本文關(guān)鍵詞：Arduino技術(shù)內(nèi)幕，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

　　【摘要】Arduino是由一個(gè)基于AVR單片機(jī)具開放源代碼的硬件平臺(tái)和為Arduino板編寫程序的開發(fā)環(huán)境組成。因其具有多平臺(tái)、編程環(huán)境簡(jiǎn)單、軟硬件開源都可擴(kuò)展等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到許多非專業(yè)愛好者的喜愛。但在其技術(shù)內(nèi)部有著許多東西可挖掘，以此方可合理運(yùn)用。
　　【關(guān)鍵詞】Arduino;AVR;技術(shù)內(nèi)部;合理運(yùn)用
　　引言
　　Arduino是源于意大利基于AVR單片機(jī)具有開放源碼的硬件平臺(tái)。Arduino也具有類似Java，C語(yǔ)言的集成開發(fā)環(huán)境。他幫助許多愛發(fā)明創(chuàng)造的業(yè)余者和真正的開發(fā)者實(shí)現(xiàn)了自己的想法。具有獨(dú)立性和互動(dòng)性的Arduino可以與PC外圍裝置連接，，也能與PC軟件進(jìn)行溝通，如：Flash，Processing，Max/Msp。與其他大多數(shù)的單片機(jī)系統(tǒng)相比，Arduino還可以在Windous，Macintesh Osx和Linux操作系統(tǒng)上運(yùn)行。當(dāng)然有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師可以對(duì)硬件和軟件開源進(jìn)行擴(kuò)展�？偟膩�(lái)說(shuō)Arduino更適宜非專業(yè)愛好者使用。為了滿足這一類愛好者的求知欲，得對(duì)Arduino的內(nèi)部進(jìn)行深入的了解。
　　1.電源
　　要將外部電源輸送、穩(wěn)壓和過(guò)濾給Arduino則需要電源電路。電源電路分為外接電源輸入部分和USB電源輸入部分。外接電源輸入部分由二極管、穩(wěn)壓管USB輸入口組成，輸入范圍是從7V到12V。二極管的作用是當(dāng)電源輸入正反極反轉(zhuǎn)時(shí)也不會(huì)燒壞器件。穩(wěn)壓管是將7V到12V的電壓穩(wěn)定為5V。在USB電源輸入電路中由保險(xiǎn)管、電阻非常大的排阻、集成運(yùn)算放大器、PMOS、線性穩(wěn)壓器組成。運(yùn)行時(shí)，若電流大于500mA，保險(xiǎn)管會(huì)自動(dòng)斷開保護(hù)電路板。保險(xiǎn)管也具有自我恢復(fù)功能，當(dāng)電壓恢復(fù)到5V的電壓范圍后，保險(xiǎn)管則自動(dòng)恢復(fù)連接，為Arduino提供5V的電壓。而排阻則用來(lái)對(duì)前面的外接電源輸入進(jìn)行分壓。對(duì)于運(yùn)算放大器若輸出為高電平，則PMOS處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)切斷了USB的供電。若輸出為低電平，則PMOS處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)USB對(duì)Arduino供電。線性穩(wěn)壓器則是負(fù)責(zé)將5V的電源轉(zhuǎn)變?yōu)?V電源。（這里主要說(shuō)的是Arduino UNO）
　　2.串口
　　要實(shí)現(xiàn)PC或其他設(shè)備與Arduino之間的通信則需要使用串口。Arduino的串口USART（即Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/異步接收器/發(fā)送器）通常與PC的Rs-232端口相連，它以預(yù)設(shè)的速率異步地在一條線上發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。當(dāng)串口在異步模式時(shí)，不需要一個(gè)分離的時(shí)鐘信號(hào);當(dāng)在同步模式時(shí)，則需要一個(gè)專用的信號(hào)表示時(shí)鐘信息。Rs-232與串口相連時(shí)，不可直接相連，Rs-232的電壓比較高，容易燒壞Arduino的電路板，需要一個(gè)Rs-232到TTL的適配器。在以往的Arduino中也有個(gè)Rs-232的串口存在。后來(lái)慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)榱爽F(xiàn)在流行的更小的USB端口，好處在于在通信的同時(shí)能提供5V的穩(wěn)壓。USB規(guī)范允許一個(gè)已枚舉的設(shè)備（能夠正確向USB主機(jī)申報(bào)自己的設(shè)備，如Arduino I/O電路板）使用5V上最多500mA的電流，而未枚舉的可以用100mA的電流。
　　3.處理器
