Ardunio学习 - 技术栈

程序书写

Ardunio程序安装

在 Arduino的官方网站上可以下载这款官方设计的软件及源码、教程和文档。Arduino IDE的官方下载地址为：http://arduino.cc/en/Main/Software。登录官网，下载软件并安装。

https://www.arduino.cc/。

安装成功后，页面如下所示：

根据已有零件，请deepseek写代码。

Servo舵机控制库是Arduino官方提供的一个库,用于简化舵机的控制。它封装了舵机控制的底层逻辑,使得用户可以通过简单的函数调用月来控制舵机的角度、速度和位置,而无需手动生成PWM信号。这个库支持多种舵机类型(如标准舵机连续旋转舵机),是开发舵机相关项目的理想工具。

角度控制
- 控制舵机旋转到指定角度（通常为0°~180°）。
速度控制
- 控制连续旋转舵机的转速和方向。
多舵机支持
- 支持同时控制多个舵机（最多12个，具体数量取决于硬件）。
兼容性强
- 支持标准舵机、数字舵机和连续旋转舵机。

安装包

在 Arduino IDE 中遇到 "Missing FQBN (Fully Qualified Board Name)" 错误时，通常是因为没有正确选择开发板型号或缺少对应的开发板支持包。

然后在Ardunio中安装Ardunio IDE 中安装Adafruit PWM servo Driver

然后统一连接电器件之后，可以将代码导入到开发板中。

Ardunio 程序语言

给Arduino编程需要用到IDE（集成开发环境），这是一款免费的软件。在这款软件上编程需要使用
Arduino的语言，这是一种解释型语言，写好的程序被称为sketch，编译通过后就可以下载到开发板中。

运行Ardunio

如果还是没有操作成功，是因为需要选择板子的型号。如下所示：

然后点击勾号，即可输出。

即可完成。

元件构成

单片机

单片机（Microcontroller Unit, MCU）是一种集成度很高的微型计算机系统，通常包含处理器核心（CPU）、存储器（RAM和ROM/Flash）、输入/输出接口（I/O）以及其他外围设备（如定时器、串行通信接口等）于单一芯片上。单片机广泛应用于嵌入式系统中，用于控制和执行特定任务。

主要组成部分：

中央处理器（CPU）：负责执行指令和处理数据。
存储器 ：
- ROM/Flash：用于存储程序代码和常量数据。
- RAM：用于存储运行时的临时数据。
输入/输出接口（I/O）：用于与外部设备进行数据交换，如传感器、执行器等。
定时器/计数器：用于精确控制时间相关操作。
串行通信接口：如UART、SPI、I2C等，用于与其他设备进行通信。

应用领域：

家用电器：如洗衣机、微波炉、空调等。
工业控制：如PLC（可编程逻辑控制器）、机器人控制等。
汽车电子：如发动机控制、车载娱乐系统等。
消费电子：如智能手机、智能手表等。
医疗设备：如血糖仪、心电图机等。

优点：

集成度高：所有功能集成在一个芯片上，减少了外部元件的数量。
成本低：由于集成度高，生产成本较低。
功耗低：适合电池供电的设备。
体积小：适合空间受限的应用场景。

常见品牌：

Intel 、Microchip 、Texas Instruments 、STMicroelectronics 、NXP等。

单片机是现代电子设备中不可或缺的组成部分，其灵活性和高效性使其在众多领域中得到广泛应用。

舵机和电机

舵机和电机虽然都是将电能转换为机械运动的装置，但它们在结构、功能和应用上有显著区别。以下是两者的详细对比：

1. 核心功能

特性	舵机（Servo Motor）	普通电机（Motor）
主要用途	精确控制角度或位置（如机器人关节、航模舵面）	提供连续旋转动力（如风扇、车轮驱动）
运动形式	有限角度旋转（通常0°~180°）或闭环控制位置	连续单向/双向旋转，或直线运动（如步进电机）
控制信号	PWM脉冲信号（占空比决定角度）	电压/电流大小（调节转速）或方向信号

