开源硬件Arduino UNO的原理与应用

孙宏伟 肖正洪

摘 要：Arduino是源于意大利的一个开放源代码的硬件平台，基于单片机系统开发，具有使用简单、功能多样等优点，广泛应用于互动产品创新设计。文中介绍了Arduino UNO的资源、开发环境、程序语法的主要结构，并通过具体实例说明其使用方法。

关键词：开源硬件；Arduino UNO；创新设计

Arduino是源于意大利的一个开放源代码的硬件平台，该平台包括一块具备简单I/O功能的电路板以及一套程序开发环境软件。Arduino可以用来开发交互产品，比如它可以读取大量的开关和传感器信号，并且可以控制电灯、电机和其他各式各样的物理设备；Arduino也可以开发出与PC相连的周边装置，能在运行时与PC上的软件进行通信。Arduino的硬件电路板可以自行焊接组装，而程序开发环境的软件则可以从网上下载。由于Arduino具有高度的模块化特点，因此有时叫它“电子积木”。UNO在意大利文中的意思为“1”。Arduino UNO硬件尺寸皆同于旧版，主要核心还是ATMEGA328，与之前版本的最大差异在于USB to Serial芯片的使用，这带来的好处是价格降低了，更主要的是使得Arduino UNO在PC端可以显示为一个USB设备。Arduino UNO的实物图，如图1-1所示。

一、Arduino UNO的资源

Arduino UNO 具有14个数字I/O口（其中6个可提供PWM输出），6个模拟I/O口，一个复位开关，一个ICSP下载口，支持USB接口，可通过USB接口供电，也可以使用单独的电源供电。Arduino UNO的资源如图1-2所示。

二、Arduino UNO的开发环境

Arduino UNO的开发环境是以AVR-GCC和其他一些开源软件为基础，采用JAVA编写的，软件无需安装，下载完成解压缩后就可以直接打开使用了。当把程序上传到Arduino UNO时，它会自动把代码转换成C语言，再传给AVR-GCC编译器，然后把代码最终编译成微处理器能明白的指令。这些都是Arduino UNO很重要的一部分，因为它隐藏了复杂的编译过程，让使用者以尽可能简单的方式去控制微处理器。图1-3所示的就是Arduino UNO开发环境的主界面，中间的白色区域就是程序编辑区，下方的黑色区域为信息提示区。

除了一般熟悉的下拉式菜单外，Arduino UNO也提供了几个快捷键，具体功能如下：

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三、Arduino UNO程序语法的主要结构

Arduino UNO的程序语法结构必须包含以下两个函数：setup（ ）与loop（ ）。setup（ ）在程序流程中只会执行一次，所以用于定义所有需要设定、初始化的参数和函数，或是引脚功能的指定，都會在这部分先定义完成。loop（ ）是主程序的执行内容，只要电源不中断，函数内的程序就会一直执行。

四、应用

Arduino UNO的开发环境方便且简单易懂，所以在互动产品创新设计等方面应用较多，本文通过控制LED闪烁的例子来说Arduino UNO的使用，由于在 Arduino UNO板的13号引脚上已经待了一个LED灯，我们就可以不用进行外接元件及连线。直接编写程序，如下所示。

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程序编写完成后，点按钮■实现程序的编译，在状态栏会提示程序编译完成，信息提示区会显示程序编译完成后的大小。编译完成后点击上传按钮■，上传完成后状态栏会有上传成功的提示。可以观察到Arduino UNO控制板上LED灯亮一秒，灭一秒，如此往复。

参考文献：

[1]孙骏荣.Arduino一试就上手[M].北京：科学出版社，2012.

[2]Massimo Banzi.爱上Arduino[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[3]杨继志.基于Arduino的网络互动产品创新设计[J].机电产品开发与创新，2012，（01）.