作者：Becky Stern
关键词：Arduino，原型设计，电路模拟器，无焊面包板
从事电子行业或者是电子设计爱好者，一定有听过Arduino。但你所理解的Arduino是什么呢? 是一款开发板? 还是一家公司? 不管怎样，Arduino都是电子设计不可或缺的重要资源，在编程上提供极大的帮助。以下视频将通过利用Arduino建构简单的电路，让你了解其功能，加强你进行设计的能力，赶快点开来看吧！
https://v.qq.com/x/page/p3561yzhb76.html
Arduino 让科技创新变得简单。它是一系列微控制器板，让您感知周围的环境并控制电子设备。Arduino 一词指的是电路原型设计过程的几个层面。其中一个是指硬件，包括官方的 Arduino 板和成千上万种兼容Arduino的衍生产品。与硬件进行通信的软件被称为集成开发环境，名为Arduino IDE。而且，你使用的编程语言也叫做Arduino，它是基于C++。Arduino还可以是指Arduino公司的商标，他们制造官方的开发板并维护开源文档，有助于使整个生态系统免费且便于共享。
Arduino 是一个庞大的全球社区，这意味着你可以在网上找到几乎数不尽的灵感、代码范例和关于你的问题的答案。
跟着本系列视频进行操作，你将逐渐掌握用电控制元器件和Arduino语言编程的关键概念。
以下是推荐用于开始 Arduino 硬件原型设计的材料：
- Arduino Uno或其他兼容板和USB 电缆
- 无焊面包板
- 跳线或实心连接线
- 3V 通孔 LED
- 100-1000 欧姆的通孔电阻
您还可以使用 Tinkercad Circuits 或 Fritzing 等电路模拟器开始，无需任何硬件。
建议从 Arduino Uno 开始，或使用兼容板，例如 Adafruit Metro、Sparkfun Redboard或 Seeeduino。这些专为初学者使用的开发板有较大的标签，帮助你清楚地看到你插入边缘引脚上的连接器，而这些连接器连接到微控制器芯片本身的各种引脚。微控制器芯片是一个微型计算机，运行我们从常规计算机上上传的程序。在开发板上，你还会看到一个复位按钮、一个电源指示灯、一些用于指示开发板何时发送和接收数据的LED，还有一个连接到引脚13的LED，用于在不插入其他元器件的情况下进行测试。其他元器件支持微控制器，并使电路的布线和编程变得简单，让不会电气工程的人也可以做到。
请确保使用正确的USB连接线将开发板连接到电脑上，这里需要的是支持数据传输的数据线，而不是外表相似的那种仅能用于充电的线。区分它们的方法是，使用数据线时 Arduino 开发板会出现在软件的端口菜单中，而充电线则不会。确保这一点的最佳方法是购买注明是数据线的线。
您还需要一块无焊面包板，它的内部有金属条和许多孔，可以让你快速、轻松地连接元器件。
我习惯用固定板将面包板和 Arduino 板连接起来，这样我的电路就可以更好地结合在一起。
你需要一些导线来连接Arduino，无论是面包板专用的导线或者实心铜芯导线都可以。
在进入软件部分之前，我们可以先建立一个简单的电路。使用出厂默认程序让一个连接到引脚13的LED闪烁，引脚13连接到LED较长的正极，而 LED 较短的负极通过电阻接地，以帮助限制电流，防止LED烧坏。如果你想了解更多，可以观看我们系列前期的 “【与美女创客入门电子世界】在做LED开发？这个视频很实用！”( https://mp.weixin.qq.com/s/LkoLgkPBZf76MALzcF2mmQ)。对于这个电路，需要一个功率为1/4 瓦的电阻，阻值从100欧到1000欧都可以。
用导线将Arduino上标有标签的5伏电压和地线引脚连接到无焊面包板上的母线，这些母线沿着无焊面包板的两侧延伸，方便大家轻松地接入电源和地线。对于这个电路来说，没有严格要求使用地线母线作为连接面包板地线的中间接口，但在原型设计时连接母线是最佳做法。
当在断开电源的情况下完成了电路，接着就可以将开发板连接到电脑。新电路中的LED应该会与开发板上的迷你贴片式LED一起闪烁，如果没有闪烁，请再次检查你的线路是否都连接好，并确保你的LED没有插反。开发板的连接孔非常小，所以很容易把导线插入错误的行中。
当LED闪烁，就可以深入研究控制它的程序。基本的闪烁范例可在Arduino软件中下载，并需要将其安装到电脑上。打开软件，找到文件 > 范例 > 01.基础，最后点击闪烁。
所有这些额外的符号都是Arduino语法的一部分，但不用感到害怕，从零开始学习并编写合适的代码需要时间，这里会向你一一解释，当你的水平有所提升，可以随时参考这些例子。
第一部分是代码块注释，接着是代码的设置部分，用于设置程序后续所需的内容，它在程序启动时就会运行。这里的闪烁程序将引脚13设置为输出，这样可以使开发板发送信号，而不仅是接收信号。
程序的主体部分在循环内，只要开发板通电，这部分代码将重复执行。双斜杠后面的灰色文字是注释，使你更容易理解程序。
这里使用的输出命令称为digitalWrite()，它是一个函数，用于将一个引脚设置为HIGH或LOW，即打开或关闭状态。这里会使用函数delay()来暂停程序，它会暂停指定的毫秒数，一秒等于1000毫秒。总的来说，该程序以一秒的间隔打开和关闭一个LED。这个时间间隔可以改变，只需要改变delay的数值，就可以自定义这段代码，比如500毫秒或2000毫秒。
