引言

　　Arduino是一系列基于單片機的人機互動產品開發平臺，由于其具有高度的模塊化特點，有時也叫它“電子積木”。它的硬件平臺是開放的，任何人都可以在Arduino官方網站上下載最新的PCB設計進行復制。Arduino的硬件平臺包括基于AVR單片機的主控制電路板，以及大量的各式輸入/輸出電子模塊。輸入/輸出模塊包括開關輸入模塊、溫度壓力傳感器輸入模塊、超聲測距傳感器輸入模塊、各類顯示輸出模塊、電機控制模塊等，甚至還有以太網接入模塊。由于Arduino具有豐富易用的模塊，已經在各類機電創新設計比賽中得到廣泛應用。在軟件方面，Arduino有一個屬于自己的基于Eclipse的IDE軟件開發環境，開發語言采用類C++語言的高級語言，容易被使用者掌握。有大量的庫文件可以通過互聯網下載免費獲得，大大簡化了程序開發工作。由于Arduino豐富的外圍模塊、容易掌握的開發語言和環境，大量的庫支持，使得基于Arduino的電子互動產品設計越來越多。從Arduino誕生的2005年到2011年，已有超過15萬塊的Arduino模板售出［1］。本文介紹了Arduino的硬件、軟件，并給出了采用Arduino開發互動產品的實例，使初學者對它有一個基本的認識。

　　1　Arduino硬件

　　1.1　Arduino主控板

　　Arduino的主控板采用AVR單片機，最新的版本是UNO，與之前的版本不同，它不再使用FTDI USB串行驅動芯片，而是把Atmega8U2編程為一個USB設備。相對于它的前幾代，這帶來了許多好處。首先是價格降低了，更重要的是這使得Arduino在PC端可以顯示為一個USB設備，就像是一個鼠標或游戲操作手柄，這開辟了Arduino的新用途［1］。總之，Arduino的主控板就是一個單片機控制板，在這一點上與其他單片機控制板并無本質的區別，但是由于其擁有豐富的系列產品、大量的開源軟件，讓Arduino得到了更為廣泛的應用和支持。

　　1.2　Arduino輸出模塊

　　市場上已經出現了圍繞Arduino Duemilanove開發的很多輸出模塊：有視覺輸出的，如LED燈控制、LCD控制、觸摸屏控制等；有聲音輸出的，如蜂鳴器和揚聲器模塊；還有物理系統的控制模塊，如各類直流小馬達、步進電機、機器人舵機等。另外，還可以利用AVR單片機的PWM輸出口進行D/A轉換。這些模塊大大拓展了Arduino作為一個單片機平臺的用途。其中基于LN298設計的直流馬達控制模塊在各類機器人項目中采用得很多，這種模塊能夠同時控制兩路直流馬達，與ArduinoDuemilanove之間的連接也十分簡便。輸出單元的模塊化使搭建基于Arduino系統的應用項目很方便。

　　1.3　Arduino輸入模塊

　　最一般的輸入如各類按鈕、位置行程開關等都有相應的模塊可以購買。其他諸如超聲測距、壓力傳感器、溫度傳感器、傾角傳感器等也有相應的模塊可以直接應用。還有記錄數據和通信用的模塊、如SD卡模塊，以太網接入模塊等，這讓Arduino不僅僅作為一個控制終端使用，還可以進行數據的存儲和簡單處理，以及與外界系統通信等，可見其輸入模塊資源豐富。從輸入的信號來看，可以分為數字量的信號輸入（如以上的開關模塊等），模擬量的信號輸入（如溫度、壓力傳感器模塊），通過總線網絡方式的數據輸入（如采用各類通信協議的傳感器模塊等）。

　　2　Arduino軟件

　　2.1　Arduino編程語言

　　Arduino編程語言是建立在C/C++語言基礎上的。Arduino語言把AVR單片機（微控制器）相關的一些參數設置都參數化了，不用開發者去了解其底層，對AVR單片機了解不多的用戶也可以容易地開發基于AVR的項目。需要注意的是，Arduino的語言與C語言運行機制還是有一些區別的，特別是在項目程序中必須包括setup和loop兩個函數。setup函數在系統上電或復位后運行一次，因此一般用戶在其中做一些初始化工作，如設定串口通信的波特率等，一些一次性的工作也可以放在這個函數中運行，如下文中的寫SD卡文件的例子程序。Loop函數是Arduino軟件項目的主體，系統上電并且運行完成setup函數后，就進入loop函數，并且該函數是一個無限循環的過程，這一點需要開發者特別注意，這與C語言的void main（）{}是有很大區別的。loop函數相當于下面這樣一個無限循環過程：

　　while（1）{

　　用戶程序

　　}

　　在系統setup執行之后，總是進入這個函數，開發者需要把自己的程序放在這個函數內運行。

　　2.2　Arduino開發環境

　　Arduino的開發環境很簡潔，用戶可以在其官方網站上免費下載使用，IDE如圖1所示。可以看到，在一個簡單的菜單和工具條下，就是IDE的編程窗口和一個串行通信監視窗口。其中工具條包含了保存打開文件、向Arduino板下載程序等主要功能，與一般的Windows軟件并無不同。在編程窗口下是一個串口監視器窗口。因為Arduino開發板沒有專門的顯示平臺，在許多程序的調試過程中需要Arduino傳輸給上位機一些信息以便于開發者判斷程序的運行狀況，或者得到程序的運行結果。這些結果可以通過串口監視器顯示，開發者也可以通過該窗口向Arduino板發送一些信息，極大地方便了項目的開發。

　　圖1　Arduino的IDE