2. 结构与工作原理

特性	舵机	普通电机
内部组成	电机 + 减速齿轮 + 控制电路 + 位置反馈传感器	通常只有电机（无反馈或需外接编码器）
反馈系统	闭环控制（通过电位器或编码器实时校正位置）	开环控制（除非外接传感器）
输出轴	只能旋转有限角度（标准舵机）	可无限旋转

3. 控制方式

特性	舵机	普通电机
信号类型	PWM脉冲（如1ms=0°，1.5ms=90°，2ms=180°）	直流电压（如5V/12V）或PWM调速
控制精度	高（直接定位到特定角度）	依赖外部传感器才能精确定位
典型接口	三线（电源、地、信号）	两线（正负极）或四线（如步进电机）

4. 典型应用场景

舵机	普通电机
- 机器人关节（机械臂、人形机器人）	- 电动车轮驱动
- 航模舵面控制（方向舵、升降舵）	- 家用电器（风扇、洗衣机）
- 摄像头云台	- 工业设备（传送带、泵）
- 自动门锁	- 无人机螺旋桨

5. 关键区别总结

反馈机制：舵机自带闭环控制，电机通常需额外传感器实现闭环。
运动范围：舵机限位旋转，电机可连续旋转。
控制目标：舵机重位置精度，电机重转速/扭矩。
复杂度：舵机集成度高（含控制电路），电机通常需外接驱动板。

如何选择？

需要精确角度控制 （如机械臂）→ 选舵机。
需要连续旋转动力 （如车轮）→ 选直流/步进电机。
需要高速旋转+位置反馈 → 选伺服电机（高级舵机）或编码器电机。

两者在项目中常配合使用，例如：用电机驱动小车底盘，用舵机控制摄像头方向。

外部电源

用电池的电力驱动机器运行。

元件组装

电路连接图(描述性) ，以下是详细的文字描述和连接关系:

1.Arduino与PCA9685连接(12c通信和逻辑供电):

·Arduino5V 引脚->PCA9685vcC引I脚(为 PCA9685芯片提供逻辑电源) ·ArduinoGND引脚->PCA9685GND引|脚(逻辑地线) ·Arduino SDA 引脚(Uno上E通常是A4)->PCA9685SDA弓脚 ·ArduinoSCL引脚(UnoE通常是A5)->PCA9685SCL弓引脚

2.外部电源与PCA9685连接(舵机供电):

·5v-6v外部电源正极(+)->PCA9685V+螺丝端子(或标有V+/ServoPowerIn 的接口) ·5V-6V外部电源负极(-)-> PCA9685GND螺丝端子(或标有GND/servoPower Ground的接口)

3.舵机与PcA9685连接:

·舵机信号线(通常是橙色、黄色或白色)->PCA9685的PWM输出引脚(你可以选择o 到15中的任意一个) ·舵机电源线(V+)(通常是红色)->PCA9685V+输出排针(对应通道O旁边标记V+的排排针) o搜索

Arduino UNO 开发板

电脑------Arduino UNO开发板------集成电路板PCA9685

UNO Digital PWM 通常指的是基于 Arduino UNO 开发板的 数字PWM（脉宽调制） 功能。Arduino UNO 是一款广泛使用的开源微控制器开发板，其数字引脚中有一部分支持PWM输出，可用于控制舵机、LED亮度、电机速度等设备。

控制舵机, 通过PWM信号控制舵机的旋转角度（典型频率为50Hz）。
调节LED亮度, 通过改变占空比实现LED的亮度渐变。
控制电机速度, 通过PWM信号调节直流电机的转速

