第1节 我选Arduino

高大上的无人机玩过吗？智能的家庭空气检测仪见过吗？手机控制的电子体重秤、血压仪用过吗？这些“高科技”都属于智能硬件。

作为软件开发者的你，有没有想过自己开发一个智能硬件呢？

也许你会觉得硬件开发的门槛很高，作为小白或者软件开发者难以企及，那么这你就想错了。其实，现在已经有了很多专门为软件开发者设计的智能硬件开发平台。例如现在火爆的树莓派－raspberry pi、英特尔推出的爱迪生－Edison，以及本系列讲重点介绍的Arduino。

有了它们，即使你对硬件并不了解，也能开发出软硬件完美结合的智能小硬件。

这些硬件都有个共同的特点，采用主控制板＋扩展板＋外接硬件的方式工作。

1. 主控制板：我们讲的平台（树莓派、爱迪生、Arduino），指的就是主控制板，它通常就是一个开发板。你可以把它想象成台式电脑上的主板，只不过这个主板已经焊接上了CPU和内存等最最主要的部件；

2. 扩展板：主控制板上的针脚是有限的，扩展板可以把一个针脚扩展成多个针脚，让更多的设备与这个针脚连接。它们就好像是电脑主板上延伸出来的一根根USB数据线，把主板上的一个USB接口，转接成了多组不同的USB接口，放在电脑主机的前面和后面；

3. 外接硬件：按钮开关、传感器等器件通过扩展板与主控制板的针脚相连。它们就好像是台式电脑上的USB接口可以连接的U盘、移动硬盘、USB Wifi等等外接设备；

可以想象的到，只要使用对应平台的扩展板，外接硬件可以连接在不同的平台上，正常的使用。所以那些外接的硬件有很高的通用性。

1.1 WHY Arduino

在前面提到的智能硬件开发平台中，我们选择了Arduino， 为什么？

1. Arduino足够的便宜，一个Arduino开发板不到100块钱（即使是意大利原装板也只要300多人民币），投入的硬件成本很低，可以花很低的代价学习智能硬件开发；

2. 作为智能硬件的初学者，总希望从最简单的开始，能学到原理，但是又不要有太高的学习门槛，有了基础以后再循序渐进。Arduino开发只需要开发者会基本的C语言就可以了，几乎不需要任何其他的编程、硬件基础；

3. Arduino的运算能力足够制作一些简单的智能硬件了，而它又更接近一个单片机，很多智能硬件可以用它做功能的验证；

4. Arduino是软硬件开源的，有很多的技术资料可以参考，有庞大的社区支持，可以找到很多志同道合的人交流、快速进步；

所以，我们选择这个性价比最高的的平台来开始智能硬件开发之旅。

1.2 Arduino开发板

Arduino开发板根据体积和性能，分为了多个子系列。

其中最常见、用来做入门学习的有两种，UNO和MEGA。

这两个开发板的功能几乎一样，MEGA使用的主控制芯片性能要高一些，针脚多一些，可以同时连接的外接硬件就要多一些。

相比之下，UNO配置低一些，价格也便宜一些。
MEFGA配置高一些，价格比UNO贵二十块人民币左右（意大利原版之间相比贵二十美元左右）。

我们使用Arduino开发板主要是用来学习，可能会同时要加装各种外接设备，MEGA开发板对此更有优势。

UNO接口太少，假如要做个四驱小车，一旦使用了四个马达后，基本就不能再添加其他硬件外设了。

另外，UNO的串口控制器只有一个串口，假如你还要使用其他串口设备的时候，调试起来就比较吃力了。例如做蓝牙小车，调试时噩梦就来了：因为Uno只有一个串口，要提供给蓝牙和USB共用。你得先拔下蓝牙模块的连接线才能部署程序到开发板；部署完成后，再插上蓝牙连接线才能开始测试。

