【小白福利】如何入门Arduino（上）

原作者：Mcholen

挖出来略做整理+排版

纯小白想入门Arduino，无从下手？

这篇文章带你入门！

文章分上下两篇将向你介绍：

- 什么是Arduino？

- 怎么选Arduino板？

- Arduino需要什么软件？

- 利用Arduino实现一个小功能

先看下Massimo Banzi在TED上关于Arduino的演讲

初识Arduino
要了解Arduino就先要了解什么是单片机，Arduino平台的基础其实就是AVR指令集的单片机。

1、什么是单片机？

一台能够工作的计算机包含以下几个部份：中央处理单元CPU（进行运算、控制）、随机存储器RAM（数据存储）、存储器ROM（程序存储）、输入/输出设备I/O（串行口、并行输出口等）。在个人计算机（PC）上这些部份被分成若干块芯片，安装在一个被称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如模拟量/数字量转换（A/D）和数字量/模拟量转换（D/A）等。

2、单片机有什么用？

所谓杀鸡焉用牛刀，并不是任何场合都需要很高的性能。想象一个使用Intel i7处理器的声控灯，其性价比一定低到突破天际了。应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比，于是单片机很好地填补了这个缝隙。

回过头来，那什么是Arduino？

Arduino 是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)。它适用于艺术家、设计师、爱好者和任何“想捣腾”的朋友们。特点就是形状简单，能够实现与人互动，十岁的孩子也能用它做出一些自己想要的东西。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，收录进微控制器。基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，还可以包含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。
嗯，如果你觉得以上太难理解的话，只需记住以下三点：


1. Arduino是单片机
Arduino是你正捣腾的项目的“大脑”，或至少是名忠实高效的“公务员”，处理“输入”和“输出”指令。所谓“输入”指传感器（比如光线传感器、温湿度传感器、陀螺仪等等）, 以及人机交互（按钮、开关、旋钮）；所谓“输出”指你想控制的任何电子元件，例如灯、显示屏、电机和舵机。Arduino作为一个已将所有基础部分（处理器、内存、输入/输出插脚）集成于单个芯片上的“公务员”，会依你原先的“吩咐”（上传的程序），根据“所见所闻”（输入端数据）“见机行事”（控制输出端设备）。

2. Arduino是开源的
开源意味着自由度高，可玩性强。我们不需要征求任何人的同意，就可以制作出很多很棒的东西。任何人都可以从网上下载到设计文件，在引导下进行制作，或者改装学习，包括下载各种文件和教学资源。
软件开源并可扩展－ Arduino软件是开源的，对于有经验的程序员可以对其进行扩展。比如我们公司的Mind+就是基于Arduino IDE环境的。
硬件开源并可扩展 － Arduino板基于 Atmel 单片机和Creative Commons 许可协议，所以电子工程师能够根据需求设计自己的模块，可以对其扩展或改进。甚至是对于一些相对没有什么经验的用户，也可以通过制作试验板来理解Arduino是怎么工作的，省钱又省事。

3. Arduino很便宜
一块原装进口的Uno不到200元的价格，少下两次馆子就出来了吧！并且由于其开源设计，现在也能购买到一些价廉质优的国产Arduino板以及配件，比如DFRobot的等等。
好，你可能和我一样已经看过了Banzi的TED演讲，百度过了Arduino，正在当当网上寻找Arduino相关书籍，并且收藏夹里已经躺里一堆Arduino入门视频，脑海中有零星伟大的计划。下一步？动手呗。

不幸的是，市面上可供选择的Arduino板实在太多了，撇开原厂那十几个不说，光某宝上多如牛毛的各式Arduino就有上万种，对于入门者来说简直惨无人道。选择一块合适项目的Arduino是成功的一半，下面我们一起看下最常见的Arduino板以及如何区分它们。

