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Arduino人形机器人教材
二、 系统概述
2.1. arduino介绍
要了解arduino就先要了解什么是单片机，arduino平台的基础就是AVR指令集的单片机。
1、什么是单片机？它与个人计算机有什么不同？
一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：中央处理单元CPU（进行运算、控制）、随机存储器RAM（数据存储）、存储器ROM（程序存储）、输入/输出设备I/O（串行口、并行输出口等）。在个人计算机（PC）上这些部份被分成若干块芯片，安装在一个被称之为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部份全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机，而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成了其它部份如模拟量/数字量转换（A/D）和数字量/模拟量转换（D/A）等。
2、单片机有什么用？
实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能，一个控制电冰箱温度的计算机难道要用酷睿处理器吗？应用的关键是看是否够用，是否有很好的性能价格比。如果一台冰箱都需要用酷睿处理起来进行温度控制，那价格就是天价了。
单片机通常用于工业生产的控制、生活中与程序和控制有关（如：电子琴、冰箱、智能空调等）的场合。
下图就是一个Atmega328P-PU单片机，基于AVR指令集的8位处理器，频率20MHz，存储器空间32KB。
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3、什么是Arduino？
Arduino是一个能够用来感应和控制现实物理世界的一套工具。 它由一个基于单片机并且开放源码的硬件平台，和一套为Arduino板编写程序 的开发环境组成。 Arduino可以用来开发交互产品，比如它可以读取大量的开关和传感器信号，并且可以控制各式各样的电灯、电机和其他物理设备。Arduino项目可以是单独的，也可以在运行时和你电脑中运行的程序（例如：Flash，Processing，MaxMSP）进行通讯。Arduino板你可以选择自己去手动组装或是购买已经组装好的；Arduino开源的IDE可以免费下载得到。
Arduino的编程语言就像似在对一个类似于物理的计算平台进行相应的连线，它基于处理多媒体的编程环境。
4、为什么要使用Arduino？
有很多的单片机和单片机平台都适合用做交互式系统的设计。例如：Parallax Basic Stamp， Netmedia’s BX-24，Phidgets，MIT’s Handyboard 和其它等等提供类似功能的。 所有这些工具，你都不需要去关心单片机编程繁琐的细节，提供给你的是一套容易使用的工具包。 Arduino同样也简化了同单片机工作的流程，但同其它系统相比Arduino在很多地方更具有优越性， 特别适合老师，学生和一些业余爱好者们使用：
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便宜 － 和其它平台相比，Arduino板算是相当便宜了。最便宜的Arduino版本可以自己动手制作，即使是组装好的成品，其价格也不会超过200元。 跨平台 － Arduino IDE可以运行在Windows，Macintosh OSX，和Linux操作系统。大部分其它的单片机编译软件都只能运行在Windows上。
简易的编程环境 － 初学者很容易就能学会使用Arduino编程环境，同时它又能为高级用户提供足够多的高级应用。对于老师们来说，一般都能很方便的使用Processing 编程环境，所以如果学生学习过使用Processing 编程环境的话，那他们在使用Arduino开发环境的时候就会觉得很相似很熟悉。 软件开源并可扩展 － Arduino软件是开源的，对于有经验的程序员可以对其进行扩展。Arduino编程语言可以通过C++库进行扩展，如果有人想去了解技术上的细节，可以跳过Arduino语言而直接使用AVR C 编程语言（因为Arduino语言实际上是基于AVR C的）。类似的，如果你需要的话，你也可以直接往你的Arduino程序中添加AVR-C 代码。
硬件开源并可扩展 － Arduino板基于 Atmel 的ATMEGA8 和ATMEGA168/328 单片机。Arduino基于Creative Commons 许可协议，所以有经验的电路设计师能够根据需求设计自己的模块，可以对其扩展或改进。甚至是对于一些相对没有什么经验的用户，也可以通过制作试验板来理解Arduino是怎么工作的，省钱又省事。
6组PWM端口 数字端口0~13
TX、RX指示灯
USB 插孔
稳 压芯片
ICSP
外部电源 供电插孔
模拟端口0~5
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Arduino基于AVR平台，对AVR库进行了二次编译封装，把端口都打包好了，寄存器啦、地址指针之类的基本不用管。大大降低了软件开发难度，适宜非专业爱好者使用。优点和缺点并存，因为是二次编译封装，代码不如直接使用AVR代码编写精练，代码执行效率与代码体积都弱于AVR直接编译。
性能：
Digital I/O 数字输入/输出端口0—13。 Analog I/O 模拟输入/输出端口0-5。 支持ICSP下载，支持TX/RX。
输入电压：USB接口供电或者5V-12V外部电源供电。 输出电压：支持3.3V级5V DC输出。
处理器：使用Atmel Atmega168 328处理器，因其支持者众多，已有公司开发出来32位的MCU平台支持arduino。
arduino板子上基本端口如描述，对几个比较特殊的端口下面详细说明下：
VIN端口：VIN是input voltage的缩写，表示有外部电源时的输入端口。如果不使用USB供电时，外接电源可以通过此引脚提供电压。（如电池供电，电池正极接VIN端口，负极接GND端口）
AREF:Reference voltage for the analog inputs(模拟输入的基准电压）。使用analogReference()命令调用。
ICSP：也有称为ISP（In System Programmer)，就是一种线上即时烧录，目前比较新的芯片都支持这种烧录模式，包括大家常听说的8051系列的芯片，也都慢慢采用这种简便的烧录方式。我们都知道传统的烧录方式，都是将被烧录的芯片，从线路板上拔起，有的焊死在线路板上的芯片，还得先把芯片焊接下来才能烧录。为了解决这种问题，发明了ICSP线上即时烧录方式。只需要准备一条R232线（连接烧录器），以及一条连接烧录器与烧录芯片针脚的连接线就可以。电源的+5V，GND，两条负责传输烧录信息的针脚，再加上一个烧录电压针脚，这样就可以烧录了。
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