单片机学习笔记（Arduino Uno r3）

Aduino是什么？

分为硬件和软件两个部分，硬件和软件共同组成了Arduino，使用时须将Arduino硬件和软件配合使用

硬件：Arduino系列各种型号的开发板
软件：Arduino IDE

Arduino与单片机的关系？

Arduino开发板上有控制芯片，这些芯片为单片机。例：在Arduino Uno r3上一共有两个芯片，开发板主控芯片Atmega328，和另一个管理串口通信的芯片Atmega 16u2，这两个芯片各自均为单片机。

单片机的作用？

单片机通过引脚从外部接收信号，经过对接收信号的分析，然后通过引脚向外做出不同反应。

单片机的意义？

假如以传感器为输入设备，将传感器和单片机连接，单片机就可以通过传感器感知周围环境，从而根据环境变化，改变单片机上连接的输出设备的状态。这样就实现了自动控制的效果。

单片机的相关概念

电平

电压的状态，分高电平（高电压）和低电平（低电压）两种。

I/O端口

I/O是简写，全称是Intput/Output，即输入输出，将设备连上单片机I/O端口，可以让设备从I/O端口传送信号给单片机，也可以让单片机从I/O端口输出信号给设备。I/O端口既可以用作输入，也可以用作输出。

数字信号

在单片机中，数字信号只有两种，0和1，可以用高电平和低电平表示。

模拟信号

一个可以在某个范围内取值的数，相对于数字信号只有0和1，模拟信号可以是例如0~1023之间的数、0~255之间的数等等，范围视情况不同可以任意规定。相比数字信号仅有两种状态，模拟信号更多的状态更适合传达温度变化、亮度变化等连续变化的情况。

A/D转换

A/D是简写，全称是 Analog/Digital，即模拟/数字。A/D转换是将模拟信号转换成数字信号，规则可以视情况任意设定。例如模拟信号是从0~1023之间的一个数，假如设定规则是当模拟信号>511时转换为数字信号1，否则转换为数字信号0，那么此时就是一个模数信号的转换。作用是将模拟信号的许多种状态分为两种状态，方便单片机选择以高电平还是低电平作出反应，也方便单片机中以二进制进行运算代表是和非两种状态。

PWM

PWM全称Pulse Width Modulation，即脉冲宽度调制，目的是输出模拟信号。例：相对于低电平，高电平为脉冲。通过调节高电平所占的时间的比例（即调节脉冲宽度），从而使输出的平均电流大小发生变化，达到输出模拟信号的目的。

占空比

在一个周期内，高电平持续的总时间所占的比例。

串口通信

一种通信方式，与并口通信相对应，例：假如有4个信号要传输，串口通信是把四个信号通过一条通道一个一个传输，而并口通信则是把四个信号通过四条通道同时传输。
中断
假设单片机在执行程序A，当单片机接收到某一信号时，暂停执行程序A转而执行程序B，当执行完B后再回到之前暂停的地方继续执行程序A。在这个例子中，B为中断程序，接收到的信号为中断请求，执行程序B为中断响应。
晶振
一片以特定角度切下的石英晶体，加直流电压时晶体以固定频率振动，使输出的电流也以晶振的振动频率变化。
计时器
单片机上连接有晶振时，通过晶振的振动频率计时，方式是累加振动和振动之间相隔的时间。

如何使用Arduino？

如何下载程序         如何编写程序      如何连接Arduino和I/O设备

如何下载程序

以Arduino Uno r3 开发板为例，步骤如下
1、从Arduino官网ArduinoHome – Download – Windows Installer页面下载Windows版本的Arduino IDE安装包并安装
2、将开发板的USB接口用数据线和电脑的USB接口连接
3、在电脑上的设备管理器 – 端口里找到Arduino设备，然后从Arduino IDE安装目录下的Driver文件夹安装驱动，安装成功后可以看到Arduino的COM口序号
4、打开电脑上的Arduino IDE，在工具 – 端口里选择正确的COM口序号，就可以在这个软件页面下编译程序下载程序了

如何编写程序

Arduino程序分为三部分，预处理命令，setup函数和loop函数。执行流程是先执行预处理命令，然后执行一次setup，然后循环执行loop。

Arduino将单片机许多基本功能都写成了函数，这些函数的函数定义由Aduino IDE在编译程序时自动从库中读取，当需要某项功能时，只需要在setup或loop直接调用对应的函数即可。基本函数大概可分为读取I/O端口输入的数据，对数据进行运算，判断数据类型，从I/O端口输出数据，计时，串口通信，对位进行操作八个类型。

Arduino还有很多第三方库，包含了写好的函数，每个函数有各自的功能，可供调用。常用的库有标准链接库，通信库，传感器库，音效和声波库，电机和脉宽调制库，计时器库，实用工具库等

如何连接Arduino和外部设备

以Arduino Uno r3为例，开发板上常用的端口有数字I/O端口，模拟输入端口，模拟输出端口，电源端口。
通常情况下，判断一个设备怎么接上开发板，需要了解的信息有：哪根是接电源正极的线，哪根是接电源负极线，哪根线输入还是输出，假如输入，是输入数字量还是模拟量；假如输出，是输出数字量还是模拟量。

Tips：

数字I/O口前加~符号的，表示该I/O作为模拟输出端口
当单片机数字I/O口输出高电平时，可以作为正极
Arduino电压供应端口有不同大小的电压供应，注意外接设备的工作电压大小

其它：

Arduino Uno r3开发板上排列着LED，分别标有TX和 RX，T为transmit缩写，R为receive缩写，分别表示串口通信状态。当有数据通过串口通信输入单片机时，RX亮；当单片机通过串口通信输出数据时，TX亮。
Arduino Uno r3开发板上有两个芯片，Atmega 328是主控芯片，Atmega 16 u2的作用是把USB通信转换成串口通信。Arduino上和电脑上连接的都是USB接口，USB全称Universal Serial Bus，是通用串行总线，和串行口（串口）不同，所以当使用串口通信时，需要一个转换模块，此处的Atmega 16 u2就代替了这个转换模块。
因为电脑实际和单片机是用USB接口连接的，所以把单片机连上电脑安装驱动后看到的COM口序列号不是真实串口连接，只是虚拟串口。