首先開發板實物圖如下：

 

 

 

      在本篇文章中，我們將詳細介紹Arduino開發板的硬件電路部分，具體來說，就是介紹Arduino Uno開發板的引腳分配圖及定義。Arduino Uno微控制器采用的是Atmel的ATmega328。 Arduino Uno開發板的引腳分配圖包含14個數字引腳、6個模擬輸入、電源插孔、USB連接和ICSP插頭。引腳的復用功能提供了更多的不同選項，例如驅動電機、LED、讀取傳感器等。在這篇文章中，我們將介紹Arduino Uno引腳的功能。

 

Arduino Uno引腳分配圖

 

 

Arduino Uno引腳分配 - 電源

Arduino Uno開發板可以使用三種方式供電：

●    直流電源插孔 -可以使用電源插孔為Arduino開發板供電。電源插孔通常連接到一個適配器。開發板的供電范圍可以是5-20V，但制造商建議將其保持在7-12V之間。高于12V時，穩壓芯片可能會過熱，低于7V可能會供電不足。

●    VIN引腳 - 該引腳用于使用外部電源為Arduino Uno開發板供電。電壓應控制在上述提到的范圍內。

●    USB電纜 - 連接到計算機時，提供500mA/5V電壓。

 

 

 

 

在電源插孔的正極與VIN引腳之間鏈接有一個極性保護的二極管，額定電流為1安培。

 

您使用的電源決定了可用于電路的功率。例如，使用USB為電路供電時，電流最大限制在500mA。考慮到該電源也用于為MCU、外圍設備、板載穩壓器和與其連接的組件供電。當通過電源插座或VIN為電路供電時，可用的最大電流取決于Arduino開發板上的5V和3.3V穩壓器。

 

●    5v和3v3

根據制造商的數據手冊，它們提供穩壓的5V和3.3v，向外部組件供電。

●    GND

在Arduino Uno引腳分配圖中，可以看到有5個GND引腳，它們都是互連的。

GND引腳用于閉合電路回路，并在整個電路中提供一個公共邏輯參考電平。務必確保所有的GND（Arduino、外設和組件）相互連接并且有共同點。

●    RESET - 復位Arduino開發板。

●    IOREF - 該引腳是輸入/輸出參考。它提供了微控制器工作的參考電壓。

Arduino Uno引腳分配 - 模擬輸入

Arduino Uno有6個模擬引腳，它們作為ADC（模數轉換器）使用。

這些引腳用作模擬輸入，但也可用作數字輸入或數字輸出。

 

 

 

模數轉換

ADC表示模擬到數字轉換器。 ADC是用于將模擬信號轉換為數字信號的電子電路。模擬信號的這種數字表示允許處理器（其是數字設備）測量模擬信號并在其操作中使用它。

Arduino引腳A0-A5能夠讀取模擬電壓。在Arduino上，ADC具有10位分辨率，這意味著它可以通過1,024個數字電平表示模擬電壓。 ADC將電壓轉換成微處理器可以理解的位。

一個常見的ADC例子是IP語音（VoIP）。每部智能手機都有一個麥克風，可將聲波（語音）轉換為模擬電壓。這通過設備的ADC，轉換成數字數據，通過互聯網傳輸到接收端。

 

Arduino Uno引腳分配 - 數字引腳

Arduino Uno的引腳0-13用作數字輸入/輸出引腳。其中，引腳13連接到板載的LED指示燈；引腳3、5、6、9、10、11具有PWM功能。

需要注意的是：

●    每個引腳可提供/接收最高40 mA的電流。但推薦的電流是20毫安。

●    所有引腳提供的絕對最大電流為200mA。

 

 

數字電平意味著什么？

數字是一種表示1位電壓的方式：0或1。Arduino上的數字引腳是根據用戶需求設計為輸入或輸出的引腳。數字引腳可以打開或關閉。開啟時，它們處于5V的高電平狀態，當關閉時，它們處于0V的低電平狀態。

在Arduino上，當數字引腳配置為輸出時，它們設置為0或5V。

當數字引腳配置為輸入時，電壓由外部設備提供。該電壓可以在0-5V之間變化，并轉換成數字表示（0或1）。為了確定這一點，有2個閾值：

●    低于0.8v - 視為0。

●    高于2.0v - 視為1。

將組件連接到數字引腳時，確保邏輯電平匹配。如果電壓在閾值之間，則返回值將不確定。

 

