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作者: DigiKey Editor

关键词：操纵传感器，设备控制，开关

本文介绍了碳膜、霍尔、电位式、电感式和光电式五种常见的操纵传感器类型，包括它们的工作原理、特性、优缺点及应用场景，以及选择操纵传感器时需考虑的关键因素。此外，文章还讨论了设计操纵传感器时可能面临的问题及解决方案，并总结了操纵传感器在各领域的重要作用，强调了根据具体应用需求选择适合的操纵传感器的重要性。

操纵传感器是一种用于操纵电子设备或系统的操纵器件，通常由手把、杆状部分和各种按钮、开关组成。最常见的应用是在游戏控制器、飞行操纵杆、遥控器、运动控制器与电子产品操纵键等。

操纵传感器最常见的应用是电子游戏的操纵，提供了一种直观的方式，让玩家掌握游戏中的角色或场景。另外也可应用于模拟飞行游戏与实际的飞行训练中，提供更真实的飞行体验。

在电子设备中，操纵传感器也常用于作为用户的输入接口，虽然触摸屏幕也占有一席之地，但其缺乏必要的触觉回馈和坚固性，加上操纵传感器占用的体积更小，因此像是数码相机、便携设备等产品，仍会选择操纵传感器作为输入设备。

操纵传感器也可以用于远程操作机器人，例如在危险环境中进行操作或探测，或是用于遥控各种设备，包括玩具、模型、摄像头、遥控飞机等。操纵传感器也可以作为虚拟现实和扩增现实系统的输入设备，让用户能够在虚拟或扩增的环境中进行交互。操纵传感器在不同领域都有广泛的应用，为使用者提供了直观、精确的控制方式。

常见的操纵传感器类型与特性

常见的操纵传感器主要包括碳膜操纵传感器、霍尔操纵传感器，此外还有电位式（电阻式）、电感式与光电式操纵传感器，每种技术都有其优缺点，以下将为您介绍这些技术的主要原理与特性。

碳膜操纵传感器

碳膜操纵传感器是一种使用碳膜电阻的感应器件，常用于操纵杆、按钮和其他操纵设备。碳膜操纵传感器的工作原理基于碳膜电阻的变化，它通常包含两个薄膜层，其中一层是碳膜，另一层则是导电的基板，两者之间隔开。当操纵杆或按钮移动时，它会导致碳膜与基板之间的接触面积改变，这将影响电阻值。

碳膜本身是一种导电性材料，当两层之间的接触面积增加时，电阻降低；反之，当接触面积减小时，电阻增加。这种电阻的变化可以通过测量电压或电流的方式转换为传感信号，从而检测操纵设备的位置和移动。

碳膜操纵传感器的制造成本相对较低，使其成为一种经济实用的操纵传感解决方案，且碳膜较薄且柔软，这使得它适用于轻巧且柔软的操纵设备，并且易于集成到不同的设计中。

碳膜操纵传感器对轻微的操纵变化非常敏感，能够提供相对高的灵敏度，这对于精确的操纵非常重要，由于碳膜的相对耐用性，这种传感器通常具有长寿命，适用于长时间和频繁使用的场景，不过，由于摇杆和碳膜的接触会带来碳膜的磨损导致寿命降低，业界目前最高水平可达到200万次左右的使用寿命。

碳膜操纵传感器可以制作成不同形状和尺寸，因此适用于多种应用，包括不同形状的按钮、操纵杆等，碳膜操纵传感器通常具有较低的功耗，这使得它们适用于需要节能的应用，例如电池供电的设备。

由于简单的结构，碳膜操纵传感器通常易于维护和修复，减少了维护成本，由于其可弯曲性和可裁剪性，碳膜传感器能够应用于各种形状和尺寸的操纵设备。

霍尔操纵传感器

霍尔操纵传感器（Hall sensor）是一种基于霍尔效应的感应器件，用于测量磁场强度，当磁场干扰导体中的电流时，会引起电压的变化，霍尔效应游戏杆则利用这个原理，它们内部装有永久磁铁，游戏杆带动磁铁移动，这个移动被下面的霍尔效应检测IC检测到，产生电压变化，转换为位置数据的变化。

