Arduino

Arduino是一家制作开源硬件和开源软件的公司，同时兼有项目和用户社区，該公司负责设计和制造单板微控制器和微控制器套件，用于构建和，以便在物理和中感知和控制。该的产品是按照GNU宽通用公共许可证（LGPL）或GNU通用公共许可证（GPL）[1]许可的开源硬件和软件分发的，Arduino允许任何人制造Arduino板和软件分发。 Arduino板可以以预装的形式商业销售，也可以作为DIY套件购买。

Arduino
Arduino Uno SMD R3
研發商arduino.cc
製造商許多
类型Single-board microcontroller
作業系統None
中央处理器Atmel AVR (8-bit),
ARM Cortex-M0+ (32-bit),
ARM Cortex-M3 (32-bit),
Intel Quark (x86) (32-bit)
内存（RAM）SRAM
硬盘儲存空間Flash, EEPROM
網站

Arduino电路板设计使用各种微处理器和控制器。这些电路板配有一组数字和模拟I/O引脚，可以连接各种扩展板或面包板（屏蔽板）和其他电路。这些电路板具有，包括某些型号上的（USB），也用于从个人电脑加载程序。微控制器通常使用C/C++。除了使用传统的编译工具链之外，Arduino项目还提供了一个基于Processing语言的集成开发环境。

Arduino始于2003年，作为意大利伊夫雷亚地区伊夫雷亚交互设计研究所的学生，目的是为新手和专业人员提供一种低成本且简单的方法，以创建使用传感器与环境相互作用的设备执行器。适用于初学者爱好者的此类设备的常见示例包括简单机器人、恒温器和运动检测器。

Arduino这个名字来自意大利伊夫雷亚的一家酒吧，该项目的一些创始人過去常常会去这家酒吧。 酒吧以伊夫雷亚的Arduin（Arduin of Ivrea）命名，他是伊夫雷亚邊疆伯爵，也是1002年至1014年期间的意大利国王[2]。

關於

使用 Atmel AVR 單片機，採用开源的軟硬體平台，構建於开源 simple I/O 介面板，並具有使用類似 Java、C 語言的 Processing/Wiring 開發環境。

開發沿革

Arduino的核心開發團隊成員包括：馬西莫·班齊（Massimo Banzi）、大衛·奎提耶斯（David Cuartielles）、湯姆·伊果（Tom Igor）、贊布羅塔·馬提諾（Gianluca Martino）、大衛·梅利斯（David Mellis）和尼可拉斯·蘭比提（Nicholas Zambetti）。

據說馬西莫·班齊之前是義大利Ivrea一家高科技設計學校的老師。他的學生們經常抱怨找不到便宜好用的微控制器。2005年冬天，馬西莫·班齊跟大衛·奎提耶斯討論了這個問題。大衛·奎提耶斯是一個西班牙籍晶片工程師，當時在這所學校做訪問學者。兩人決定設計自己的電路板，並引入了馬西莫·班齊的學生大衛·梅利斯為電路板設計編程語言。兩天以後，大衛·梅利斯就寫出了程式碼。又過了三天，電路板就完工了。這塊電路板被命名為Arduino。幾乎任何人，即使不懂電腦編程，也能用Arduino做出很酷的東西，比如對感測器作出回應，閃爍燈光，還能控制馬達。隨後馬西莫·班齊、大衛·奎提耶斯和大衛·梅利斯把設計圖放到了網上。保持設計的開放源碼理念，因為版權法可以監管開源軟體，卻很難用在硬體上，他們決定採用共享創意許可[3]。共享創意是為保護開放版權行為而出現的類似GPL的一種許可（license）。在共享創意許可下，任何人都被允許生產印刷電路板的複製品，還能重新設計，甚至銷售原設計的複製品。你不需要付版稅，甚至不用取得Arduino團隊的許可。然而，如果你重新發佈了引用設計，你必須說明原始Arduino團隊的貢獻。如果你調整或改動了電路板，你的最新設計必須使用相同或類似的共享創意許可，以保證新版本的Arduino電路板也會一樣的自由和開放。唯一被保留的只有Arduino這個名字。它被註冊成了商標。如果有人想用這個名字賣電路板，那他們可能必須付一點商標費用給Arduino的核心開發團隊成員。

