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作者:張凱維(2011-11-18);推薦:徐業良(2011-11-18)
附註:本文為元智大學機械系機械設計課程Arduino使用教材。

Arduino UNO簡介與軟體安裝

1.    認識Arduino

“Arduino”源自11世紀北義大利一位國王的名字,2005年冬天,Arduino的核心開發團隊為了設計出便宜又好用的微處理器開發板,在三天內就完成了程式碼與電路板,而這塊電路板就命名為ArduinoArduino是一塊基於開放原始碼的I/O介面板,使用者也可以Arduino為基礎,擴展各自需求的硬體,目前已發展出許多不同版本供使用者自行選擇。Arduino有高開發性、低入門門檻、價格便宜等優勢,目前已累積不少忠實使用者。許多使用者基於開放原始碼的概念,在網路上成立部落格分享所學、心得與作品,讓初學者可在網路上尋找到許多資料,很快就能上手。在GoogleYoutube上搜尋Arduino關鍵字,便可發現許多玩家加上自己創意後,利用Arduino創作出各式各樣新奇好玩的作品。

Arduino的微處理器使用類似JavaC語言的開發環境,使用者可以在Arduino 開發板上外接各種電子元件,如LED、喇叭、馬達、開關、溫濕度感測器、紅外線發射與接收器、LCD顯示裝置等,並且可以外接WiFi, XBee, Bluetooth, RFID, GPS等各種通訊模組。Arduino的特色條列如下:

(1)  Arduino不僅軟體是開放原始碼,硬體也是開放的。開發軟體IDE (Integrated Development Environment)可由網路免費下載,Arduino的電路設計圖也可以從網路上下載。

(2)  Arduino入門門檻低,非相關科系背景的使用者,也可以很容易學習使用 Arduino。基於Arduino開放性的精神,許多互動設計者都樂於在網路上分享他們的作品。

(3)  Arduino開發板可簡單地與感測器、各式各樣的電子元件連接。

(4)  Arduino開發板使用USB介面與電腦作傳輸,不需外接電源。

(5)  Arduino開發板價格便宜,使用低價格的微處理控制器(ATMEGA8-16) NT$120~NT$150,而一張完整的Arduino UNO只要1000元台幣左右。

Arduino有許多不同規格的開發板,本文介紹最基本的Arduino UNO開發板,大小尺寸寬70mm、高54mm,基本規格如下:

Ÿ  Digital I/O數位式輸入/輸出端共1~13

Ÿ  Analog I/O類比式輸入/輸出端共0~5

Ÿ  支援USB接頭傳輸資料及供電(不需額外電源)。

Ÿ  支援三組PWM端子(Pin11, Pin10, Pin9)

Ÿ  自行供應電源時,建議使用5V~12V DC輸入;輸出電壓5V DC

2.    Arduino開發環境安裝

如圖1所示,登入Arduino的官方網站(http://arduino.cc/)後,在Download頁面中,即可找到最新版本的Arduino IDE(如圖2)。為了讓不同作業系統的使用者都能使用Arduino,官方網站上提供了WindowsMACLinux的跨平台版本,使用者只需依照自己的作業系統選取所需版本即可。下載完成後,完全不需安裝,將壓縮檔解開,可以找到一個名為Arduino的執行檔,點擊兩下即可開啟開發環境(如圖3)。

1. Arduino官方網站首頁

2. 最新Arduino IDE下載頁面

3. IDE執行檔

Arduino資料夾裡,除了Arduino執行檔外還有許多資料夾,其中drivers是在第一次使用USB傳輸線將Arduino與電腦連接後,會需要的驅動程式都在裡面。而libraries的資料夾則是存放基本的函式庫,若是在網路上找到其他作者寫好的函式庫也可以放進libraries資料夾裡,便可以使用相關函式功能。

Arduino UNOUSB連接至電腦後,需先檢查Arduino是在電腦的哪一個COM port。如圖4所示,先打開電腦裡的裝置管理員,再展開連接埠(ComLPT),即可查看。

4. 檢查Arduino是在電腦COM port位置

5所示為Arduino程式開發的初始環境,除了一般的下拉式選單列外,Arduino也提供了幾個快捷鍵:

(1)      New,開啟一個新的頁面。

(2)      Open,開啟副檔名為pde的專案檔。

(3)      Save,儲存目前專案。

(4)      Verify/Compile,驗證程式碼是否撰寫無誤。

(5)     * Upload to I/O Board,將程式上傳至Arduino

(6)      Serial Monitor,串列監看,功能類似電腦中的超級終端機。

(7)      Stop,關閉串列監看。

5. Arduino程式開發的初始環境

3.    Ardunio程式架構與上傳範例程式

Arduino的語法結構與JavaC語言相當類似,使用者只需要基礎的程式設計能力即可快速上手。基本的Arduino語法function必須包含兩個部份:

(1)  void Setup(),內容主要是設定一啟動Arduino時候所要初始化的設定參數。

(2)  void Loop(),內容是負責控制單晶片在運作時候重複執行的每一項工作項目,也就是所撰寫的程式內容。

Arduino資料夾中附有範例程式,將範例程式上傳至Arduino UNO的程序敘述如下:

(1)  Arduino程式開發環境中,點選 File > Examples > 1.Basics > Blink,打開 Blink範例程式(如圖6)。

(2)  接著按下Verify  按鈕編譯程式,假如程式語法沒有錯誤,視窗左下方的狀態列會出現“Done Compiling”的訊息。

(3)  選擇使用者目前的COM Port設定,如果這一步沒有確認設定,視窗下方將會出現錯誤訊息。在視窗上方下拉式選單中找到Tools > Serial Port > COM 21,確認之後打勾即可(如圖7)。

(4)  最後按下Upload * 這個按鈕,等候幾秒鐘,應該會看到Arduino板子上的RXTX兩個燈號會快速地閃爍,如果上傳成功,狀態列會出現“Done Uploading”的訊息。

(5)  上傳完畢後,經過幾秒鐘後,Arduino板子上pin 13 (L)的燈號(黃色的燈號)就會開始閃爍(如圖8),表示程式已經成功上傳執行。

到這裡,使用者的Arduino開發環境已準備好,可以開始學習撰寫Arduino程式了。

6. 打開Blink 範例程式

7. 確認COM Port

8. 閃爍Pin 13(L)燈號

參考資料

[1]  Arduino 官方網站,http://arduino.cc/

[2]  Arduino.TW樂園,http://www.arduino.tw/index.php

[3]  Cooper Maahttp://coopermaa2nd.blogspot.com/