霍尔效应是指当一个导体通过一个垂直于其流动方向的磁场时，该导体两侧会产生一个电压。这种现象是由于磁场对导体内带电载流的影响，霍尔传感器则利用这一效应，其通常由半导体材料制成，包含一个敏感区域和连接电路。

当霍尔传感器放置在磁场中时，磁场会影响传感器中的电子运动，进而产生在传感器两侧产生电压的效应，这个电压称为霍尔电压，其大小和方向与磁场的强度和方向有关。通过测量霍尔电压，可以确定磁场的参数，例如磁场的强度或方向。

霍尔传感器通常具有较高的传感精度，能够准确地测量磁场的变化，霍尔传感器的响应速度较快，使其在需要实时反应的应用中表现优越。霍尔传感器不需要与物体直接接触，可以在非接触的情况下进行测量，这使得它在一些特殊环境或应用中更具优势。

霍尔传感器通常具有较低的功耗，这有助于节省能源并延长电池寿命，并对温度、湿度等环境条件的影响相对较小，使其适用于各种应用环境。霍尔传感器可用于多种应用，包括位置传感、速度传感、开关应用等。

电位式操纵传感器

电位式操纵传感器是一种基于电位计原理的感应器件，常用于操纵设备或操纵器的应用，例如操纵杆、鼠标、游戏摇杆等。电位式操纵传感器基于电阻的变化来检测操纵杆或操纵器的位置，它通常由一个移动的电阻器件（例如滑动电阻或旋转电阻）和一个移动的接触器（例如触点）组成，当操纵杆或操纵器移动时，电阻器件的位置相应地改变，这会导致电阻值的变化。

电位式操纵传感器中最常见的形式是滑动电位器，这种设计包括一个滑动的接触器，当使用者移动操纵杆时，滑动接触器沿着电阻器件的表面滑动，改变电阻值，此变化的电阻值被用来产生电压信号，该信号反映了操纵杆的位置。

电位式操纵传感器通常具有线性的输出特性，这意味着操纵杆的移动和输出信号之间存在线性关系，这使得输出信号可以相对容易地映射到操作的应用中。这类传感器通常具有较高的精确度，能够提供准确的位置检测，这使得它们适用于需要精确控制的应用，如游戏、操纵器等。

电位式操纵传感器通常具有较长的寿命，并且相对耐用，这使得它们适用于长时间和频繁使用的场景。这种传感器的结构相对简单，由于使用基本的电阻器件，因此成本较低，制造和维护相对容易。

电位式操纵传感器的传感可能会受到一些限制，其滑动或旋转的电阻器件有一定的物理限制，导致转动角度有限。这类传感器通常需要物理接触，因为操纵杆或操纵器的移动必须导致接触器与电阻器件表面的物理交互。

电感式操纵传感器

电感式操纵传感器是一种使用电感器原理的感应器件，常用于操纵设备的位置检测，例如操纵杆、游戏手把等。电感式操纵传感器使用电感器件（通常是线圈）来传感操纵杆或操纵器的位置。当操纵杆或操纵器移动时，附近的电感器件会感应到磁场的变化，这种变化被转换为电压信号。

这种感应是基于法拉第感应的原理，当一个导体经过变化的磁场时，会产生感应电动势。操纵杆或操纵器上的磁体会与电感器件相对运动，因此在电感器件上会感应到相应的电压变化。

电感式操纵传感器是一种非接触性的技术，因为操纵杆或操纵器的移动不需要直接接触传感器，这有助于提高耐用性并减少机械磨损。电感式操纵传感器通常具有较高的精确度，能够提供准确的位置检测，这使其在需要精确控制的应用中非常受欢迎。

由于电感式操纵传感器可以使用多个电感器件进行检测，因此可以实现多轴的操纵，例如在游戏手把中实现的多轴运动。由于不涉及机械接触，电感式操纵传感器的反应速度通常很快，这对于如游戏控制这类需要实时反应的应用非常重要。