贊布羅塔·馬提諾創立的Arduino Srl被2009年創立的Arduino LLC控告侵犯了他們的著作權，這第二家被控侵權的Arduino（也就是Arduino Srl），原先叫做Smart Projects Srl，以前是在義大利負責生產製造Arduino控制板的公司。而第一家Arduino（也就是我們較熟悉的Arduino LLC）則負責開發控制板，並管理周邊的开源專題與社群。在之前，原本雙方是合作的關係；2014年馬提諾與另外四位共同創辦人，對於Arduino品牌的發展方向意見不合，導致馬提諾另外請費德里科·穆斯托擔任Smart Projects的新執行長，並把公司名稱改為Arduino Srl[4]。

特色
  • 基於創用CC开源的電路圖設計。
  • 免費下載，也可依需求自己修改，但需遵照姓名標示。您必須按照作者或授權人所指定的方式，表彰其姓名。
  • 依相同方式分享，若您改變或轉變著作，當散布該衍生著作時，您需採用與本著作相同或類似的授權條款。
  • Arduino可使用ICSP線上燒入器，將Bootloader燒入新的IC晶片[5]。
  • 可依據Arduino官方網站，取得硬體的設計檔，加以調整電路板及元件，以符合自己實際設計的需求[6]。
  • 可簡單地與感測器，各式各樣的電子元件連接，如紅外線、超音波、熱敏電阻、光敏電阻、伺服馬達等。
  • 支援多樣的互動程式，如Adobe Flash, Max/MSP, VVVV, Pure Data, C, Processing等。
  • 使用低價格的微處理控制器（Atmel AVR）（ATMEGA 8,168,328等）。
  • USB介面，不需外接電源。另外有提供直流（DC）電源輸入。

硬體

官方硬體

原始的Arduino硬體是從一間意大利公司Smart Projects製造[7]有些Arduino硬體則是被官方授權由美國公司SparkFun Electronics和Adafruit Industries設計。[8]。

  • Arduino硬體範例
  • Arduino Diecimila in Stoicheia
  • Arduino Duemilanove (rev 2009b)
  • Arduino UNO
  • Arduino Leonardo
  • Arduino Mega
  • Arduino MEGA 2560 R3（正面）[lower-alpha 1]
  • Arduino MEGA 2560 R3（背面）[lower-alpha 1]
  • Arduino Nano
  • Arduino Due
    （ARM Cortex-M3核心）
  • LilyPad Arduino (rev 2007)
  • Arduino Yun

Shields

「Shields」擴充版能夠被插入Arduino和Arduino相容硬體。用途是增加Arduino硬體上沒有的功能，如馬達控制、GPS、有線網路、液晶顯示器或者是麵包板。使用者也可以自己動手做Shields擴充版[10][11][12]。

  • Arduino shields擴充版範例
  • 多重的Shield可以被堆疊起來。在這張圖裡，最上層的Shield擴充版上含有麵包板。
  • 翅膀形狀的螺絲端子Shield擴充版。
  • Adafruit馬達Shield擴充版和用於連接馬達的螺絲端子Shield擴充版。
  • HackARobot結構Shield，專為了Arduino Nano硬體設計以推動馬達和感測器如：陀螺儀和GPS，以及其他的擴充版如：Wifi、藍芽、無線射頻等。

軟體
Arduino Software IDE
編寫於Arduino IDE上簡單的入門程式「Blink」的螢幕截圖
開發者Arduino Software
穩定版本
1.8.8
（2018年12月7日​（2018-12-07）[13]）
源代码库
编程语言Java, C and C++
操作系统Windows, macOS, Linux
类型整合開發環境
许可协议LGPL或GPL授權
网站arduino.cc