Arduino UNO可以通过以下三种方式供电，能自动选择供电方式：
外部直流电源通过电源插座供电；
电池连接电源连接器的GND和VIN引脚；
USB接口直接供电，图1-4所示的稳压器可以把输入的7V~12V电压稳定到5V。
(韩广义、宋楠：《Arduino开发从零开始学学电子的都玩这个》，北京：清华大学出版社2014年版)
在电源接口上方，一个右侧引出3个引脚，左侧一个比较大的引脚细看会发现上面有AMST1117的字样，其实这个芯片是个三端5V稳压器，电源口的电源经过它稳压之后才给板子输入，其实电源适配器内已经有稳压器，但是电池没有。可以理解为它是一个安检员，一切从电源口经过的电源都必须过它这一关，这个"安检员"对不同的电源会进行区别对待。
首先，AMS1117的片上微调把基准电压调整到1.5%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。再者根据输入电压的不同而输出不同的电压，可提供1.8V、 2.5V、2.85V、3.3V、5V稳定输出，电流最大可达800mA，内部的工作原理这里不必去探究，读者只需要知道，当输入5V的时候输出为3.3V，输入9V的时候输出才为5V，所以用9V（9V~12V均可，但是过高的电源会烧坏板子）电源供电的原因就在这，如使用5V的适配器与Arduino连接，之后连接外设做实验，会发现一些传感器没有反应，这就是某些传感器需要5V的信号源，可是板子最高输出只能达到3.3V，必然有问题。
(韩广义、宋楠：《Arduino开发从零开始学学电子的都玩这个》，北京：清华大学出版社2014年版)

ArduinoUNO开发板上的1到13的孔是数字引脚(Digital Pins),月用于输入或输出数字信号(高电平或低电平)。这些引脚是UNO与外部设备(如传感器、执行器、LED等)交互的主要接口,每个引脚都有特定的功能利使用场景。以下是它们的详细说明和区别:

1、数字输入/输出

可读取或输出数字信号（高电平：5V，低电平：0V）。

通过 pinMode(pin, INPUT/OUTPUT) 设置引脚模式。

2、PWM输出

部分引脚（3、5、6、9、10、11）支持PWM（脉宽调制）输出，用于模拟模拟信号（如调节 LED亮度、控制舵机角度）。

使用 analogWrite(pin, value) 输出PWM信号（value范围：0~255）。

3、外部中断

部分引脚（2、3）支持外部中断，用于快速响应外部事件（如按钮按下）。

使用 attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode) 设置中断。

ICSP 针头（In-Circuit Serial Programming）

Arduino UNO 开发板上的 ICSP 针头（In-Circuit Serial Programming）是一种用于编程和调试的接口，主要用于直接对微控制器（如ATmega328P）进行烧录或更新固件。它通过SPI（串行外设接口）协议与外部编程器通信，是开发板的重要功能扩展接口。

ICSP 针头通常为6针（2x3排列），引脚定义如下：

引脚	功能	说明
1	MISO (Master In Slave Out)	主设备接收数据，从设备发送数据。
2	VCC	电源正极（5V）。
3	SCK (Serial Clock)	SPI时钟信号，由主设备生成。
4	MOSI (Master Out Slave In)	主设备发送数据，从设备接收数据。
5	RESET	复位信号，用于重启微控制器。
6	GND	电源地。

烧录引导程序（Bootloader）, 当UNO的引导程序损坏时，可通过ICSP接口重新烧录。
批量生产, 在生产环境中，通过ICSP接口快速烧录程序到多个微控制器。
调试与开发, 使用外部编程器进行实时调试和固件更新。
SPI设备扩展, 连接SPI设备（如EEPROM、SD卡模块）进行数据通信。

【摘录】

（邵玮副、张鹏、王斯卉、祝宁华、方蕊：《智能机器人设计与创新实践》，西安：西北工业大学出版社2023年版，第6页。）

电池

外部电源与转换器连接，转换器将电压转换为元件能够承载的范围。

外部电源------

转换器 HW-319-V6.0

外部电源------转换器

舵机与PcA9685连接:

·舵机信号线(通常是橙色、黄色或白色)->PCA9685的PWM输出引脚(你可以选择o 到15中的任意一个) ·舵机电源线(V+)(通常是红色)->PCA9685V+输出排针(对应通道O旁边标记V+的排针)