电感式传感器可实现复杂的操纵，包括旋转、倾斜等多轴度的操纵，增加了操作的多样性。由于是非接触性的，电感式操纵传感器不受物理障碍的限制，可以在相对复杂的环境中使用。

光电式操纵传感器

光电式操纵传感器是一种使用光学原理的感应器件，用于检测操纵设备的位置和移动，这种传感器常见于鼠标、触摸板等设备中。光电式操纵传感器的原理基于光学感应，通常使用红外线或可见光的光学器件。典型的结构包括一个光源（通常是LED），以及一个光学传感器件（例如光电二极管阵列或图像传感器）。

光源用于发射光束，通常是红外线或可见光，这个光束照射到操纵杆或操纵器上，当光束照射到操纵杆或操纵器表面时，光线可能被反射或透射，具体取决于表面的特性，这将产生一个反射或透射的光影。

随后光学传感器件会接收反射或透射的光影，通过检测光的强度、位置变化等来识别操纵杆或操纵器的位置。传感器的电子部分将光学传感器件的输出转换成电压或数据信号，这些信号用于确定操纵杆或操纵器的移动方向和速度。

光电式操纵传感器是一种非接触式技术，操纵杆或操纵器的移动不需要直接接触传感器，这有助于提高设备的耐久性。光学传感技术可以提供相对较高的精确度，这对于需要精确位置检测的应用非常重要。

光电式操纵传感器通常反应速度较快，使其在需要实时反应的应用中非常有用，如鼠标或触摸板，并可以实现多轴的操纵，支持多维度的移动和操作。由于非接触性和多轴检测的特性，光电式操纵传感器具有一定的灵活性，可应对不同的应用需求。光电式操纵传感器不受物理障碍的限制，可以在相对复杂的环境中使用，并特别适用于平面操纵，如在触摸板上滑动或操作。

选择操纵传感器的注意事项与考虑因素

选择操纵传感器时，需要考虑一系列因素，以确保应用能够达到预期的效果并满足使用需求。首先应确定应用的具体需求，例如是在游戏中使用、模拟飞行、机器人操作还是其他应用，不同的应用可能需要不同类型的操纵传感器。

另外还需考虑使用者操纵的方式，是需要单一的操纵杆、多个按钮、还是复杂的手势操纵，应根据应用的复杂性和使用者体验需求来选择适当的操纵方式。不同的操纵传感器有不同的精确度和灵敏度，这是确保操纵的精准性和流畅性的关键因素，应选择能提供所需精确度和灵敏度的传感器。

此外，还需考虑传感器的耐用性，尤其是在频繁使用的场景中，如游戏控制器，高质量和耐用的操纵传感器能够提供更长的使用寿命。在连接方式上，应确保操纵传感器与目标设备的连接方式兼容，这可以包括有线或无线连接，应选择能方便地与目标设备通信的传感器。另一方面，应注意操纵传感器的电源需求，特别是对于无线传感器，以确保能够提供足够的电力供应。

当然，还需考虑预算限制，不同品牌和型号的操纵传感器价格差异较大，应选择在预算范围内提供所需功能的传感器，并研究不同品牌的操纵传感器，查阅用户评价和评论，以了解产品的实际表现和可靠性，并确认操纵传感器与目标应用或设备的兼容性，以确保能够顺利集成。

设计操纵传感器的常见问题与解决方案

在操纵传感器应用中，可能会面临一些常见的问题，这些问题可能影响用户体验和系统性能。像是精确度和校准问题，操纵传感器的精确度可能会随着使用时间而受到影响，并且可能需要定期校准。解决方式为实施定期的校准程序，使用精确的校准工具和方法以确保传感器准确度，更新驱动程序和软件也可能有助于提高精确度。