什么是PWM？

通常，脈寬調制（PWM）是一種調制技術，用于將消息編碼為脈沖信號。 PWM由兩個關鍵部分組成：頻率和占空比。 PWM頻率決定了完成單個周期（周期）所需的時間以及信號從高到低的波動速度。占空比決定信號在總時間段內保持高電平的時間。占空比以百分比表示。

在Arduino中，支持PWM的引腳產生約500Hz的恒定頻率，而占空比根據用戶設置的參數而變化。見下圖：

 

 

 WM信號用于直流電機的速度控制，調光LED等。

通信協議

串行（TTL） - 數字引腳0和1是Arduino Uno的串行引腳。

它們由板載USB模塊使用。

 

什么是串行通信？

串行通信用于在Arduino板和其他串行設備（如計算機，顯示器，傳感器等）之間交換數據。每塊Arduino板至少有一個串口。串行通信發生在數字引腳0（RX）和1（TX）以及USB上。 Arduino也支持通過數字引腳與SoftwareSerial Library進行串行通信。這允許用戶連接多個支持串行的設備，并保留主串行端口可用于USB。

軟件串行和硬件串行 - 大多數微控制器都具有用于與其他串行設備進行通信的硬件。軟件串行端口使用引腳更改中斷系統進行通信。有一個用于軟件串行通信的內置庫。處理器使用軟件串行來模擬額外的串行端口。軟件串行唯一的缺點是它需要更多的處理，并且不能支持與硬件串行相同的高速。

 

SPI - SS / SCK / MISO / MOSI引腳是SPI通信的專用引腳。它們可以在Arduino Uno的數字引腳10-13和ICSP插頭上找到。

串行外設接口（Serial Peripheral Interface，SPI）是一種串行數據協議，由微控制器用來與總線中的一個或多個外部設備進行通信，如連接。 SPI也可以用來連接2個微控制器。在SPI總線上，總是有一個設備表示為主設備，其余所有設備都表示為從設備。在大多數情況下，微控制器是主設備。 SS（從選擇）引腳確定主器件當前正在與哪個器件通信。

啟用S​​PI的器件始終具有以下引腳：

●    MISO（主從輸出） - 用于向主設備發送數據的線路

●    MOSI（主機輸出從機輸入） - 發送數據到外圍設備的主機線

●    SCK（串行時鐘） - 由主設備生成的用于同步數據傳輸的時鐘信號。

 

I2C - SCL / SDA引腳是I2C通信的專用引腳。在Arduino Uno上，它們可以在模擬引腳A4和A5上找到。

I2C通信協議通常稱為“I2C總線”。 I2C協議旨在實現單個電路板上組件之間的通信。使用I2C時，有2條通信線，稱為SCL和SDA。

●    SCL是用于同步數據傳輸的時鐘線。

●    SDA是用于傳輸數據的通訊線。

I2C總線上的每個器件都有一個唯一的地址，最多可以在同一條總線上連接255個器件。

Aref - 模擬輸入的參考電壓。

中斷 - INT0和INT1。 Arduino Uno有兩個外部中斷引腳。

外部中斷 - 外部中斷是外部干擾出現時發生的系統中斷。干擾可能來自用戶或網絡中的其他硬件設備。 Arduino中這些中斷的常見用途是讀取編碼器產生的方波或外部事件喚醒處理器的頻率。

Arduino有兩種形式的中斷：

●    外部輸入

●    引腳狀態變化

ATmega168 / 328上有兩個外部中斷引腳，稱為INT0和INT1。 INT0和INT1分別映射到引腳2和3。相反，引腳變化中斷可以在任何引腳上激活。

Arduino Uno引腳定義 - ICSP插頭

ICSP表示在線串行編程。該名稱源自在系統編程（ISP）。 Arduino相關的制造商，如Atmel，開發了自己的在線串行編程插頭。這些引腳使用戶能夠編程Arduino開發板上的固件。 Arduino開發板上有6個ICSP引腳，可通過編程電纜連接到編程器設備。

 

了解引腳定義

Arduino Uno開發板是當今市場上最流行的開發板之一，這就是為什么我們在本文中主要介紹這款開發板。本篇文章主要介紹了其大部分功能，但也有很多高級的選項，我們在這篇文章中沒有涉及。

要為項目選擇開發板時，需要了解的重要一點是其功能和局限性。理解開發板使用的不同通信協議也很重要。當然，你不需要記住所有這些信息，你可以回到這篇文章并閱讀相關信息。

如果您有任何意見或疑問，歡迎您在下面進行回復，當然，請隨時與您喜愛Arduino的朋友分享這篇文章。