Arduino嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

目錄摘要: 21.Arduino

簡(jiǎn)述 31.1Arduino嵌入式系統(tǒng)的概念 41.2Arduino功能特點(diǎn) 51.3基本結(jié)構(gòu) 82.Arduino嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例 13基于Arduino的簡(jiǎn)易亮光報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 132.1ATmega單片機(jī) 132.2光敏電阻介紹 142.3工作原理 142.4設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4.1實(shí)驗(yàn)器件 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4.2實(shí)驗(yàn)連線 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4.3實(shí)驗(yàn)原理 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4.4下載程序 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4.5功能驗(yàn)證 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4.6程序代碼 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.5arduino的應(yīng)用領(lǐng)域 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.6結(jié)語(yǔ) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.Arduino的現(xiàn)狀與未來(lái) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn): 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。摘要:

在2011年GoogleI/O開(kāi)發(fā)者大會(huì),Google發(fā)布了基于Arduino的AndroidOpenAccessory標(biāo)準(zhǔn)和ADK工具,同年谷歌推出了與安卓與之對(duì)應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)arduino(安e樂(lè)),大家對(duì)Arduino的前景十分看好。國(guó)內(nèi)關(guān)注Arduino的人越來(lái)越多。Arduino具有豐富的接口,簡(jiǎn)便的編程環(huán)境,極大的自由度,可拓展性能非常高,沒(méi)有復(fù)雜的單片機(jī)底層代碼,沒(méi)有難懂的匯編,只是簡(jiǎn)單而實(shí)用的函數(shù),它必將引領(lǐng)一個(gè)新的時(shí)代!Arduino是目前較為流行的電子互動(dòng)平臺(tái),基于單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā),具有使用簡(jiǎn)單、功能多樣、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和互動(dòng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面。本文詳細(xì)介紹了Arduino的功能特點(diǎn)、基本結(jié)構(gòu),并通過(guò)“基于Arduino的簡(jiǎn)易亮光報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”的應(yīng)用給出了具體的使用方法。關(guān)鍵詞:電子設(shè)計(jì);控制電路;Arduino;LED；報(bào)警器 Abstract:GoogleI/Odeveloperconferencein2011,GooglereleaseditsAndroidbasedontheArduinoOpenstandardAccessoryandADKtools,inthesameyearGooglelaunchedwithAndroidandthematchingoftheInternetofthingsplatformArduino(e),oftheArduinoprospectslookgood.DomesticmoreandmorepeoplepayattentiontotheArduino.Arduinohasrichinterface,simpleprogrammingenvironment,greatfreedom,scalableperformanceisveryhigh,therearenocomplicatedSCMunderlyingcode,notdifficulttoassembly,onlysimpleandpracticalfunction,itwillleadanewera!TheArduinoiscurrentlymorepopularelectronicinteractiveplatform,basedonthesingle-chipmicrocomputersystemdevelopment,hastheuseofsimple,functionaldiversity,priceislowwaitforanadvantage,iswidelyappliedtoelectronicsystemdesignandinteractiveproductdevelopment.ThispaperintroducesindetailthefunctionsandcharacteristicsoftheArduino,basicstructure,andthroughthe\"designandimplementationofasimplelightalarmbasedontheArduino\"applicationgivesthespecificmethodofuse.Keywords:electronicdesign;Controlcircuit;TheArduino.TheLED;alarm并制作一個(gè)電路板。Arduino

具有類(lèi)似java、C

語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境?？梢钥焖偈褂肁rduino

語(yǔ)言與Flash

或Processing

等軟件完成互動(dòng)作品。Arduino

能夠使用開(kāi)發(fā)完成的電子元件,如Switch、Sensors

或其它控制器、LED、步進(jìn)電機(jī)或其它輸入/輸出裝置,

同時(shí),

Arduino

也可以成為獨(dú)立與軟件溝通的平臺(tái),

如flash、

Processing、Max/MSP

或其它互動(dòng)軟件。我們可以將Arduino與大家熟知的51單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)放在一起來(lái)對(duì)比理解，就如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中Linux系統(tǒng)之于Windows系統(tǒng)的對(duì)照。Arduino可以被用來(lái)開(kāi)發(fā)能夠獨(dú)立運(yùn)行并具備一定互動(dòng)性的電子作品，也可以被用來(lái)開(kāi)發(fā)與PC相連接的外圍裝置，目前較廣泛地應(yīng)用于歐美、日本等國(guó)家的電子設(shè)計(jì)及互動(dòng)藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