如果出于批量生产成本考虑要使用UNO开发板也没有问题，可以先在MEGA上完成开发，最后在UNO上做性能测试，只要使用的硬件接口不大于UNO开发板提供的接口就行了。

基于以上这些分析，我们的建议是选Arduino的MEGA开发板。

学习硬件开发的一个很大门槛就是要记住许多复杂的寄存器地址。Arduino的之所以被认为是给软件开发者设计的硬件，就在于它简化了硬件上的多种接口，把它们抽象成一个个可以直接控制的引脚位置。软件开发者编程时只需要对这几类引脚做操作就可以了。

Arduino开发板上的引脚数量，根据开发板的类型是不同的。例如，UNO有20多根引脚，MEGA有70多根引脚。这些引脚都有自己的名字。

这些引脚可以被分成3类，

1. 电源引脚。利用电源引脚，可以为外界的扩展板或者硬件提供3.3V（引脚3V3） 5V（引脚5V）的电压，以及接地（引脚GND）的功能；也能通过引脚VIN接受外部提供的电压；

   在MEGA开发板中，电源引脚的位置大致如下，

   

2. 模拟引脚。区别于数字引脚只能输出0,1两种状态，模拟引脚可以输出0与1之间的中间状态。开发板有若干个模拟引脚，它们接收或输出模拟量：0~1023。

   它们被编成了0～N的数字号码，用A0～AN来表示。例如MEGA开发板上的模拟引脚有16个，就是A0～A15。

   

3. 数字引脚。只能输出0和1两种状态的引脚。开发板有若干个数字引脚，它们只接收或输出高低电平两个值：HIGH或者LOW。

   它们被编成了0～N的数字号码，用D0～DN来表示。例如MEGA开发板上的数字引脚有54个，就是D0～D53。

   

   这些数字引脚中，有的引脚还可以提供别的复用功能，

   1. PWM（Plus Width Module）。通过控制脉冲信号周期的方式，来调节数字引脚输出的电压大小；

      

   2. 通信引脚。作为串口输入和输出的接口；

      

不同的Arduino开发板，它们的引脚位置是不相同的，这里只是用MEGA开发板来做一个示例。目前我们只要知道有这些引脚的存在就可以了。今后要使用到这些引脚的时候，我们再来做详细的介绍。

*关于Arduino UNO开发板的详细介绍请参考官网。

*关于Arduino MEGA开发板的详细介绍请参考官网。

1.3 Arduino扩展板

1.3.1 官方扩展板

Arduino官方目前总共推出了5款扩展板。
分别是，
Arduino Motor Shield

Arduino Proto Shield

Arduino Ethernet Shield

Arduino GSM Shield

Arduino WiFi Shield 101

1.3.2 第三方扩展板

Arduino是开放平台，有不少的第三方扩展板。根据开发者的需要，扩展出提供不同功能的接口。对于有能力的硬件开发者来说，可以随心所欲的设计适合自己的扩展板。

例如下面这款双L293D芯片的马达扩展板，

1.4 外接硬件

Arduino可以外接多种硬件。这些硬件可以，

1. 直接接到开发板上；

   

2. 接到扩展板上，然后通过扩展板连接到主控制板上；

   

1.4.1 传感型硬件

用来感知、测量某种环境数据的硬件。例如光线传感器、温湿度传感器、超声波探测器、粉尘传感器等等。

1.4.2 控制型硬件

用来发出指令、改变硬件某个特性的硬件。例如开关、直流马达、步进马达、舵机、LED灯等等。

---

关于这些传感器详细的原理和用法，我们将在以后的章节详细的介绍。

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本系列课程使用到的Arduino开发板、扩展板以及其他相关的传感器，各位可以根据我们文章中介绍的硬件在淘宝网选购。
您也可以在我们的网店安豆的杂货铺中购买，这些相关硬件都由我们为您把关购买，为大家节省选择的精力与时间。同时也感谢大家对我们这些码农的支持。

最后再次感谢各位读者对安豆的支持，谢谢:)