HW-319-V6.0 是转换器，一端连接电池，其屏幕板，显示了将电池电压转换为更小的电压，会在屏幕板上显示。

Ardunio板子作为小电脑，然后有电源，第三个是舵机和电机，连接到主控芯片上。

电机可以正常地转动。

驱动电机，实现车轮子的转动。

集成电路板 PCA9685 PWM Driver

外部电源------转换器------集成电路版（PCA96785）

电脑------Arduino UNO开发板------集成电路板PCA9685

外部电源与PCA9685连接(舵机供电):

·5v-6v外部电源正极(+)->PCA9685V+螺丝端子(或标有V+/ServoPowerIn 的接口) ·5V-6V外部电源负极(-)-> PCA9685GND螺丝端子(或标有GND/servoPower Ground的接口)

PCA9685 16-channel PWM Driver 是一种集成电路模块 ，专门用于生成脉宽调制（PWM）信号，可同时控制多达16个设备（如舵机、LED灯等）。它通过I²C接口与微控制器（如Arduino、Raspberry Pi）通信，简化了多路PWM信号的控制。

主要作用：

控制舵机
- 驱动多路舵机（如机器人关节、机械臂），每路独立控制角度。
- 典型应用：机器人、航模、自动化设备。
LED调光
- 控制多路LED亮度，实现渐变、闪烁等效果。
- 典型应用：灯光装饰、舞台效果。
简化电路设计
- 减少主控设备的引脚占用，降低硬件复杂度。
- 提供外部供电接口（V+、GND），支持大电流设备。

cpp 复制代码

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver();

void setup() {
  pwm.begin();
  pwm.setPWMFreq(50);  // 设置PWM频率为50Hz（舵机标准）
}

void loop() {
  pwm.setPWM(0, 0, 300);  // 控制第0路舵机到90°位置
  delay(1000);
  pwm.setPWM(0, 0, 150);  // 控制第0路舵机到0°位置
  delay(1000);
}

舵机

外部电源------转换器------集成电路版（PCA96785）------舵机

【心得】

Github的开源项目，

淘宝相关的工具。

可以直接询问deepseek，输入自己已有的工具，请deepseek 看如何连接。

案例

轴机转动

代码如下

cpp 复制代码

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_PWMServoDriver.h>

Adafruit_PWMServoDriver pwm = Adafruit_PWMServoDriver(0x40); // 默认I²C地址

// 舵机参数（需根据实际舵机校准）
#define SERVO_MIN 150    // 0度对应脉冲值（0.5ms）
#define SERVO_MAX 600    // 180度对应脉冲值（2.5ms）
#define SERVO_MID (SERVO_MIN + (SERVO_MAX - SERVO_MIN)/2) // 90度中间值

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pwm.begin();
  pwm.setPWMFreq(50);    // 设置PWM频率为50Hz（舵机标准）
  Serial.println("输入'w'旋转90度，'s'旋转30度...");
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    char cmd = Serial.read();
    if (cmd == 'w') {
      pwm.setPWM(0, 0, SERVO_MID); // 通道0旋转90度
      Serial.println("旋转至90度");
    } else if (cmd == 's') {
      pwm.setPWM(0, 0, SERVO_MIN + (SERVO_MAX - SERVO_MIN)*30/180); // 旋转30度
      Serial.println("旋转至30度");
    }
  }
}

如图所示，根据代码，需要输入W，才可以运行。

注意事项

遇到问题，优先拔掉电源，防止烧坏板子。板子烧坏，比较难发现问题所在。

注意正负极连接。正极线连接正极线，负极线连接负极线。

一诗一画

代码如下：

python 复制代码

import turtle
import colorsys

turtle.tracer(False)
t = turtle.Turtle()

t.speed(0)
turtle.bgcolor("black")
t.pensize(2)

# 绘制彩色圆形螺旋
for i in range(180):
    hue = i / 360.0  # 色相值（0~1）
    color = colorsys.hsv_to_rgb(hue, 1.0, 1.0)  # HSV转RGB
    t.pencolor(color)
    t.circle(i)      # 画圆，半径逐渐增大
    t.left(10)       # 每次左转10度

turtle.done()

生成图如下：