要将程序上传到Arduino开发板上，请确保USB连接线插好，并从工具菜单中选择对应的开发板和端口。如果你的端口没出现或找不到对应的端口，请尝试拔掉开发板，检查端口菜单，然后重新插上开发板，再次查看端口菜单，看看有没有出现，然后点击上传按钮，以将闪烁范例代码传输到Arduino开发板上。
标有TX和RX的LED指示灯会闪烁，显示软件正在与开发板进行通信，并会显示“上传完成”的通知。片刻后，设置的闪烁效果就会出现。
如果要上传到一个兼容Arduino，而非Arduino公司的开发板上，可能需要安装额外的驱动程序，才能在端口菜单中看到该开发板。参考产品文档便可了解所需操作。
现在已经成功运行了一个数字示例，下一步是要更深入地了解Arduino的功能。当然，闪烁是不错的功能，但也可以让LED处于半亮半灭的状态。方法是编程渐变效果，但在Arduino上只有几个引脚能够进行类似模拟输出的操作，这些引脚在你的开发板上会用一个小波浪线(~)或其他标记来标明。
在进行任何修改之前，请先拔掉连接线，然后将连接到引脚13的导线插入标有PWM标记的引脚9。
在Arduino软件中点击文件 > 范例 > 01.基础 > 渐变，然后将开发板连接上电脑，上传该代码到Arduino板上，就可以看到LED的渐亮和渐灭效果。
Arduino板只能生成数字信号，即HIGH和LOW，但analogWrite() 通过脉冲宽度调制（PWM），来模拟在开和关之间的亮度变化，从而实现看起来像是亮度调节的效果。LED快速地开和关，便会觉得是看到光线变暗。LED点亮和熄灭的时间比例决定了LED的亮度。
看看代码，便可以了解这种渐变效果是如何实现的。可以在 Arduino 首选项中启用行号，以便更好地引用代码的不同部分。
第16行到18行说明了程序中使用的三个变量；第23行的设置部分将引脚9配置为输出；在第29行，analogWrite()函数根据作为变量的亮度值来设置引脚9的输出；在第32行，亮度通过数值为5的fadeAmount递增。
第35行使用if语句通过比较运算符检查亮度，如果亮度小于或等于零，或者大于或等于255，则执行内部代码，否则，跳过该部分。因此，代码会增加亮度，直到达到或超过255。然后，将fadeAmount设置为-5，并递减亮度直到达到零或小于零。最后的delay()函数防止代码运行过快，以至于你无法看到效果。
PWM的快速闪烁是为什么有时在相机或手机上，录制LED灯时会出现闪烁的原因，这取决于快门速度。PWM也用于在RGB LED中实现颜色混合，每种颜色的LED被设置为不同的亮度级别，当它们在同一个封装中混合时，可以形成任何颜色的光。
在这个Arduino基础入门教程中，最后一个要介绍的概念是for()循环，也称为计数循环。它从一个初始值计数到一个上限值，在这个程序中，我们以5为增量从0计数到255。就像之前的LED渐变程序一样，这表明有不止一种编写相同程序的方法。
你也可连接更多的LED，并使用for()循环来为它们添加动态效果，在for()循环完成计数后，主循环的剩余部分会执行，然后重新开始。
刚开始接触Arduino可能会让人感到压力，但别忘了当你遇到问题时，可以在网上查找相关资料。Arduino官网有一个很实用的参考部分，可以在那里找到代码每个部分的解析和示例，还有一个社区论坛，可以在其中找到与你的项目相关的协助。
对于电子设计或电子爱好者来说，Arduino是非常实用的工具，它可以帮助你完成一些设计，而且还有丰富的资源为你解决疑难。掌握好使用Arduino的技巧，相信会是一大助力，成就出更多你的创意作品。我们期待着家它们的诞生。
关于本系列视频
电子设计博大精深，对于初学者来说，有一定的难度。本系列视频旨在介绍一些入门级的技术和技巧，包括电路设计基础知识、简单编程等，让初学者从基础开始，再一步步向更进阶出发，在电子设计的世界里，发掘更多乐趣，同时也可以让电子设计爱好者温故知新。
关于Becky Stern
Becky Stern是一名创客，拥有多年设计电子项目的经验，创作和分享是她两大爱好。在独立创业之前，她曾担任 Instructables (Autodesk) 的产品经理、Adafruit 的可穿戴电子产品总监等。她的作品曾被 BBC、CNN、Business Insider、Forbes 和 Science Friday 等知名媒体报道过。她创建了数百个关于技术和手工制作的在线DIY教程和视频，旨在分享她的知识，帮助同是电子设计爱好者的同路人学习，以及相互交流。
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小编的话：
作为一个多功能的电子开发平台，Arduino为工程师提供了广泛的应用场景和学习机会，有助于我们提升技能、扩展视野，并在职业生涯中取得成功。相信通过这期视频内容，我们对如何利用Arduino来进行电路设计有了更多的了解。您对Arduino的应用有哪些疑问和经验？您是否活跃在Arduino全球社区？欢迎留言，分享交流！
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