Arduino Mega

要区分这么多板子，挑选合适的Arduino，主要看以下三个方面：性能、特性以及尺寸。


首先看性能。即处理器内存、时钟频率以及位宽。硬件处理能力通常完全取决于这块板子的芯片，同时芯片也限制了能够运行的软件。
其次看特性。包括所有板子上除微处理器之外的所有东西，例如输入/输出针脚，集成元器件（按钮、LED、电机驱动等）以及可用接口的种类和数量（USB、以太网等）
最后看尺寸。由于项目性质不同，其留给电子部分的体积和重量也大相径庭。例如要给狗狗做一个追踪器，如果使用Mega和电池盒加上扩展板，至少也得有10*5*5cm大小，200g重，敢问这是追踪器还是沙袋？正因为如此Arduino才有如此多的兄弟姐妹们。


说了那么多，来看看有哪些主流的Arduino吧。


Arduino Uno
处理器: ATmega328 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2KB SRAM, 32KB 闪存)特性: 14 个数字 I/O 口, 6 个模拟输入口, 可更换处理器设计尺寸: 75 x 55mm价格: $30

Arduino Uno

拉丁语中意为“第一”，Uno 也许是Arduino家族中人气最旺的一只了，经过三代更迭，Uno也成为最适合初学者上手的一块Arduino平台。Arduino Uno与其他扩展板的兼容性是Arduino家族中最好的，另外其可更换处理器设计也是一项贴心的好设计：妈妈再也不用担心我把板子烧坏了！Uno的主要不足在于其使用的ATmega328芯片的静态存储器（SRAM）或闪存不够大。如果你的项目需要显示预载的图像或声音的话，2KB似乎不是很够用哦！


Arduino Leonardo
处理器: ATmega32u4 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2.5KB SRAM, 32KB 闪存)特性: 20 个数字 I/O 口, 其中12 个可作为模拟口, 原生支持USB尺寸: 75 x 55mm

价格: $25

Arduino Leonardo

Leonardo可算是Uno的一小步升级款。虽然长得差不多，但Leonardo集成的 ATmega32u4芯片比Uno上的多了0.5KB静态内存。看到这里你不禁要问，只多了0.5KB 算什么升级啊！Leonardo上的Atmega32u4芯片能够原生态支持USB，还能让Leonardo模拟成鼠标和键盘，极大地提高了应用场合，同时它的模拟口也比Uno要多一些。更重要的是，Leonardo比Uno便宜！不过在猛击“立即购买”按钮之前，你也许需要知道从使用者反馈来看，它目前并没有Uno稳定，甚至有一些小Bug需要修复。因此如果你已经玩Arduino一段时间比较熟悉了，选Leonardo其性价比可以得到发挥；若你是初哥、初姐，还是选择更稳定一些的Arduino Uno吧。


Arduino Due
处理器: Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 (32 位 CPU, 84MHz 时钟频率, 96KB SRAM, 512KB 闪存)特性: 54 个数字 I/O 口, 12 个模拟输入口, 2 个模拟输出口, 原生USB支持尺寸: 100 x 55mm价格: $50

Arduino Due

如果说Uno是Arduino家族中的中流砥柱，那么Due绝对属于后起之秀。板载32位 ARM 处理器的运算能力几乎可称得上天生神力，也正因如此，Due的诞生是为了满足需要更复杂运算需求，或者是更多输入/输出口的项目。Due的运算能力强大，个头也要比Uno之流长出一截，因此购买之前想想我的项目需不需要它如此强的运算能力，以及有没有这么大空间？
人无完人，更何况板子呢，Due有个硬伤就是特立独行：3.3V的工作电压意味着它和多数小伙伴们不一样，后果就是那么多小伙伴们都兼容的扩展板和元件和Due不一定兼容。如果有个元件试图向Due的输入/输出口发送5V的信号，可能会损坏它！因此如果你的项目需要一5V工作电压的强大板子，还是忍痛选择 Arduino Mega 2560 吧, 虽然性能稍不如Due。


Arduino Micro
处理器: ATmega32u4 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2.5KB SRAM, 32KB 闪存)特性: 20 个数字 I/O 口, 其中12 个可作为模拟口, 原生支持USB尺寸: 50 x 18 mm

价格: $27

Arduino Micro

对于小型项目比如可穿戴式设备，体积是制约项目创意的一个重要因素。Arduino Micro是一块集成了所有Leonardo功能于口香糖大小面积上的控制板，依旧保留有原有多达20个数字输入/输出口和原生态USB的特性，虽然Micro的身材使它无法与其他扩展板搭配，但配合面包板进行快速搭建原型还是十分方便的。


