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是由一個基于AVR單片機(jī)具開放源代碼的硬件平臺和為Arduino板編寫程序的開發(fā)環(huán)境組成。因其具有多平臺、編程環(huán)境簡單、軟硬件開源都可擴(kuò)展等諸多優(yōu)點而受到許多非專業(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，以此方可合理運用。
　　【關(guān)鍵詞】Arduino;AVR;技術(shù)內(nèi)部;合理運用
　　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。Arduino也具有類似Java，C語言的集成開發(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)者實現(xiàn)了自己的想法。具有獨立性和互動性的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)上運行。當(dāng)然有經(jīng)驗的設(shè)計師可以對硬件和軟件開源進(jìn)行擴(kuò)展�？偟膩碚fArduino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)時也不會燒壞器件。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管、電阻非常大的排阻、集成運算放大器、PMOS、線性穩(wěn)壓器組成。運行時，若電流大于500mA，保險管會自動斷開保護(hù)電路板。保險管也具有自我恢復(fù)功能，當(dāng)電壓恢復(fù)到5V的電壓范圍后，保險管則自動恢復(fù)連接，為Arduino提供5V的電壓。而排阻則用來對前面的外接電源輸入進(jìn)行分壓。對于運算放大器若輸出為高電平，則PMOS處于截止?fàn)顟B(tài)，此時切斷了USB的供電。若輸出為低電平，則PMOS處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時USB對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。（這里主要說的是Arduino UNO）
　　2.串口
　　要實現(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，不需要一個分離的時鐘信號;當(dāng)在同步模式時，則需要一個專用的信號表示時鐘信息。Rs-232與串口相連時，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Rs-232到TTL的適配器。在以往的Arduino中也有個Rs-232的串口存在。后來慢慢轉(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能提供5V的穩(wěn)壓。USB規(guī)范允許一個已枚舉的設(shè)備（能夠正確向USB主機(jī)申報自己的設(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，其程序儲存為32KB，其余的大多數(shù)處理器只是程序儲存不同而已。在Arduino中為了使用的方便，對其進(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）、時針和外圍設(shè)備（有I/O端口，定時器/計數(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個通用8位寄存器、一個狀態(tài)寄存器、程序計數(shù)器、一個指令譯碼器和與內(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 時鐘源
　　一般的Arduino電路用外部的陶瓷諧振器或石英晶體來決定其系統(tǒng)時鐘頻率。在ATmega328中有一個片內(nèi)振蕩器，它有兩個模式：低功率模式消耗的功率小，但無法傳輸?shù)叫酒饷?全幅模式則消耗的功率增大。
　　3.2 程序儲存器
　　程序儲存器儲存著CPU要執(zhí)行的程序語言指令。AVR中，可編程的16位寬Flash陣列作為程序儲存器。有時它也被看做ROM，即只讀儲存器，當(dāng)?shù)綦姇r也不會丟失數(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送過來保存在AVR的程序儲存器中。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，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)儲存器
　　在AVR中用的是SARM來保存程序運行中的數(shù)據(jù)。SRAM即靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存。基于靜態(tài)位格的數(shù)據(jù)儲存器是不需要動態(tài)時鐘信號來觸發(fā)刷新保持?jǐn)?shù)據(jù)的動作，而動態(tài)RAM則需要。對于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，內(nèi)存的狀態(tài)時不確定的，不要誤以為會是某個特定的值。
　　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)存儲器的索引指針。當(dāng)由復(fù)雜的指令時，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則需要通過一個特殊的寄存器來訪問，還需要一個相關(guān)的I/O寄存器的一個位，則可以引起一個讀的操作，而結(jié)果要在另一個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，再復(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
　　通過對Arduino的電源、串口和處理器中的各個部分硬件的淺析，可以使得非專業(yè)的愛好者更了解它，進(jìn)而設(shè)計出更滿足要求、更合理、更可靠的東西。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]蔡睿妍.Arduino的原理及應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程，2012， 20（16）：155-157.
　　[2]楊繼志，郭敬.Arduino互動產(chǎn)品平臺創(chuàng)新[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012（4）：39-41
　　[3]Massimo BanZi.愛上Arduino[M].2版.北京：人民郵電出版社，2012.
　　[4]Dale Wheat.Arduino技術(shù)內(nèi)幕[M].北京：人民郵電出版社，2013.

  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。