第1节 我选Arduino

高大上的无人机玩过吗？智能的家庭空气检测仪见过吗？手机控制的电子体重秤、血压仪用过吗？这些“高科技”都属于智能硬件。

作为软件开发者的你，有没有想过自己开发一个智能硬件呢？

也许你会觉得硬件开发的门槛很高，作为小白或者软件开发者难以企及，那么这你就想错了。其实，现在已经有了很多专门为软件开发者设计的智能硬件开发平台。例如现在火爆的树莓派－raspberry pi、英特尔推出的爱迪生－Edison，以及本系列讲重点介绍的Arduino。

有了它们，即使你对硬件并不了解，也能开发出软硬件完美结合的智能小硬件。

这些硬件都有个共同的特点，采用主控制板＋扩展板＋外接硬件的方式工作。

1. 主控制板：我们讲的平台（树莓派、爱迪生、Arduino），指的就是主控制板，它通常就是一个开发板。你可以把它想象成台式电脑上的主板，只不过这个主板已经焊接上了CPU和内存等最最主要的部件；

2. 扩展板：主控制板上的针脚是有限的，扩展板可以把一个针脚扩展成多个针脚，让更多的设备与这个针脚连接。它们就好像是电脑主板上延伸出来的一根根USB数据线，把主板上的一个USB接口，转接成了多组不同的USB接口，放在电脑主机的前面和后面；

3. 外接硬件：按钮开关、传感器等器件通过扩展板与主控制板的针脚相连。它们就好像是台式电脑上的USB接口可以连接的U盘、移动硬盘、USB Wifi等等外接设备；

可以想象的到，只要使用对应平台的扩展板，外接硬件可以连接在不同的平台上，正常的使用。所以那些外接的硬件有很高的通用性。

1.1 WHY Arduino

在前面提到的智能硬件开发平台中，我们选择了Arduino， 为什么？

1. Arduino足够的便宜，一个Arduino开发板不到100块钱（即使是意大利原装板也只要300多人民币），投入的硬件成本很低，可以花很低的代价学习智能硬件开发；

2. 作为智能硬件的初学者，总希望从最简单的开始，能学到原理，但是又不要有太高的学习门槛，有了基础以后再循序渐进。Arduino开发只需要开发者会基本的C语言就可以了，几乎不需要任何其他的编程、硬件基础；

3. Arduino的运算能力足够制作一些简单的智能硬件了，而它又更接近一个单片机，很多智能硬件可以用它做功能的验证；

4. Arduino是软硬件开源的，有很多的技术资料可以参考，有庞大的社区支持，可以找到很多志同道合的人交流、快速进步；

所以，我们选择这个性价比最高的的平台来开始智能硬件开发之旅。

1.2 Arduino开发板

Arduino开发板根据体积和性能，分为了多个子系列。

其中最常见、用来做入门学习的有两种，UNO和MEGA。

这两个开发板的功能几乎一样，MEGA使用的主控制芯片性能要高一些，针脚多一些，可以同时连接的外接硬件就要多一些。

相比之下，UNO配置低一些，价格也便宜一些。
MEFGA配置高一些，价格比UNO贵二十块人民币左右（意大利原版之间相比贵二十美元左右）。

我们使用Arduino开发板主要是用来学习，可能会同时要加装各种外接设备，MEGA开发板对此更有优势。

UNO接口太少，假如要做个四驱小车，一旦使用了四个马达后，基本就不能再添加其他硬件外设了。

另外，UNO的串口控制器只有一个串口，假如你还要使用其他串口设备的时候，调试起来就比较吃力了。例如做蓝牙小车，调试时噩梦就来了：因为Uno只有一个串口，要提供给蓝牙和USB共用。你得先拔下蓝牙模块的连接线才能部署程序到开发板；部署完成后，再插上蓝牙连接线才能开始测试。

