Arduino課程設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

Arduino課程設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述前言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。Arduino的起源Arduino是2005年1月由米蘭交互設(shè)計(jì)學(xué)院的兩位教師DavidCuartielles和MassimoBanzi聯(lián)合創(chuàng)立的。MassimoBanzi之前是意大利Ivrea一家高科技設(shè)計(jì)學(xué)校的老師。他的學(xué)生們經(jīng)常抱怨找不到廉價(jià)好用的微控制器。2005年冬天，MassimoBanzi跟DavidCuartielles討論了這個(gè)問(wèn)題。DavidCuartielles是一個(gè)西班牙籍晶片工程師，當(dāng)時(shí)在這所學(xué)校做訪問(wèn)學(xué)者。兩人決定設(shè)計(jì)自己的電路板，并引入了Banzi的學(xué)生DavidMellis為電路板設(shè)計(jì)編程語(yǔ)言。兩天以后，DavidMellis就寫(xiě)出了程式碼。又過(guò)了三天，電路板就完工了。這塊電路板被命名為Arduino。Arduino簡(jiǎn)介Arduino是一個(gè)基于開(kāi)放原始碼的軟硬件平臺(tái)，構(gòu)建于開(kāi)放原始碼simpleI/O介面版，并且具有使用類(lèi)似Java，C語(yǔ)言的Processing/Wiring開(kāi)發(fā)環(huán)境。該平臺(tái)由兩局部組成：硬件(包括微處理器、電路板等)和軟件(編程接口和語(yǔ)言)。平臺(tái)的兩局部都是開(kāi)源的，如果需要，可以下載Arduino的圖表、購(gòu)置需要的所有獨(dú)立部件、切割電路板并制作一個(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。圖1Arduino管腳說(shuō)明1.DigitalI/O數(shù)字式輸入/輸出端共1~13?！?3個(gè)數(shù)字輸入輸出口DIO，其中6個(gè)PWM輸出，可做模擬輸出口使用AO〕2.AnalogI/O模擬式輸入/輸出端共0~5?！?個(gè)模擬輸入口AI〕3.支持USB接頭傳輸數(shù)據(jù)及供電(不需額外電源)。4.支持ICSP在線刻錄功能。支援TX/RX端子。5.支持外部ADC電壓基準(zhǔn)AREF端子輸入。6.支持6組PWM端子(Pin11,Pin10,Pin9,Pin6,Pin5,Pin3)。7.輸入電壓：USB接口供電，無(wú)須外部供電。5V~12VDC外部供電。8.輸出電壓：5VDC輸出。9.采用Atmega168-20PI/PU，最新的Arduino2023支持Atmega328-20PI/PU。10.Arduino大小尺寸：寬70mmX高54mm。Arduino的功能Arduino能通過(guò)各種各樣的傳感器來(lái)感知環(huán)境，通過(guò)控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來(lái)反應(yīng)、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過(guò)Arduino的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，編譯成二進(jìn)制文件，收錄進(jìn)微控制器。對(duì)Arduino的編程是利用Arduino編程語(yǔ)言(基于Wiring)和Arduino開(kāi)發(fā)環(huán)境(basedonProcessing)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；贏rduino的工程，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運(yùn)行的軟件，他們之間進(jìn)行通信(比方Flash,Processing,MaxMSP)來(lái)實(shí)現(xiàn)。Arduino可以使用現(xiàn)有的電子元件例如開(kāi)關(guān)或者傳感器或者其他控制器件、LED、步進(jìn)馬達(dá)或其他輸出裝置。Arduino也可以獨(dú)立運(yùn)行，并與軟件進(jìn)行交互，例如：MacromediaFlash,Processing,Max/MSP,PureData,VVVV或其他互動(dòng)軟件。Arduino的IDE界面基于開(kāi)放源代碼，可以免費(fèi)下載使用，開(kāi)發(fā)出更多令人驚艷的互動(dòng)作品。Arduino的特色基于知識(shí)共享開(kāi)放原始碼的電路圖設(shè)計(jì)和知識(shí)共享開(kāi)放原始碼的程式開(kāi)發(fā)環(huán)境。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，也可依個(gè)人需求自己修改。你可以自己動(dòng)手制作，也可以購(gòu)置成品套裝；Arduino所使用到的軟件都可以免費(fèi)下載。硬件參考設(shè)計(jì)(CAD文件)也是遵循availableopen-source協(xié)議，你可以非常自由地根據(jù)你自己的要求去修改他們。使用低價(jià)格的微處理控制器(AVR系列控制器)，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。Arduino支持ISP在線燒，可以將新的“bootloader〞固件燒入AVR芯片。