此外，当操纵传感器的信号处理时间过长，将导致使用者感觉到延迟，此时应优化传感器的信号处理算法，减少操纵到显示反应的时间，并使用高性能的硬件和软件来改善反应时间。

某些操纵方式可能对用户而言过于复杂，导致学习曲线陡峭，因此应提供直观的用户接口和操纵方式，设计简单易懂的操作流程，并提供用户操作指导，以减少学习曲线。

操纵传感器也可能受到外部信号干扰，导致不稳定性。因此在放置操纵传感器时应远离可能引起干扰的设备，加强抗干扰能力，并使用适当的屏蔽和滤波技术，提高系统稳定性。

若采用无线操纵传感器可能面临电池寿命短或无电的问题，应使用节能模式以延长电池寿命，并提供明确的电池状态指示，开发低功耗的传感器技术，以减少能源消耗。

在兼容性问题方面，操纵传感器可能不与某些设备或平台兼容，因此应提前确保操纵传感器与目标设备的兼容性，更新驱动程序或软件以解决兼容性问题，制造商可以提供更新和支持。

成本问题永远是必须考虑的要素，高成本的操纵传感器可能不符合预算要求。因此需要在价格和性能之间找到平衡点，选择符合预算的操纵传感器，同时满足应用需求。

安全性问题也是当前不可忽略的问题，安全漏洞可能导致操纵传感器被非法存取或操纵。解决方式为实施严格的安全标准，使用加密和验证技术保护操纵传感器的通信和数据，并定期更新软件以修补已知的安全漏洞。

解决上述的这些问题需要采用全面性的方法，包括硬件、软件、设计和用户培训等多方面的考虑。

类型	应用特性
碳膜操纵传感器	碳膜操纵传感器因其低成本、高灵敏度和适应性，而广泛应用于各种操纵设备中，提供了经济实用的操纵解决方案。
霍尔操纵传感器	霍尔操纵传感器在应用于磁场测量方面具有优越的性能，并且在一些需要高精度、快速响应、非接触性的应用中得到广泛应用，例如在汽车工业、工业自动化、电子设备等，但会受到强磁场的影响。
电位式操纵传感器	电位式操纵传感器由于其简单而可靠的原理和良好的精确度，且成本低廉，因此被广泛应用于各种需要操纵的应用中，但其使用寿命有限，常应用于游戏控制器、操纵杆、鼠标等。
电感式操纵传感器	电感式操纵传感器相当可靠，但对温度变化和电磁干扰（EMI）敏感，在游戏控制器、操纵杆和其他操纵设备中广泛应用，提供了一种灵活、精确且反应速度快的操纵方式。
光电式操纵传感器	光电式操纵传感器以其高精确度、实时反应和多轴操纵的特性，被广泛应用于各种操纵设备中，但容易受到灰尘、湿气和受力损坏的影响。

结语

操纵传感器在各种应用中发挥着重要作用，提供了用户与设备之间的接口，使得操作更加直观且精确，可广泛应用于电子设备、游戏控制、模拟飞行、机器人操作、遥控设备、虚拟现实和扩增现实、工业自动化、医疗设备领域。

选择操纵传感器应根据具体应用需求选择操纵传感器，考虑精确度、灵敏度、反应速度、操纵方式、耐用性、连接方式、电源需求、价格、品牌和评价等因素，来选择出适合特定应用需求和使用情境的操纵传感器，以提供更好的用户体验和操作效果。

在选用或使用操纵传感器上有遇到什么困难吗? 欢迎到DigiKey技术论坛专帖与我们专业的工程师讨论。

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小编的话：

正如文章所介绍的，操纵传感器作为系统中的重要组成部分，其精度、响应速度和稳定性直接影响到整个系统的性能。选用合适的传感器能够确保系统准确、快速地响应操作指令，提升系统的整体效率和准确性。因此，在设计和开发过程中，应充分考虑应用需求、工作环境以及传感器本身的性能特点，以确保选用最合适的操纵传感器。您在选用操纵传感器上有哪些经验？或碰到过哪些问题？欢迎留言，分享交流！

