Arduino官方网站上免费下载软件。 Arduino官方网站链接如下：http://arduino.cc/en/Main/Soft...

第2章　Arduino软件 本章主要讲述Arduino软件。主要介绍Arduino IDE及开发环境各部分的功能，讲述Arduino的编程结构及基本函数，并提供基于C语言开发的基本示例来说明Arduino的C语言基本开发过程。...

2.1　Arduino IDE 2.1.1　Arduino IDE界面 双击Arduino应用软件的执行文件arduino.exe，打开Arduino开发环境。 Arduino开发环境包含一个用于写代码的文本编辑器，一个消息显示区域，一个文本控制台，以及一个有常用功能按钮的工具栏和一系列菜单。它与Arduino硬件连接，可以进行程序下载以及通信。Arduino IDE界面如图2-1所示。 ...

2.2　Arduino程序结构及基本函数 2.2.1　Arduino程序结构 Arduino编程语言的基本结构非常简单，包含至少两个部分或者叫两个函数。其他语句及函数都被包括在这两个不可或缺的函数中。 代码清单2-1：Arduino程序结构 void setup() //setup函数{ statement...

2.3　Arduino C语言开发示例 2.3.1　数字输出 如图2-15所示，这是Arduino一个最基本的“hello world”程序，将LED连接到数字引脚13，让LED每秒钟闪一次。Arduino有内置的电阻，所以220Ω的电阻不用在外部连接。 图2-15　Arduino数字输出示例电路 代码清单2-18：digital output应用示例 /********...

第3章　LabVIEW图形化编程语言 本章主要对LabVIEW图形化编程语言进行介绍。介绍LabVIEW的编程环境、LabVIEW的数据流编程方法、LabVIEW的常用工具及调试工具、LabVIEW的数据类型及运算、LabVIEW的程序结构、图形显示以及数据文件存储。通过本章的介绍，使读者对LabVIEW编程语言有一定的了解，能够进行基本的LabVIEW程序编写。 LabVIEW（Labora...

3.1　LabVIEW的编程环境 3.1.1　LabVIEW编程界面 启动LabVIEW 2012，如图3-1所示。软件初始界面如图3-2所示。可以在该窗口中新建或者打开LabVIEW程序。 LabVIEW程序又称为虚拟仪器程序，简称为VI，程序后缀名为.vi。在LabVIEW 2012软件初始界面中，鼠标单击File→New VI菜单选项来创建一个新的VI，如图3-3所示。一个LabVIE...

3.2　LabVIEW的数据流编程方法 LabVIEW使用数据流（Dataflow）的编程方法，程序也是按照数据流的模式运行。当接收到所有所需的输入时，程序框图节点将运行。节点在运行时产生输出端数据并将该数据传送给数据流路径中的下一个节点。数据流经节点的过程决定了程序框图中VI和函数的执行顺序。 Visual Basic、C++、Java以及绝大多数文本编程语言都遵循程序执行的控制流模式。在控...

3.3　LabVIEW的常用工具及调试工具 3.3.1　LabVIEW工具选板 在LabVIEW等图形化编程语言中，鼠标是主要的编程环境交互工具。也就是说，鼠标指针能够用来完成各种不同的任务，如选择、连线、高亮文本等。 （1）工具选板 使用LabVIEW提供的工具可以新建、修改和调试VI。鼠标的操作模式对应于所选工具的图标，LabVIEW将根据鼠标光标的当前位置选择相应的工具。 在工具选...

3.4　LabVIEW的数据类型及运算 3.4.1　数据类型 LabVIEW的控件按其传递的数据类型可分为字符串型、数值型、布尔型、数组、簇、枚举等；按作用范围又可分为局部变量和全局变量。 1.字符串型 字符串控件是字符串数据的容器，字符串控件的值属性是字符串。如同其他类型控件一样，LabVIEW的字符串控件也分为输入控件和显示控件。输入控件的值可以由用户通过鼠标或者键盘来改变，而显示控件...

3.5　LabVIEW的程序结构 LabVIEW的程序执行结构包含图形化代码及控制内部代码运行的方式和时间。最常见的执行结构为while循环、for循环和条件结构，可以用来多次运行相同的代码或基于某些条件执行不同的代码。 3.5.1　while循环结构 与文本编程语言的do循环或repeat-until循环类似，while循环将执行其包含的代码直到满足某一条件为止。 while循环位于结构...

3.6　图形显示 在测试测量中，数据的显示与表达是非常重要的，LabVIEW提供了多种图形显示控件，如图3-40所示的图形控件选板，这为数据的显示提供了极大的方便。其中最常用的为Waveform Chart、Waveform Graph、XY Graph。这里只对这三种图形显示控件做介绍，其他几种图形显示控件的详细用法可以参看LabVIEW Help。 图3-40　LabVIEW 2...