LilyPad Arduino
处理器: ATmega328 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2KB SRAM, 32KB 闪存)特性: 14 个数字 I/O口, 6 个模拟输入口尺寸: 50mm 直径圆形

价格: $22

LilyPad

LilyPad 是专为可穿戴式以及纺织物项目准备的控制板，它的圆形PCB和少对峙针脚设计使它能够非常容易缝在衣服上，通过连接，让衣服发出五颜六色的光！LilyPad的硬件部分设计与Uno基本如出一辙，还有许多不同的款式，例如 LilyPad Arduino Simple Snap, 嵌入了一块可充电的锂电池和一个弹簧扣母头的连接口, 使它能方便得扣在SimpleSnap Protoboard或其他纺织品的弹簧扣上，这样当你想清洗你的纺织品时你就可以方便地将板子取下。


Arduino Esplora
处理器: ATmega32u4 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2.5KB SRAM, 32KB 闪存)特性: 丰富的输入输出硬件环境尺寸: 165 x 61 mm 椭圆形价格: $60

Arduino Esplora

Arduino Esplora 是一块基于Leonardo的集成控制板，包含有一系列直接焊接好的输入/输出硬件。在输入端，有一个摇杆、四个按钮、一个滑动变阻器、一个麦克风、一个光线传感器、一个温度传感器以及一个三轴加速计。至于输出端，有一个蜂鸣器、RGB全彩灯以及一个用于连接LCD屏幕的TFT显示屏连接器。乍一看是不是像极了一个手柄？Esplora就是一款可以自己编程的“手柄”。虽然它没有标准的数字和模拟针脚，无法通过跳线连接其他硬件，但它的简便性和强大的可玩性也不失为一款诚意之作。


Arduino Yun
处理器: ATmega32u4 (8位 CPU, 16MHz 时钟频率, 2.5KB SRAM, 32KB 闪存), 芯片集成Atheros AR9331路由器特性: 支持无线的Linux系统Wi-fi enabled Linux based system on a chip, 14 个数字口, 其中12 个可作为模拟口. 原生USB支持尺寸: 70 x 50mm价格: $65

Arduino Yun

Arduino Yun得名于中文“云”，象征Arduino进军物联网、云控制领域的一次尝试。Yun的诞生是为了使用户能够更方便的使用Arduino接入云服务，因为传统的低带宽、低存储能力控制器处理详细通讯协议有些力不从心，Yun 在芯片上集成了一个单独的基于Linux的系统，专门用来处理一切和网络相关的任务，并且丝毫不会影响其他功能的正常使用。


Arduino Robot
处理器: 2枚ATmega32u4 (8-bit CPU, 16MHz时钟频率, 2.5KB 静态存储, 32KB 闪存)特性: 2轮, 8 个模拟输入口, 6 个数字 I/O 口, LCD 显示屏规格: 两片190mm 直径圆形电路板

价格: $275

Arduino Robot

作为Arduino “不务正业”产品线的一员，Arduino Robot可算是最重磅的了。它是Arduino板子，也是个机器人平台。事实上，它包含有两块电路板：一块处理器，以及一块电机控制板，双双集成了Leonardo 上的ATmega32u4芯片，此外还有两只轮子、电池以及红外传感器。顶部的电路板上集成了一块LCD显示屏，4个按钮，一个扬声器，一个罗盘以及一些LED灯。作为控制板和机器人平台的跨界产品，Arduino Robot比起其他Arduino主控板保留了更多预置。如果你想DIY一个机器人平台而苦于基础不够，那么Arduino Robot将是上佳之选。否则，得买辆轮子俩电机一块Uno或者Leonardo，再来一块电机驱动版，效果也差不多。

Arduino的板子还有很多，有兴趣的同学可以看一看kiki整理的这篇——[选型指南]DF出品-选型指南汇总https://mc.dfrobot.com.cn/thread-299246-1-1.html


新手建议一般选择Arduino Uno就可以了，下一篇也会以Uno为例子，简单介绍一下Arduino IDE的使用。