MIT（美國(guó)麻省理工學(xué)院）的NeilGershenfeld教授提出了一個(gè)個(gè)人制造的概念：電腦主機(jī)從占地百十畝、重量幾十噸到小得一個(gè)桌上能擺好幾個(gè)，這個(gè)桌面革命沒(méi)用幾十年，在不久的未來(lái)，自己用電腦芯片做小玩意將是下一個(gè)桌面革命。他判斷那些制造昂貴且具有巨型電腦主機(jī)的專(zhuān)業(yè)工具，也會(huì)像當(dāng)年幾十噸的主機(jī)漸進(jìn)到當(dāng)今幾公斤在這之后世界各地出現(xiàn)不少在這個(gè)理念下設(shè)立的FABLAB,除此之外也有很多人也早已經(jīng)在自家車(chē)庫(kù)動(dòng)手改造電腦、寫(xiě)程序、裝配電子元件和機(jī)械結(jié)構(gòu)，開(kāi)始個(gè)人制造的嘗試。

由個(gè)人制造的電腦設(shè)備，跟個(gè)人電腦的最大不同在于，它可以是任何你希望的形狀，有著為你量身定做的功能。它不再是全功能的設(shè)備，只為處理某件對(duì)于我們特別重要的事項(xiàng)而誕生，甚至它不再被叫做電腦，而是折紙、橡皮泥、蠟筆。1.2Arduino功能特點(diǎn)Arduino

在開(kāi)發(fā)之初設(shè)計(jì)了開(kāi)源開(kāi)放的平臺(tái),便于對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。Arduino

的主要功能特點(diǎn)如下:1)開(kāi)放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)。程序開(kāi)發(fā)接口免費(fèi)下載,

也可依需求自己修改。2)使用低價(jià)格的微處理控制器(ATmega8

或ATmega128)。可以采用USB

接口供電,不需外接電源,也可以使用外部9VDC

輸入。3)支持

ISP

線上燒入器,將Bootloader

固件燒入芯片。Arduino

控制器內(nèi)帶Bootloader

程序,是系統(tǒng)上電后運(yùn)行的第一段代碼,就好比PC

機(jī)BIOS

中的程序,啟動(dòng)就進(jìn)行自檢,

配置端口等等,當(dāng)然,單片機(jī)是靠燒寫(xiě)熔絲位來(lái)設(shè)定上電從boot

區(qū)啟動(dòng)的,使用這個(gè)程序就可以直接把從串口發(fā)來(lái)的程序存放到flash

區(qū)中。所以,使用Arduino

編譯環(huán)境下載程序時(shí),就先讓單片機(jī)復(fù)位,啟動(dòng)Bootloader

程序引導(dǎo)串口發(fā)過(guò)來(lái)的程序順利寫(xiě)入flash

區(qū)中,flash

可以重復(fù)燒寫(xiě),因此想更新軟件非常方便。有了Bootloader

之后,

可以通過(guò)串口或者USBtoRS232

線更新固件。4)可依據(jù)官方提供的

PCB

和SCH

電路圖,簡(jiǎn)化Arduino

模組,完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制。5)可簡(jiǎn)單地與傳感器,各式各樣的電子元件連接,如紅外線、超音波、熱敏電阻、光敏電阻、伺服馬達(dá)等。下面是其中一些的實(shí)物圖片

光敏傳感器

電機(jī)驅(qū)動(dòng)板

藍(lán)牙模塊霍爾傳感器

煙霧傳感器6)支持多樣的互動(dòng)程序,如

Flash,Max/MSP,VVVV,PureData,C,Processin

等。使用低價(jià)格的微處理控制器。7)應(yīng)用方面,利用

Arduino,突破以往只能使用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、CCD

等輸入的裝置的互動(dòng)內(nèi)容,

可以更簡(jiǎn)單地達(dá)成單人或多人游戲互動(dòng)。

1.3基本結(jié)構(gòu)Arduino

系統(tǒng)針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境還開(kāi)發(fā)了不同的版本,文中以“Arduino

