关键词：电子设计； 控制电路； Arduino； 引领
Arduino是由米兰交互设计学院的两位老师David Cuartielles和Massimo Banzi于2005年1月联合创建的。 它是一个基于开源代码的简单I/O平台。 该平台由两部分组成：硬件（包括微处理器、电路板等）和软件（编程接口和语言）。 该平台的两个部分都是开源的，如果您愿意，您可以下载 Arduino 的图表，购买所需的所有单独部件，切割电路板并制作一个。 Arduino有类似java和C语言的开发环境。 您可以快速使用Arduino语言和Flash或Processing等软件完成交互作品。 Arduino 可以使用已开发的电子元件，例如开关、传感器或其他控制器、LED、步进电机或其他输入/输出设备。 同时，Arduino还可以成为与软件通信的独立平台，例如flash、Processing、Max/MSP或其他交互软件。
1 功能特点 Arduino在开发之初就明确了其应用环境，并设计了开源、开放的平台，以方便其二次开发。 Arduino的主要功能特点如下：
1）开源电路图设计。 程序开发接口免费下载，您也可以根据需要进行修改。
2）使用低价微处理器控制器（ATmega8或ATmega128）。 可以通过USB接口供电，无需外接电源，也可以使用外部9VDC输入。
3) 支持ISP在线烧录器将Bootloader固件烧录到芯片中。 Arduino控制器有一个Bootloader程序，它是系统上电后运行的第一段代码。 它就像 PC BIOS 中的程序一样。 它在启动时执行自检、配置端口等。 当然，微控制器依赖于编程熔丝位。 要设置上电后的引导区，可以使用该程序直接将串口发来的程序存入Flash区。 因此，在使用Arduino编译环境下载程序时，应先复位单片机，启动Boodoader程序，引导串口发来的程序顺利写入Flash区域。 Flash可以重复编程，所以更新软件非常方便。 借助Bootloader，可以通过串口或USB转RS232线更新固件。
4）根据官方的PCB和SCH电路图，可以简化Arduino模块，完成微处理器控制的独立操作。
5）可方便连接传感器及各种电子元件，如红外、超声波、热敏电阻、光敏电阻、伺服电机等。
6）支持多种交互程序，如Flash、Max/MSP、VVVV、PureData、C、Processin等。使用低价微处理器控制器。
7）在应用方面，使用hrduino可以突破以往设备只能使用鼠标、键盘、CCD等输入设备的交互内容，更容易实现单人或多人游戏交互。 Arduino的功能特点使其应用越来越广泛。
2 基本结构 Arduino系统针对不同的应用环境开发了不同的版本。 本文以“Arduino Duemilanove”版本为例。 该版本于 2009 年开发，基于 ATm ega328 微控制器板。 它可以自动选择使用哪种电源。 只需使用 USB 电缆将其连接到计算机或使用电源适配器为其供电，即可开始使用。 Arduino Duemilanove的外部结构如图1所示。
1）1路9V直流输入，为Arduino板提供外部电源输出，使Arduino控制板能够驱动舵机等大功率外部设备；
2）1个USB口，通过该口连接电脑，Arduino IDE将用户编写的控制程序上传到控制板。 同时还可以通过该端口给电路板供电，驱动低功耗的外部设备；
3）14个数字输入/输出端子，其中端口0（RX）和1（TX）分别连接主控芯片的串行引脚，用于接收和发送TTL串行数据。 其中2、3口可以接收外部信号，实现外部中断功能； 端口3、5、6、9、10、11作为PWM端口，可用于电机PWM调速[5]或音乐播放； 端口10（SS）、11（MOSI）、12（MISO）和13（SCK）在SPI模块库的支持下可以提供SPI通信模式； LED 指示灯内部连接到端口 13。随着引脚 13 上的电平变化，开和关；
4）6个模拟量输入/输出端子，其中端口4（SDA）和端口5（SCL）可以实现I2C通信；
5）1路5V直流输出，1路3.3V直流输出，可为其他电路增加3.3V、5V直流电源；
6）1个复位接口。
Arduino系统是基于微控制器开发的，使用了大量通用、标准的电子元件。 整个设计，包括硬件和软件以及代码均以开源方式发布，因此采购成本较低。 在各种电子制作竞赛、电子艺术品、创意设计等中越来越多地使用Arduino作为开发平台。
3 应用 Arduino系统广泛应用于电子设计等方面。 本文以简单的LEO控制为例来说明Arduino系统的使用。
在LEO控制系统中，开关S用于控制LED的亮灭。 当开关S闭合时，LED发光，当开关S断开时，LED熄灭。 因此，在设计系统时，数字输入/输出端口的两个引脚分别用于连接LED和S开关。 电路如图2所示。
Arduino语言基于C/C++，实际上是基础C语言。 Arduino语言将AVR微控制器（微控制器）相关的一些参数设置模块化，包括EEPROM、以太网、LED矩阵、舵机、Stepper和TWI/I2C控制库，不需要用户直接与底层系统打交道，可以提高应用开发效率。 流程如图3所示。
Arduino语言是以setup()和loop()为主体的程序结构。 setup()用于初始化变量、引脚模式、调用库函数等。该函数只运行一次，其功能类似于C语言中的“main()”。 Loop()函数是一个循环函数，函数内的语句会被重复执行。 假设通过D10引脚控制LED，D2引脚连接控制开关S。主要代码如下：
在Setup函数中，pinMode函数是数字I/O端口输入输出定义函数，可以确定Arduino上0~13端口的输入输出状态。 INPUT和OUTPUT分别代表输出和输出模式。 循环函数中，digitalRead为数字I/O口读取电平值函数，digitalWrite为数字I/O口输出电平定义函数。 本例中，在setup函数中，将端口2定义为数字信号输入端口，将端口10定义为数字信号输出端口； 在该函数循环中，首先读取端口2的电平信号，然后根据该端口的电平值设置输出端口10的电平值。
通过Arduino IDE将编写好的控制代码上传到控制板后，关闭或打开开关S，您将观察LED的亮灭。
4 结论 Arduino系统基于C/C++，即基础C语言。 Arduino系统仅功能化一些与AVR单片机（微控制器）相关的寄存器参数设置，即使你对AVR单片机了解不多。 朋友们可以轻松上手，设计出各种实用的电路开发系统。