在Arduino上執行的程式可以使用任何能夠被編譯成Arduino機器碼的程式語言編寫。

而Atmel也提供了數個可以開發Atmel微處理機程式的整合開發環境，AVR Studio[14]和更新的Atmel Studio[15][16]。

目前微軟在其Visual Studio 也有提供Arduino 的 SDK，在編譯執行上更方便。


IDE

而Arduino計劃也提供了Arduino Software IDE，一套以Java編寫的跨平台應用軟體。Arduino Software IDE源自於Processing程式語言以及Wiring計劃的整合開發環境。它是被設計於介紹程式編寫給藝術家和不熟悉程式設計的人們，且包含了一個擁有語法突顯、括號匹配、自動縮排和一鍵編譯並將執行檔燒寫入Arduino硬體中的編輯器。

Arduino Software IDE使用與C語言和C++相仿的程式語言，並且提供了包含常見的輸入/輸出函式的Wiring軟體函式庫。在使用GNU toolchain編譯和連結後，Arduino Software IDE提供了一個程式「avrdude」用來轉換可執行檔成為能夠燒寫入Arduino硬體的韌體。

Sketch

使用Arduino Software IDE編寫的程式被稱為「sketch」[17]。一個典型的Arduino C/C++ sketch程式會包含兩個函式，它們會在編譯後合成為main()函式：

  • setup()：在程式執行開始時會執行一次，用於初始化設定。
  • loop()：直到Arduino硬體關閉前會重複執行函式放的程式碼。




Arduino语言

 
int LED_PIN=13;

void setup () {                    // 初始化副程式，程式起始時僅執行一次
    pinMode (LED_PIN, OUTPUT);     // 以數位輸出方式啟用Pin13
}

void loop () {                     // loop副程式，重複不斷執
    digitalWrite (LED_PIN, HIGH);  // 打開LED（發光二極管）
    delay (1000);                  // 等待一秒，delay內含數值1000，代表延遲1000毫秒，即一秒。
    digitalWrite (LED_PIN, LOW);   // 關閉LED
    delay (1000);                  // 等待一秒
}                                  // loop副程式結束

這是Arduino的Blink範例程式。

Arduino 程式可由五個部分組成：

//1. 匯入函式庫與定義 (可有可無)

#include <SoftEasyTranfer.h>
#define LEDPIN 13

//2. 宣告常數與全域變數 (可有可無)

const float PI=3.14159;
int r; 

//3. 設定函式 (必要)

void setup() {}

//4. 無限迴圈;(必要)

void loop() {}

//5. 自訂函式 (可有可無)

float area(float r) {
    float a=PI*r*r;
    return a;
}

其中 setup() 與 loop() 是一定要有的函式（均無參數無傳回值），其他則視需要而定。 Arduino 語言採用 C/C++ 語法，

加上以 Wiring 為基礎的電子設計核心函式庫組合而成，包括 Digital I/O, Analog I/O 等函式庫。內建的函式庫可直接調用，

但若有使用第三方函式庫（例如驅動感測器模組所需的函式庫），則必須使用 include 前置指令引入。此外，也可以用前置指令 define 定義一個常數或巨集（運算式）。

前置指令乃 C 編譯器指令，不屬於 C 語言本身，其用途有三：

  1. 引入標頭檔：例如#include <myLibrary.h> 或 #include "myLibrary.h"
  2. 定義常數：例如#define PI 3.14159
  3. 定義巨集：例如#define AREA(r) PI*r*r

所以前置指令的功能一言以蔽之就是替換，include 就是在標頭處以指定之檔案內容替換；而 define 就是在程式中用到所定義之常數與巨集名稱時，以其內容替換。