如果出于批量生产成本考虑要使用UNO开发板也没有问题，可以先在MEGA上完成开发，最后在UNO上做性能测试，只要使用的硬件接口不大于UNO开发板提供的接口就行了。

基于以上这些分析，我们的建议是选Arduino的MEGA开发板。

学习硬件开发的一个很大门槛就是要记住许多复杂的寄存器地址。Arduino的之所以被认为是给软件开发者设计的硬件，就在于它简化了硬件上的多种接口，把它们抽象成一个个可以直接控制的引脚位置。软件开发者编程时只需要对这几类引脚做操作就可以了。

Arduino开发板上的引脚数量，根据开发板的类型是不同的。例如，UNO有20多根引脚，MEGA有70多根引脚。这些引脚都有自己的名字。

这些引脚可以被分成3类，

1. 电源引脚。利用电源引脚，可以为外界的扩展板或者硬件提供3.3V（引脚3V3） 5V（引脚5V）的电压，以及接地（引脚GND）的功能；也能通过引脚VIN接受外部提供的电压；

   在MEGA开发板中，电源引脚的位置大致如下，

   

2. 模拟引脚。区别于数字引脚只能输出0,1两种状态，模拟引脚可以输出0与1之间的中间状态。开发板有若干个模拟引脚，它们接收或输出模拟量：0~1023。

   它们被编成了0～N的数字号码，用A0～AN来表示。例如MEGA开发板上的模拟引脚有16个，就是A0～A15。

   

3. 数字引脚。只能输出0和1两种状态的引脚。开发板有若干个数字引脚，它们只接收或输出高低电平两个值：HIGH或者LOW。

   它们被编成了0～N的数字号码，用D0～DN来表示。例如MEGA开发板上的数字引脚有54个，就是D0～D53。

   

   这些数字引脚中，有的引脚还可以提供别的复用功能，

   1. PWM（Plus Width Module）。通过控制脉冲信号周期的方式，来调节数字引脚输出的电压大小；

      

   2. 通信引脚。作为串口输入和输出的接口；

      

不同的Arduino开发板，它们的引脚位置是不相同的，这里只是用MEGA开发板来做一个示例。目前我们只要知道有这些引脚的存在就可以了。今后要使用到这些引脚的时候，我们再来做详细的介绍。

*关于Arduino UNO开发板的详细介绍请参考官网。

*关于Arduino MEGA开发板的详细介绍请参考官网。

1.3 Arduino扩展板

1.3.1 官方扩展板

Arduino官方目前总共推出了5款扩展板。
分别是，
Arduino Motor Shield

Arduino Proto Shield

Arduino Ethernet Shield

Arduino GSM Shield

Arduino WiFi Shield 101

1.3.2 第三方扩展板

Arduino是开放平台，有不少的第三方扩展板。根据开发者的需要，扩展出提供不同功能的接口。对于有能力的硬件开发者来说，可以随心所欲的设计适合自己的扩展板。

例如下面这款双L293D芯片的马达扩展板，

1.4 外接硬件

Arduino可以外接多种硬件。这些硬件可以，

1. 直接接到开发板上；

   

2. 接到扩展板上，然后通过扩展板连接到主控制板上；

   

1.4.1 传感型硬件

用来感知、测量某种环境数据的硬件。例如光线传感器、温湿度传感器、超声波探测器、粉尘传感器等等。

1.4.2 控制型硬件

用来发出指令、改变硬件某个特性的硬件。例如开关、直流马达、步进马达、舵机、LED灯等等。

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关于这些传感器详细的原理和用法，我们将在以后的章节详细的介绍。

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本系列课程使用到的Arduino开发板、扩展板以及其他相关的传感器，各位可以根据我们文章中介绍的硬件在淘宝网选购。
您也可以在我们的网店安豆的杂货铺中购买，这些相关硬件都由我们为您把关购买，为大家节省选择的精力与时间。同时也感谢大家对我们这些码农的支持。

最后再次感谢各位读者对安豆的支持，谢谢:)