有了bootloader之后，可以通過(guò)串口或者USBtoRs232線更新固件?？梢罁?jù)官方提供的Eagle格式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；可簡(jiǎn)單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接(例如：紅外線,超音波,熱敏電阻,光敏電阻,伺服馬達(dá)等)。支持多種互動(dòng)程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、PD、C、Processing等。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)。Arduino的開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)跨平臺(tái)。ArduinoIDE可以在Windows、MacintoshOSX、Linux三大主流操作系統(tǒng)上運(yùn)行，而其他的大多數(shù)控制器只能在Windows上開(kāi)發(fā)。簡(jiǎn)單清晰的開(kāi)發(fā)。ArduinoIDE基于processingIDE開(kāi)發(fā)。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，極易掌握，同時(shí)有著足夠的靈活性。Arduino語(yǔ)言基于wiring語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，是對(duì)AVRGCC庫(kù)的二次封裝，不需要太多的單片機(jī)根底、編程根底，簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)后，你也可以快速的進(jìn)行開(kāi)發(fā)。開(kāi)放性。Arduino的硬件原理圖、電路圖、IDE軟件及核心庫(kù)文件都是開(kāi)源的，在開(kāi)源協(xié)議范圍內(nèi)里可以任意修改原始設(shè)計(jì)及相應(yīng)代碼。社區(qū)與第三方支持。Arduino有著眾多的開(kāi)發(fā)者和用戶，你可以找到他們提供的眾多開(kāi)源的例如代碼、硬件設(shè)計(jì)。例如，可以在Github、Arduino.cc、Openjumper等網(wǎng)站找到Arduino第三方硬件、外設(shè)、類(lèi)庫(kù)等支持，更快更簡(jiǎn)單的擴(kuò)展你的Arduino工程。硬件開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)。Arduino不僅僅是全球最流行的開(kāi)源硬件，也是一個(gè)優(yōu)秀的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，更是硬件開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)。Arduino簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)方式使得開(kāi)發(fā)者更關(guān)注創(chuàng)意與實(shí)現(xiàn)，更快的完成自己的工程開(kāi)發(fā)，大大節(jié)約了學(xué)習(xí)的本錢(qián)，縮短了開(kāi)發(fā)的周期。Arduino的開(kāi)展現(xiàn)狀A(yù)rduino自2005年出現(xiàn)以來(lái)就受到了國(guó)外開(kāi)發(fā)者的廣泛關(guān)注，因?yàn)锳rduino的種種優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的專(zhuān)業(yè)硬件開(kāi)發(fā)者已經(jīng)或開(kāi)始使用Arduino來(lái)開(kāi)發(fā)他們的工程、產(chǎn)品；越來(lái)越多的軟件開(kāi)發(fā)者使用Arduino進(jìn)入硬件、物聯(lián)網(wǎng)等開(kāi)發(fā)領(lǐng)域；大學(xué)里，自動(dòng)化、軟件，甚至藝術(shù)專(zhuān)業(yè)，也紛紛開(kāi)展了Arduino相關(guān)課程。由于其開(kāi)源特性，開(kāi)發(fā)者可以在Arduino社區(qū)下載和發(fā)布自己的設(shè)計(jì)成果，一方面有利于開(kāi)發(fā)者自己的工程的開(kāi)發(fā)，另一方面也為他人提供了大量的參考資料。由于受到眾多開(kāi)發(fā)者的支持，Arduino在短短的幾年內(nèi)開(kāi)展十分迅速，現(xiàn)在除了Arduino的愛(ài)好者，很多廠商也參加到了Arduino的開(kāi)發(fā)當(dāng)中，給Arduino的開(kāi)展帶來(lái)了十分豐富的資源，也誕生了很多使用Arduino開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。特別是在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，很多廠商基于Arduino開(kāi)發(fā)出了很多智能家居產(chǎn)品。由于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)還未形成統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，很多公司都希望形成各自封閉的生態(tài)系統(tǒng)，以形成自己的標(biāo)準(zhǔn)，這就導(dǎo)致不同公司生產(chǎn)的產(chǎn)品相互之間并不兼容。