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作者：Tawfeeq Ahmad

关键词：系统级模块SoM，FPGA，计算模块

随着数据中心、高性能计算机、医学成像、精确布局线迹、专用 PCB 材料、外形限制以及热管理等应用的扩展，对 FPGA 的需求也在不断上升。以前，硬件设计人员会选择“芯片向下”架构，为应用选择特定硅器件并开发完全定制的电路板。虽然这种方法可实现高度优化的实施，但需要大量的开发时间和成本才能达到生产就绪状态。为了节约时间和费用，设计团队现在正在考虑更加集成的解决方案，例如多芯片模块 (MCM)、系统级封装 (SiP)、单板机 (SBC) 或系统级模块 (SoM)。

FPGA SoM 市场正在迅速扩大，使得更多用户能够采用基于 FPGA 的平台。这些 SoM 因其适应性强的架构和用户友好的设计而在各种应用中被广泛采用。

FPGA 系统级模块概述

与独立的单板机不同，FPGA SoM 是一种紧凑型计算模块，设计用于集成到更大的系统中。该模块包括高速 DDR 内存、闪存、电源管理、通用接口控制器和板级支持包 (BSP) 软件等基本组件，以及对高速收发器模块和以太网、USB 和 PCIe 等多种通信协议的支持。

SoM 方法具有显著优势，可提供一个包含核心计算部件和软件的预构建、预测试模块，从而缩短开发时间、降低成本并简化组件采购流程。这使得研发团队能够专注于公司的特定需求，从而带来更可预测的设计周期和更好的业务成果。此外，SoM 还具有可扩展性和灵活性，可轻松升级或修改组件，而无需对整个系统进行全面改造。通过利用 SoM，公司可以更快地将产品推向市场，降低设计错误的风险，并提高整体效率，这使得 SoM 成为对各种先进应用都极具吸引力的解决方案。

上市时间

基于 SoM 的方法可大幅缩短开发时间，因而上市速度更快。由于 SoM 经过 iWave 等制造商的预先测试和认证，因此设计人员能够更快地将这些模块集成到产品中，并且错误也更少。这样的预先验证可确保模块符合高可靠性和性能标准，因而无需再进行大量的内部测试和故障排除工作。通过利用 SoM，公司可简化开发周期，减少设计和验证过程所花费的时间和资源（图 1）。这使得公司能够专注于自己独特的价值主张和核心竞争力，而无需纠缠于复杂的系统集成。SoM 的模块化特性还可为设计过程提供灵活性，即使在开发的后期阶段，也可进行更改和调整，无需进行大规模的返工。

开发成本和复杂性

利用生产就绪且合格的 SoM 可大幅降低 FPGA 系统设计的复杂性。通过将预测试 SoM 集成到产品开发中，公司可降低与硬件设计错误和兼容性问题相关的风险。这种方法不仅能加快产品上市，而且还能降低整体开发和认证成本。SoM 的测试体系非常严格，其中包括严格的电磁兼容性 (EMC) 测试，以及热循环和老化测试等各种环境应力测试。这些测试可确保模块能够承受恶劣的工作条件，同时保持可靠性能，从而最大限度减少对大量内部测试和验证工作的需求。

产品模块性和可扩展性

对于 FPGA 片上系统 (SoC) 解决方案，采用基于 SoM 的方法的主要优势之一是增强的模块性和可扩展性。SoM 设计支持各种 FPGA 逻辑密度、I/O 配置和收发器功能。这种灵活性使得产品设计人员能够选择符合其特定应用要求的合适 SoM，而无需重新设计整个硬件架构。例如，单载板架构可容纳不同的 SoM 配置，从具有基本功能的小型 FPGA 到具有先进处理能力、更复杂的大型 FPGA。这种模块性对设计的无缝可扩展性和面向未来的能力有利，可根据市场需求变化轻松升级到更新一代的 FPGA 或增加其他功能。

供应链和产品生命周期管理

基于 FPGA 的系统的供应链管理涉及协调从不同供应商采购的众多组件。以 SoM 为中心的方法通过将采购和供应链管理职责与 SoM 供应商（如 iWave）整合，简化了这种复杂性。这些供应商可与关键组件供应商保持战略合作关系，并采用前瞻性的预测技术，以确保稳定的供应能力和有竞争力的定价。这种前瞻性管理方式可缩短交货期，最大限度降低采购风险，并优化库存管理，最终有助于公司节约成本，提高运营效率。