巨集的功能事實上與函數類似，不同之處是函式呼叫使用堆疊，而巨集則是直接放在原始碼中，執行效率較快（但若很多地方都要用到時，編譯後就會比較大）。

標頭檔可用角括號 < > 或雙引號 ""，差別是用雙引號時，前置處理器會先從原始檔所在位置開始去搜尋標頭檔；而用角括號則會先從 libraries 目錄開始找。

相關設備名稱
  • BASIC Stamp
  • OOPic
  • PICAXE
  • Parallax Propeller
  • ARM express
  • Fritzing
  • Gumstix
  • ioBridge
  • Make Controller Kit
  • Minibloq
  • 樹莓派 - 单板機電腦
  • Simplecortex

參見

注釋
  1. 這是替代廠商製作的MEGA 2560 R3的相容板[9]。

参考資料
  1. . arduino.cc. [2018-05-28]. （原始内容存档于2017-08-29）.
  2. Justin Lahart. . The Wall Street Journal. 27 November 2009 [2014-09-07]. （原始内容存档于2014-12-20）.
  3. ChiuHao Chen. . [2016-03-06]. （原始内容存档于2016-03-10）.
  4. . [2016-03-06]. （原始内容存档于2016-03-04）.
  5. M-SHORT. . [2016-03-06]. （原始内容存档于2016-03-08）.
  6. . [2016-03-06]. （原始内容存档于2016-03-10）.
  7. . smartprj.com. [2016-03-05]. （原始内容存档于2016-03-05）.
  8. Schmidt, M. . Pragmatic Bookshelf. January 22, 2011: 201 （英语）.
  9. . arduino.cc. [2016-03-05]. （原始内容存档于2016-03-07）.
  10. . todbot blog. [2016-03-05]. （原始内容存档于2017-09-16）.
  11. . tigoe.net. [2016-03-05]. （原始内容存档于2017-07-02）.
  12. Jonathan Oxer. . [5 Nov 2013]. （原始内容存档于2016-03-04）.
  13. . Arduino Project. [December 7, 2018]. （原始内容存档于2020-02-02）.
  14. . Engblaze.com. [2013-01-18]. （原始内容存档于2012-08-28）.
  15. . Arduino Project. [May 31, 2013]. （原始内容存档于2020-02-02）.
  16. . Megunolink.com. [2013-01-18]. （原始内容存档于2013-01-28）.
  17. . McGraw-Hill. Nov 8, 2011 [2013-03-28]. （原始内容存档于2019-09-19）.

补充資料
  • Exploring Arduino: Tools and Techniques for Engineering Wizardry; 2nd Ed; Jeremy Blum; Wiley; 512 pages; 2019; ISBN 978-1119405375.
  • Arduino For Dummies; 2nd Ed; John Nussey; John Wiley & Sons; 400 pages; 2018; ISBN 978-1119489542.
  • Programming Arduino Next Steps: Going Further with Sketches; 2nd Ed; Simon Monk; McGraw-Hill Education; 320 pages; 2018; ISBN 978-1260143249.
  • Programming Arduino: Getting Started With Sketches; 2nd Ed; Simon Monk; McGraw-Hill Education; 192 pages; 2016; ISBN 978-1259641633.
  • Beginning C for Arduino: Learn C Programming for the Arduino; 2nd Ed; Jack Purdum; Apress; 388 pages; 2015; ISBN 978-1484209417.
  • Arduino: A Quick Start Guide; 2nd Ed; Maik Schmidt; Pragmatic Bookshelf; Pragmatic Bookshelf; 323 pages; 2015; ISBN 978-1941222249.
  • Make: Getting Started with Arduino; 3rd Ed; Massimo Banzi, Michael Shiloh; Make Community; 262 pages; 2014; ISBN 978-1449363338.
  • Make: Sensors; 1st Ed; Tero Karvinen, Kimmo Karvinen, Ville Valtokari; Make Community; 400 pages; 2014; ISBN 978-1449368104.
  • Arduino Workshop: A Hands-On Introduction with 65 Projects; 1st Ed; John Boxall; No Starch Press; 392 pages; 2013; ISBN 978-1593274481.

外部链接
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