3.7　数据文件存储 LabVIEW提供了多种数据文件存储VI，可以方便地将测量到的数据以文件的形式加以保存，对于大量数据的测量、分析都十分方便。LabVIEW的File I/O函数选板如图3-55所示。LabVIEW提供的文件存储格式有很多种，下面主要介绍常用的几种文件格式，即电子表格文件、文本文件、二进制文件及TDMS文件。 图3-55　LabVIEW 2012文件I/O函数选板...

3.8　LabVIEW的学习示例及帮助 对于刚开始接触LabVIEW的用户而言，最好的学习LabVIEW编程的方法就是学习LabVIEW自带的示例以及查阅LabVIEW Help，大多数LabVIEW项目都可以先找出合适的示例，用户可以通过修改代码满足自己的需求。 （1）NI示例查找器 使用NI示例查找器（NI Example Finder），浏览或搜索安装在计算机上的示例。这些示例展示了如...

第4章　LIFA 本章主要对LabVIEW Interface for Arduino（LIFA）工具包进行介绍。介绍如何下载安装LIFA工具包、LIFA的工作原理、LIFA的基本VI（LabVIEW程序简称为VI）及一些传感器扩展VI，并介绍如何基于LIFA的底层VI开发属于自己的传感器扩展VI。...

4.1　LIFA工具包下载安装 LIFA是基于串口通信的，所以在安装LIFA之前先要安装NI VISA驱动。 下载地址：http://download.ni.com/support/softlib/visa/NI-VISA/5.1.2/win/visa512full.exe 下载并安装NI VISA驱动。 LIFA工具包是一个免费下载的LabVIEW工具包，开发者可以使用该工具包对Ardu...

4.2　LIFA的工作原理 LIFA工作时必须将Arduino板通过USB转串口线或者蓝牙方式连接到电脑，不能脱离计算机单独运行。LIFA程序运行基于下面三个部分： 图4-1　VIPM运行界面 图4-2　选择LIFA软件包 图4-3　安装LIFA软件包 图4-4　确认安装LIFA软件包 图4-5　完成LIFA软件包安装 图4...

4.3　LIFA工具包VI介绍 Arduino LIFA函数选板如图4-20所示。主要包括Init VI、Close VI、Low Level子选板、Sensor子选板、Utility子选板以及Example子选板。下面分别进行介绍。 图4-20　LIFA函数选板 4.3.1　初始化及关闭VI 初始化VI和关闭VI需要在每一个Arduino的LabVIEW应用程序中用到。 初始...

4.4　开发更多的传感器扩展VI LIFA工具包中提供了一些常用的传感器扩展的VI，但是，如果用户需要使用一些其他的传感器，那么怎么来实现呢？其实LIFA本身也提供了一些工具以便于用户开发更多的传感器VI。另外，基于LabVIEW软件和NI VISA驱动，用户也可以开发自己的Arduino I/O Engine固件和上位机LabVIEW VI，下面将介绍这两部分内容。在本节中，作者主要是为了说明...

第二篇　扩展应用篇 第5章　基于LabVIEW实现Arduino开发 第6章　Arduino图形化开发应用实战

第5章　基于LabVIEW实现Arduino开发 本章主要以一些具体的实例来介绍如何使用LabVIEW图形化编程语言进行Arduino的开发。介绍使用LabVIEW实现Arduino基本端口编程及控制、使用LabVIEW编程实现Arduino传感器扩展、使用LabVIEW编程实现Arduino数据采集等。让读者对Arduino图形化开发有一定的了解。...

5.1　基于LabVIEW实现Arduino基本端口编程 本书中的实例采用DFRobot公司提供的Arduino Uno R3板为硬件平台，如图5-1所示。 Arduino是一款开源的控制板，非常适合电子制作爱好者制作互动作品，但对于一些不熟悉电子技术的爱好者，要在Arduino上添加电路是一件比较麻烦的事，所以使用传感器扩展板，能将大部分传感器轻松地和Arduino控制板连接，配合使用DFR...

5.2　基于LabVIEW实现Arduino传感器扩展 5.2.1　温度传感器 1.传感器介绍 温度传感器采用LM35线性模拟温度传感器，实物如图5-32所示。 图5-32　LM35线性模拟温度传感器 基于LM35半导体的温度传感器，可以用来对环境温度进行定性的检测。温度测量常用的传感器包括热电偶、铂电阻、热敏电阻和半导体温度传感器，其中热电偶常用于高温测量；铂电阻用于中温测量...

5.3　基于LabVIEW实现Arduino数据采集 5.3.1　连续采集 LIFA中设计了专门的连续数据采集模式，在这种模式中可以利用Arduino的模拟端口进行连续的数据采集。程序设计比较简单，使用LIFA中专门的连续数据采集模式配置VI进行配置，然后在while循环中使用连续采集VI进行数据采集，运行程序后，前面板如图5-116所示，程序框图如图5-117所示。 图5-116...