高效的产品生命周期管理 (PLM) 对于保持基于 FPGA 的产品的寿命和竞争力至关重要。SoM 供应商通过持续监控组件的淘汰情况和市场趋势，在这方面发挥着关键作用。他们会主动更新 SoM 设计和软件包，以加入新功能、增强功能和安全补丁。这种前瞻性方法可降低与组件 EOL（寿命终止）公告相关的风险，从而确保无缝的产品连续性，并最大限度减少对客户运营的干扰。通过将 PLM 职责委托给 SoM 供应商，公司可将内部资源集中用于创新和核心竞争力，而不是用于管理供应链动态和降低产品生命周期风险。

对软件开发人员的益处

使用 SoM 可简化和加速基于 FPGA 的系统的软件开发过程。这些模块配备预验证的板级支持包 (BSP) 和参考设计，提供了稳定的标准化软件开发环境。开发人员可利用这些资源加快应用软件的开发，而无需根据不同硬件配置调整软件，从而减少复杂性。这种方法不仅可缩短开发周期，而且还可增强软件的可靠性和兼容性，从而使开发人员能够专注于优化应用的性能和功能。

iWave 与 AMD、Altera 和 Achronix 等领先 FPGA 供应商合作，提供多样化、全面的 SoM 产品组合。这种合作关系使得 iWave 能够提前获得尖端 FPGA 技术，从而开发出适合不同应用需求的各种 SoM 和商用现成 (COTS) 模块。例如，在 AMD 的 Zynq UltraScale+ 系列下，iWave 提供多种选择，例如 iW-RainboW-G35M、iW-RainboW-G30M 和 iW-RainboW-G47M，每种选择都提供适合不同性能要求的不同配置。类似地，iWave 与 Altera 和 Achronix 合作推出了 iW-RainboW-G58M Agilex 5 SoC FPGA 和 iW-RainboW-G64M Speedster7T SoM 等 SoM，展示了其满足各种 FPGA 平台要求的能力。

结语

除 SoM 产品组合外，iWave 还通过一系列 FPGA 设计服务为客户提供支持，其中包括载板设计、FPGA IP 开发、移植、定制、Linux 和板级支持包 (BSP) 移植、认证以及机械设计。自 1999 年成立以来，iWave 一直专注于嵌入式系统工程设计，服务于工业、医疗、汽车和航空电子等行业。iWave 在 FPGA 和 SoC FPGA 技术方面拥有丰富的专业知识，因而能够提供符合严格行业标准的强大解决方案，支持全球客户实现无缝产品开发。

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关键词: 电源管理, 电路设计

问：Arduino Modulino Pixels 教程

Arduino Modulino Pixels 模块是什么？

Arduino Modulino Pixels 模块是一个对创客友好的模块，具有 8 个可单独寻址的彩色 LED 和一个 Qwiic 接口。Pixels 模块（Arduino 型号 ABX00109）最初是作为更大的 Arduino Plug and Make 套件 的一部分提供的。它是一个相对复杂的模块，因为它集成了一个 32 位STMicroelectronics ARM 微控制器，用于处理 Arduino UNO R4 与单个红绿蓝（RGB）LED 之间的通信。在图 1 的左下角可以看到 ARM Cortex M0 微控制器。

本文探讨了软件接口和底层硬件，但仅限于使用默认的 Modulino 寻址方案进行基本操作。它不包括高级操作，例如更改 Pixels 模块的地址或在同一 I2C 网络上操作多个 Pixels 板。如果你对执行这些复杂操作感兴趣，请在下面留言。如果 Arduino 提供单独的 Modulino 板，这些高级技术在未来将变得越来越重要。

Arduino Modulino Pixels 的软件描述

Arduino 为 Modulino 模块提供了一个简化的库。可以按照 Arduino 说明中所述使用 Arduino IDE 的库管理器安装此代码。

Modulino 类结构

Arduino Modulino 板的软件接口使用类结构处理。第一步是使用构造函数：

ModulinoPixels leds;