Duemilanove”版本為例介紹,該版本于

2009

年開(kāi)發(fā),基于ATmega328

微控制器板,能自動(dòng)選擇何種供電,直接將它用USB

線連上計(jì)算機(jī)或者用一個(gè)電源適配器給它供電,就可以開(kāi)始使用。ArduinoDuemilanove

的外部結(jié)構(gòu)如下圖

所示。

Arduino

外部結(jié)構(gòu)圖實(shí)物圖片ArduinoDuemilanove

的結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)部分:1)1

個(gè)9VDC

輸入,

為Arduino

板提供外部電源輸出,使Arduino控制板具有能夠驅(qū)動(dòng)舵機(jī)等大功率外部設(shè)備的能力;2)1

個(gè)USB

口,通過(guò)該口連接到計(jì)算機(jī),由Arduino

的IDE將用戶編寫(xiě)好的控制程序上傳到控制板中,同時(shí)還可以通過(guò)該口為電路板供電,驅(qū)動(dòng)小功率的外部設(shè)備;3)14

個(gè)數(shù)字輸入/輸出端,其中端口0(RX)和

1(TX)分別連接主控芯片的串行引腳,

用來(lái)接收和發(fā)送TTL

串行數(shù)據(jù)。其中端口2、3

可以接收外部信號(hào),實(shí)現(xiàn)外部中斷功能;端口3、5、6、9、10、11

作為PWM

端口,

可用于電機(jī)PWM

調(diào)速或音樂(lè)播放;端口

10(SS)、11(MOSI)、12(MISO)和

13

(SCK)在SPI

模塊庫(kù)的支持下,可以提供SPI

通信模式;端口13

內(nèi)部連接了一個(gè)LED

指示燈,隨著13

腳上電平的高低變化,實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉;4)6

個(gè)模擬輸入/輸出端,其中端口4(SDA)和端口

5

(SCL)端口可以實(shí)現(xiàn)I2C

通信;5)1個(gè)5VDC輸出和1個(gè)3.3VDC輸出,可為其它電路提高3.3V

和5V

直流電源;6)1

個(gè)復(fù)位接口。Arduino

系統(tǒng)是基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)的,并且大量應(yīng)用通用和標(biāo)準(zhǔn)的電子元器件,

包括硬件和軟件在內(nèi)的整個(gè)設(shè)計(jì),

代碼均采用開(kāi)源方式發(fā)布,因此采購(gòu)的成本較低,在各種電子制作競(jìng)賽、電子藝術(shù)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)等越來(lái)越多地使用Arduino

作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。3應(yīng)用Arduino

系統(tǒng)在電子設(shè)計(jì)等方面應(yīng)用較多,

本文以簡(jiǎn)單的LEO

控制為例,說(shuō)明Arduino

系統(tǒng)的使用。LEO

控制系統(tǒng)中,采用開(kāi)關(guān)S

控制LED

的亮滅,設(shè)開(kāi)關(guān)S

閉合時(shí),LED

發(fā)光,S

斷開(kāi)時(shí),LED

熄滅。因此,系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用數(shù)字輸入/輸出口的兩個(gè)引腳分別進(jìn)行LED

和S

開(kāi)關(guān)的連接,電路如下圖

所示。

LED

控制電路原理圖Arduino

語(yǔ)言是建立在C/C++基礎(chǔ)上的,其實(shí)也就是基礎(chǔ)的C

語(yǔ)言,Arduno

語(yǔ)言將AVR

單片機(jī)(微控制器)相關(guān)的一些參數(shù)設(shè)置模塊化,包括EEPROM、以太網(wǎng)、LED

矩陣、舵機(jī)、步進(jìn)和TWI/I2C

控制程序庫(kù),不需要用戶直接處理底層系統(tǒng),可以提高應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)效率。流程如下圖所示。Arduino

語(yǔ)言是以setup()開(kāi)頭,loop()作為主體的一個(gè)程序構(gòu)架。將編寫(xiě)好的控制代碼通過(guò)Arduino

的IDE

上傳到控制板之后,關(guān)閉或者打開(kāi)開(kāi)關(guān)S,便會(huì)觀察到

LED

的亮滅情況。2.Arduino嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例基于Arduino的簡(jiǎn)易亮光報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).

下面讓我們來(lái)通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)體味一下Arduino的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的特點(diǎn).我們將完成的課題名字叫做基于Arduino的簡(jiǎn)易亮光報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).我們將試圖通過(guò)該實(shí)驗(yàn)探究Arduino及其特色;并對(duì)ATmega單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹;詳細(xì)地去敘述了光敏電阻的結(jié)構(gòu)和工作原理。闡述了亮光報(bào)警器的基本原理和組成,給出了器件清單、連線方法、源程序及程序下載方法。最后指出Arduino應(yīng)用前景。Arduino控制器,它的硬件CPU就是AVR,主要是軟件編程環(huán)境與ICCAVR和WIN