Arduino开发板实验一：数字输入输出

由 动力老男孩 发表于 2010/01/16 21:56:58

最近有很多朋友关心小爱的进展，真是非常感谢。这段时间我主要在研究小爱的制作方案，大致的工作分为几个部分：机械设计，电子电路，嵌入式开发和人工智能几个部分。

为了确定最终的方案，我最近总在淘宝上晃悠，劲头跟美女购物狂们逛商场有一拼。前一段时间无意中看到了一个叫Arduino的东西，貌似还挺好用，暂定以这个板子为基础来开发电子电路和嵌入式的部分。我以前没有接触过嵌入式开发，如果路过的朋友有更好的方案，请一定要吱一声，谢谢 :)

昨天淘宝的Arduino板子终于到了，型号是Arduino MEGA ATmega1280-16AU AVR（完全不清楚不同型号之间有什么区别），秀一下样子：

Arduino 开发板

Arduino 开发板

今天进行了第一个小实验，跟大家分享一下。实验的目的是实现一个简单的功能，外接一个开关，通过打开或者关闭开关，来控制一个小灯的亮和灭。
电子专业的老婆冷笑飘过，这个实验太简单了吧，用传统电路甚至更简单，一个开关直接切断电路即可（传说中的手电筒）。不过我通过这个小实验了解了一个重要信息：原来嵌入式开发可以直接对CPU的管脚直接进行读写，0就是低电压，1就是高电压。以前一直使用高级语言，读CPU的某个脚电压貌似非常遥远。

第一步：到Arduino官网下载Arduino开发IDE和相关驱动
下载完一看，这个软件是绿色的，并且绿的相当彻底，里面还包含了板子的驱动，双击打开就可以使用，我在Windows7，Server2008以及Vista下都用的挺好。

第二步：用USB线连接Arduino板子和电脑，发现驱动可以被自动识别，然后添加了一个USB UART的设备。查看一下这个设备的COM端口号，后面需要用到：

查看COM端口号

查看COM端口号

第三步：
双击运行arduino.exe，第一次使用前，需要设置设备端口号和板子的型号，看下面的抓图：

设置主板型号，我这个是Mega

设置主板型号，我这个是Mega

选择刚才看到的端口号

选择刚才看到的端口号

第四步：接线
为了做这个小实验，我还真拆了家里一个手电筒（真是败家）。文档里说开发板有个LED小灯接在13号管脚，据说术语叫做Pin13，所以就不需要外接小灯了。开关的两个脚一个接地（GND），另一个随便接某个管脚。考虑到13这个数字不吉利，我特地选了一个44号管脚避个邪。看下图：

接了个开关，红色灯是13号LED

接了个开关，红色灯是13号LED

第五步：写代码

int ledPin=13;
int buttonPin=44;

void setup()
{
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT);
}

void loop()
{
  digitalWrite(buttonPin, HIGH);
  digitalWrite(ledPin, digitalRead(buttonPin));
  delay(100);
}

经常搞windows软件开发的朋友可能有点迷糊，这个程序入口在哪里，出口在哪里？事实上这个程序是被Arduino的IDE封装了，它的规则就是先定义几个变量，然后在setup里做几个设置，最后就孜孜不倦的反复跑loop里面的程序。我猜想应该有些中断机制来执行一些特殊处理，这个以后再慢慢学。看来单片机的程序通电以后就没打算让它歇着，高级语言的程序员需要适应一下。
接下来的程序就很好解释了：
pinMode 用于设置管脚的用途，输入还是输出
digitalWrite 用于把某个管脚的电压设置成High还是LOW
digitalRead 用于读取某个管脚的电压状态，返回的也是HIGH或LOW

有一句 digitalWrite(buttonPin, HIGH); 需要解释一下。我希望44号管脚当开关打开时是1，开关闭合是是0。但是请注意第一次闭合以后，这个管脚电压降到0，它不会自动升到1。为了让下次开关打开的时候管脚电压置1，我在每次循环前都给它设置初始值1。画了一个非常丑的电路图：

电路图

电路图

第六步，编译并上传代码

用IDE中的Verify来编译代码，然后用Upload上传。选的44号辟邪管脚果然有效，代码直接编译通过上传成功（真相是确实太简单了）。结果就不给大家贴图了，没啥好看的。不过好人做到底，虽然Arduino的IDE按钮都有提示，我还是画了个说明：

Arduino 0017的菜单

Arduino 0017的菜单

总结：这虽然是个很简单的实验，但是对于一个像我这样没有接触过嵌入式的程序员来说，还是有很多的知识点。我相信有很多和我一样的人，想做机器人但是觉得无从下手，希望这些学习经验有所帮助。高手们就请优雅的飘过吧 :)



对 “Arduino开发板实验一：数字输入输出” 的 28 条 评论

  1. xhh 说：
    2010/01/16 于 22:55

    不知道这个板子提供在Linux系统下编程不？

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  2. 动力老男孩 说：
    2010/01/16 于 23:04

    支持啊，基于java的，一般都支持linux，呵呵
    我其实是在这里看看教程，第一页就发现了“Driver Install for Linux”
    http://www.ladyada.net/learn/arduino/lesson0-lin.html

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  3. tell 说：
    2010/01/17 于 01:49

    有支持以太网口的开发板推荐吗？
    我想通过网络可以远程控制机器人。。 要求不是那么太自动

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    • darkorigin 说：
      2012/10/11 于 01:03

      arduino有带以太网络的版本
      也有插接模块支持以太网络（5100和28j60）。 更有支持无线的版本
      数据模块还有其他方案。。。比如蓝牙和基于其他技术的无线方案

      强大。。。。。

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  4. 动力老男孩 说：
    2010/01/17 于 08:14

    to: tell

    我在考察小爱方案的时候，就是看上Arduino的扩展性很好，它有很多奇奇怪怪的扩展卡。你说的以太网口也有，随便搜了一下，就找到一个：
    http://hi.baidu.com/mrmobilerobot/blog/item/732667f363000559352accdc.html

    其实我觉得支持Wifi的可能更好，毕竟少一根线方便多了
    参考一下吧:)

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  5. dot 说：
    2010/01/17 于 12:42

    44比13好不了多少

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  6. zeus 说：
    2010/01/17 于 15:06

    哥,你任重道远啊!