　　這里講的主要處理器為ATmega328，其程序儲(chǔ)存為32KB，其余的大多數(shù)處理器只是程序儲(chǔ)存不同而已。在Arduino中為了使用的方便，對(duì)其進(jìn)行了二次封裝。第一次是將AVR CPU、內(nèi)存陣列（有程序Flash，數(shù)據(jù)SRAM，EEPROM）、時(shí)針和外圍設(shè)備（有I/O端口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，異步串行接口，同步串行接口，兩線串行接口，模數(shù)轉(zhuǎn)換）封裝為ATmega328。第二次是將ALU、一組32個(gè)通用8位寄存器、一個(gè)狀態(tài)寄存器、程序計(jì)數(shù)器、一個(gè)指令譯碼器和與內(nèi)置的內(nèi)存陣列及片內(nèi)外圍設(shè)備的借口封裝為AVR CPU。
　　3.1 時(shí)鐘源
　　一般的Arduino電路用外部的陶瓷諧振器或石英晶體來(lái)決定其系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。在ATmega328中有一個(gè)片內(nèi)振蕩器，它有兩個(gè)模式：低功率模式消耗的功率小，但無(wú)法傳輸?shù)叫酒饷?全幅模式則消耗的功率增大。
　　3.2 程序儲(chǔ)存器
　　程序儲(chǔ)存器儲(chǔ)存著CPU要執(zhí)行的程序語(yǔ)言指令。AVR中，可編程的16位寬Flash陣列作為程序儲(chǔ)存器。有時(shí)它也被看做ROM，即只讀儲(chǔ)存器，當(dāng)?shù)綦姇r(shí)也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。Arduino中有一小段常駐的固件，叫引導(dǎo)裝載程序，它與PC機(jī)通信，將編譯好的程序從PC送過(guò)來(lái)保存在AVR的程序儲(chǔ)存器中。因此就減少了使用芯片編譯硬件減少了成本。為了跟蹤程序執(zhí)行的位置，則需要寄存器PC。當(dāng)重啟時(shí)，PC清除為0，執(zhí)行的順序則變?yōu)榱顺绦虺跏蓟a的開頭。
　　3.3 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器
　　在AVR中用的是SARM來(lái)保存程序運(yùn)行中的數(shù)據(jù)。SRAM即靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存�；陟o態(tài)位格的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器是不需要?jiǎng)討B(tài)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)觸發(fā)刷新保持?jǐn)?shù)據(jù)的動(dòng)作，而動(dòng)態(tài)RAM則需要。對(duì)于SRAM內(nèi)存，只要芯片有電就保持著里面的數(shù)據(jù)。但掉電時(shí)，內(nèi)存的狀態(tài)時(shí)不確定的，不要誤以為會(huì)是某個(gè)特定的值。
　　3.4 通用寄存器
　　在AVR芯片中的通用寄存器組是由編號(hào)為R0到R31的寄存器組成的。由R26和R27組成的X，R28和R29組成的Y，R30和R31組成的Z是16位指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的索引指針。當(dāng)由復(fù)雜的指令時(shí)，可將X，Y，Z寄存器作為數(shù)據(jù)指針，加上指令內(nèi)可選的偏移量，加到索引寄存器上形成有效的目的地址。
　　3.5 EEPROM
　　EEPROM（Electrically Erasable，Programmable Read-only Memory，電子可擦除只讀儲(chǔ)存器）。它是只讀的，也是可寫入的，還是可擦除的。EEPROM大部分和程序儲(chǔ)存器一樣，不同的是他可以承受多次的擦除和寫入。這樣便使得用戶可以隨意的更改數(shù)據(jù)和配置了。要尋址EEPROM則需要通過(guò)一個(gè)特殊的寄存器來(lái)訪問(wèn)，還需要一個(gè)相關(guān)的I/O寄存器的一個(gè)位，則可以引起一個(gè)讀的操作，而結(jié)果要在另一個(gè)寄存器中才可以讀到。寫入的操作也是類似的：先把地址寫入EEPROM地址寄存器，再?gòu)?fù)制數(shù)據(jù)進(jìn)入EEPROM數(shù)據(jù)寄存器，最后做稍微復(fù)雜的位操作。這種操作的復(fù)雜性更利于保護(hù)其數(shù)據(jù)。
　　4.結(jié)束語(yǔ)
　　通過(guò)對(duì)Arduino的電源、串口和處理器中的各個(gè)部分硬件的淺析，可以使得非專業(yè)的愛好者更了解它，進(jìn)而設(shè)計(jì)出更滿足要求、更合理、更可靠的東西。
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