這就意味著消費(fèi)者如果想要實(shí)現(xiàn)家中所有的電子設(shè)備的互聯(lián)，就要購(gòu)置同一家公司生產(chǎn)產(chǎn)品，但是這并不符合物聯(lián)網(wǎng)對(duì)開(kāi)放性的需求。但是arduino兼容和擴(kuò)展性正好克服這一問(wèn)題。由于arduino是開(kāi)放的，而且使用的芯片價(jià)格十分低廉，大大降低了產(chǎn)品生產(chǎn)的本錢(qián)，吸引了大量廠商的參加，系統(tǒng)之間的兼容性問(wèn)題可以很好地解決，同時(shí)也為一些資本并不雄厚的小企業(yè)提供了與傳統(tǒng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)機(jī)。由于Arduino的種種優(yōu)勢(shì)，目前，Arduino已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的形成了一股重要的力量。Arduino在國(guó)外的流行也引起了國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)者的關(guān)注，目前國(guó)內(nèi)也有一些廠商在使用Arduino開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品，Arduino的硬件產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)也有一些銷(xiāo)售商在淘寶網(wǎng)等電子商務(wù)平臺(tái)上銷(xiāo)售。盡管Arduino在國(guó)內(nèi)開(kāi)展迅速，但Arduino目前在國(guó)內(nèi)的開(kāi)展水平與國(guó)外還存在很大的差距。但Arduino傳入國(guó)內(nèi)對(duì)國(guó)內(nèi)的影響無(wú)疑是巨大的。舉個(gè)例子，當(dāng)初國(guó)內(nèi)制造的企業(yè)只有一兩家而已，而當(dāng)板開(kāi)源后，除了傳統(tǒng)的廠商，剛剛成立的一些沒(méi)有技術(shù)積累的小企業(yè)也能在開(kāi)源平臺(tái)上迅速開(kāi)發(fā)出自己廉價(jià)的產(chǎn)品與傳統(tǒng)廠商進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，一時(shí)間山寨鋪天蓋地，行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壓力非常大，迅速拉低了國(guó)內(nèi)的價(jià)格。目前，開(kāi)源的arduino在國(guó)內(nèi)的開(kāi)展也有著這樣的一股趨勢(shì)。而arduino開(kāi)源又不同的是，它是一個(gè)原始板，半成品，到成品還有一個(gè)階段，不是任何人都能模仿的。沖擊最大的是那些原本的制造小家電的企業(yè)，原來(lái)它們是有一些技術(shù)優(yōu)勢(shì)的，但是arduino一來(lái)，新參加企業(yè)即使沒(méi)有多少年的經(jīng)驗(yàn)也能開(kāi)發(fā)出像樣的東西，對(duì)傳統(tǒng)的企業(yè)是比擬不利的。當(dāng)然長(zhǎng)久來(lái)說(shuō)，對(duì)小企業(yè)的優(yōu)勢(shì)是巨大的。但是因?yàn)槭情_(kāi)源，硬件的本錢(qián)會(huì)更低，技術(shù)壁壘會(huì)更低，成功的關(guān)鍵是兩個(gè)因素：1是從硬件產(chǎn)品本身跳出來(lái)，加強(qiáng)效勞端，web端的優(yōu)勢(shì)；2產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度是最關(guān)鍵的，當(dāng)你沒(méi)有coreassets，速度就是成功的關(guān)鍵。這就推動(dòng)了國(guó)內(nèi)企業(yè)從產(chǎn)品到效勞的加速轉(zhuǎn)型，加強(qiáng)了國(guó)內(nèi)企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)中的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)可以為消費(fèi)者帶來(lái)更加低價(jià)的產(chǎn)品和更加優(yōu)質(zhì)的效勞?？偨Y(jié)由于Arduino具有開(kāi)放性、開(kāi)源性、低本錢(qián)、拓展性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)收到了國(guó)內(nèi)外的眾多開(kāi)發(fā)者和企業(yè)的廣泛關(guān)注和使用，這也為Arduino提供了很多可供參考的開(kāi)發(fā)資源。Arduino將像開(kāi)源的Linux操作系統(tǒng)一樣，將被用于更多的領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)成更多的產(chǎn)品，隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及走進(jìn)千家萬(wàn)戶，而使用Arduino設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也必將更加地貼近企業(yè)和市場(chǎng)的需求。Arduino龐大的開(kāi)發(fā)資源也為我們做課程設(shè)計(jì)提供了大量可靠的參考資料，Arduino的低本錢(qián)優(yōu)勢(shì)也很適合大學(xué)