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  7. galaxy 说：
    2010/01/17 于 23:27

    貌似只要将44pin内部的上拉电阻使能就可以了吧？
    不需要每次都将其致高

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  8. lifanxi 说：
    2010/01/18 于 01:43

    感谢楼上的galaxy，花了60分钟让我理解了上拉电阻，下拉电阻，高阻态。
    按我们的推理，似乎
    digitalWrite(buttonPin, HIGH);
    不用写在loop里，应该放到setup中的
    pinMode(buttonPin, INPUT);
    后面就可以。
    因为设为INPUT后，digitalWrite的功能就不是输出了，而是用来设置使能上拉电阻。
    楼主可不可以帮忙验证一下？

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  9. 动力老男孩 说：
    2010/01/18 于 09:43

    楼上两位好兴致，看时间都是半夜活动
    “上拉电阻使能”这个术语我还不太清楚，听你们的描述，是否相当于一个内阻非常大的”电池”？
    当Pin接地时，输出电压就变成0，接地一断开，电压就自动恢复到1 ？
    如果这样的话，那确实设置一次即可
    晚上回家试试 :)

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  10. xiaoding 说：
    2010/01/18 于 21:35

    我高中课外科技活动玩过一阵子机器人。 当时接触到MIT的媒体实验室有人开发过一款教学用的单片机板子，名字叫做 HandyBoard， 基于Motorola（现在是Freescale了）的 68HC11 单片机制作，在pc机上有handyboard c语言可以往里面灌程序，貌似还是很方便的，应该也符合楼主的要求。

    另外，国内的上海广茂达公司推出过大学和中学的教学机器人，方案也是从HandyBoard演化而来，你可以看看。 （他们做的成品就比较贵了，一两千的样子，我们当时都是学校购买）

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  11. becky 说：
    2010/01/19 于 10:45

    TO 10：
    广茂达的机器人类似于乐高的机器人，DIY的乐趣更是远逊于乐高NXT。
    我觉得既然要DIY机器人，基于嵌入式系统上自行搭建电路和机械结构，的确自由度更大一些。

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  12. Acen 说：
    2010/01/20 于 14:07

    楼主，我对你这个项目很感兴趣。不过这里提个小建议，要不把博客模板改改，让它能直接点击回复，而且嵌套显示，看着方便些。WP默认模板是支持这个的。

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  13. 流浪的星星 说：
    2010/02/10 于 00:12

    看完楼主的作品和大家的回复之后像吃过一顿美味大餐一样，值得回味。
    希望楼主带领我这样的菜菜鸟，多组织一些高手过来，把这个博客做成中国科技第一博，哈哈。

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  14. lechie 说：
    2010/03/22 于 20:30

    风趣幽默，13和44，哈哈哈，我超级喜欢博主的写作风格和技术水平啊！赞

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  15. blind cat 说：
    2010/10/10 于 19:49

    今天刚到的板子，64位的win7竟然没有相应的驱动，折腾了半天后，只好在虚拟机里装了个win2003才用上。开始跟博主学习啦：）

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  16. blind cat 说：
    2010/10/12 于 14:17

    今天终于在64位windows7装上了驱动，有需要的同学从这里下载吧：
    http://www.ftdichip.com/Drivers/CDM/CDM20802%20WHQL%20Certified.zip

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  17. Android GNSX 说：
    2010/11/01 于 22:28

    博主多写点Arduino的东西吧：P
    貌似这几篇关于Arduino就这一篇我能看懂，博主的文章通俗易懂，但是我基础还是太薄弱了。

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  18. Chaer 说：
    2012/03/11 于 17:07

    您好，去年开始看您的blog，一直关注，也想做一切关于电路的小实验。
    不过我是电路小白，想请教您，最近刚入手arduino。然后在做实验时发现，arduino的干扰好严重啊，我用串口读取i/o 针脚的数值，（什么电路也没有加，只是读取）发现会自己跳动。数值是00011然后不断循环。请问是arduino的正常现象还是我的板子有问题？

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    • 动力老男孩 说：
      2012/03/12 于 20:57

      Arduino的I/O读取还是比较准确的，应该是你的电路有点问题。我不知道如果模拟输入的管脚放空会怎么样。我曾经用电位器控制过电机转速，是很平稳的

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      • Chaer 说：
        2012/03/13 于 18:31

        哎，我这下摸不到头脑了。
        我把i/o也放空了，还写了这段程序。
        void setup（）
        {
        pinMode（10，INPUT）；
        digitalWriter（10，LOW);
        //如果改成digitalWrite（10,HIGH);就不会了。
        Serial.begin(9600);
        }
        void loop()
        {
        Serial.println(10);
        }

        这段代码读出来的数值也是不停跳动的。
        不过我发现如果是上拉电位倒是很稳定。不知道有没有人也试过耶。

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  19. qykings 说：
    2013/10/11 于 15:06

    我想做你那个4轴飞行器，现在只会代码，其它的知识感觉还差很远，有什么书可以推荐一下啊，

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  20. gougou 说：
    2015/03/18 于 21:19

    用了这个板之后要怎么接线，跟原本的电路图不符了？

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