第6章　Arduino图形化开发应用实战 本章主要以8个实际的开发实例来介绍使用LabVIEW图形化开发环境与Arduino硬件实现一个完整的系统开发，让读者对于Arduino图形化开发有更深入的理解。...

6.1　图形化的Arduino Demobox 借助LabVIEW强大的UI界面设计功能，可以很容易地设计出漂亮的界面。在本节中我们以之前介绍的传感器扩展为基础，设计一个图形化的Arduino Demobox，可以很好地展示Arduino的传感器扩展功能。 6.1.1　实现的功能 本节借助第5章中介绍的各种传感器实现一个图形化的Arduino Demobox。 6.1.2　所需硬件 Ar...

6.2　Arduino I/O测试软件 6.2.1　实现的功能 Arduino I/O测试软件可以让用户通过图形化界面配置Arduino的I/O资源，程序自动根据I/O配置情况进行数据采集或者输出，不需要任何编程就可以使用Arduino的I/O资源，包括数字输入（Digital Input）、数字输出（Digital Output）、模拟输入（Analog Input）、PWM。 6.2.2...

6.3　基于Arduino的简易示波器 6.3.1　实现的功能 LabVIEW在测试测量方面是应用非常广的一款软件，本节以Arduino为信号采集硬件，设计一个简易的“示波器”。能够实现简单的基本示波器功能，比如通道使能、触发设置、时间分辨率及电压幅度分辨率的调整。 6.3.2　所需硬件 Arduino Uno R3、模拟信号发生器件。使用Arduino Uno R3的第一个模拟采集通道A...

6.4　基于Arduino的简易逻辑分析仪 6.4.1　实现的功能 本节以Arduino Uno R3为信号采集硬件，设计一个简易的“逻辑分析仪”。该分析仪能够使用Arduino的数字I/O端口进行数字信号的采集，并能够在LabVIEW程序中进行数字逻辑信号的显示及分析。 6.4.2　所需硬件 Arduino Uno R3、数字信号发生器件。使用Arduino Uno R3的14个数字I/...

6.5　基于Arduino控制6自由度机械臂 6.5.1　实现的功能 本节将使用LabVIEW设计实现基于Arduino的6自由度机械臂控制。本节中设计的机械臂控制主要演示Arduino在多自由度Servo控制中的应用，并未包含复杂的轨迹生成及控制算法的实现。当然，LabVIEW软件本身非常强大，可以完成一些复杂的控制算法，用户可以根据自己的需求设计自己的算法。 6.5.2　所需硬件 Ar...

6.6　基于Arduino的弹珠游戏 6.6.1　实现的功能 本节将使用LabVIEW及Arduino设计实现一个简单的弹珠游戏。该弹珠游戏规则为，左右移动挡板，使弹珠在矩形区域内运动而不掉落到矩形区域之外，使弹珠在矩形区域内保持的时间越长则玩家的得分越多。该游戏允许玩家输入名字并记录所取得的分数，也允许玩家选择难度等级，随着难度等级增加移动挡板的宽度将会变短。该游戏允许玩家选择弹珠个数（1～...

6.7　基于Arduino的“双人乒乓”游戏 6.7.1　实现的功能 本节将使用LabVIEW及Arduino设计实现一个简单的“双人乒乓”游戏。游戏双方各控制一个“拍”上下移动，击打弹过来的小球，如果某一方没有击中弹向自己方向的小球而致使小球飞出矩形区域外则游戏结束，击打弹球次数较多的一方获胜。可以实时显示比赛分数，并能通过控制小球的速度来增加游戏难度。 6.7.2　所需硬件 Ardui...

6.8　基于Arduino的俄罗斯方块游戏 6.8.1　实现的功能 本节将使用LabVIEW及Arduino设计实现一个“俄罗斯方块”的游戏。玩家通过摇杆控制方块左移、右移、旋转及快速下移。可以记录玩家分数，随着玩家分数及游戏等级的增加，游戏难度也将逐渐加大。 6.8.2　所需硬件 Arduino Uno R3板、摇杆模块。使用摇杆进行俄罗斯方块游戏的控制，摇杆上的左右键控制方块左右移动；...

附录A　Arduino家族 1.Arduino Duemilanove Arduino Duemilanove是一款基本的Arduino产品，它的控制器采用ATmega168或ATmega328，并支持直流电源供电和USB端口供电，Arduino家族后续的很多种产品都是在这款产品的基础上发展起来的。Arduino Duemilanove如图A-1所示。 图A-1　Arduino D...

附录B　Arduino Uno引脚与AVR单片机引脚对应关系 表B-1　Arduino Uno引脚与AVR单片机引脚的对应关系