这将创建一个 leds 对象，然后可以使用各种方法对其进行操作，包括：

• leds.clear (); 这是一个重载方法，用于清除单个或所有 LED。当不带参数调用时，所有 LED 都被清除。当用索引 N 调用时，第 N 个 LED 被清除。
• leds.set (); 这是一个重载方法，用于设置 LED 的强度和颜色。
• leds.show (); 此方法将由 clear () 和 set () 方法建立的内部数据传输到物理 LED。

Modulino Pixels 的操作类似于双缓冲。我们使用 clear () 和 set () 方法更改 Pixels 内存中的寄存器。这些更改在后台发生，对显示没有影响。只有当调用 show () 方法时，数据才会传输到物理 LED。

技术小贴士：双缓冲是串行通信的重要组成部分。它允许一次传输一块数据。当所有块组装完成后，它们可以同时显示。例如，加载 LED 索引编号、颜色和强度数据需要时间。但是，由 show () 方法触发的单个事件确保所有 LED 同时更新。

有关简化示例代码及通信协议，请参考这教程，以理解如何配置 Arduino Modulino Pixels 模块、如何设置颜色、如何闪烁单个 LED。

技术小贴士：Arduino Modulino Pixels 的几个方法是重载的。重载函数很容易识别，因为多个方法定义具有相同的名称。在这个例子中，不带参数调用 clear () 将清除所有 LED。当重载为 clear (N) 时，将清除第 N 个 LED。同样，set () 方法将接受内置颜色或单独的 8 位 RGB 值。

总计

Arduino Modulino Pixels 允许用户快速连接并试验三色 RGB LED。

更多Arduino设计相关技术内容, 请参考下面帖子：

• 第四集：利用 Arduino 建构简单控制电路 
• 在 Arduino Opta PLC中的阶梯逻辑（Ladder Logic）UDFB 
• 从 InPlay IN100 BLE Beacon 传感器到 Arduino ESP32 BLE/WiFi 网桥 
• Arduino 扩展板 
• 适合 Arduino 和 Raspberry Pi 匹配的摄像头 

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关键词: 物联网, 开发工具

问：轻松玩转物联网项目 – ESP32 开发平台

相信大家对于乐鑫Espressif 之ESP32产品并不陌生，其高集成度和丰富的功能，使得它成为物联网项目开发的理想选择，M5Stack 公司开发的STACK 系列CoreS3 的开发工具包以ESP32产品作为基础，针对于初学者或是有经验的开发者，开发出一系列模块化即插即用，低代码开发的产品平台，可以简简单单轻轻松松完成高质量的产品原型创作。

Core S3是Core系列第三代主机

这个系列是M5Stack的经典产品全系列都是用的ESP32系列主控，到S3是第三代搭载的是ESP32-S3系列芯片那双核的Xtensa LX7处理器，主频可以达到240MHz。STACK 系列将所有的连线全都藏在看不见的地方，使用起来可以像搭积木一样，需要什么功能的模块就直接搭上去。

规格	参数
MCU	ESP32-S3@Xtensa LX7 ,16MFLASH和8M-PSRAM,WIFI,OTG\CDC功能
触摸IPS LCD屏幕	2.0″@320*240 ILI9342C
摄像头	GC0308@30万像素
接近传感器	LTR-553ALS-WA
电源管理芯片	AXP2101
六轴姿态传感器	BMI270
磁力计	BMM150
RTC	BM8563
扬声器	16bits-I2S功放芯片AW88298@1W
音频解码芯片	ES7210，双麦克风输入
产品尺寸	54 x 54 x 16mm
包装尺寸	101x64x34mm
产品重量	73.3g
包装重量	97.8g

M5 stack还配备了一个图形化的编程IDE UIFLOW 2.0，UIFLOW网页端可以直接在线直接下载到Core S3里面，通过MBurner可以把UIFLOW固件下载到S3里面

注意: 下载程序之前，需长按复位按键3S（亮绿灯）进入下载模式，防止下载失败。
相关操作:
开机:单击左侧电源键
关机:长按6秒左侧电源键
复位: 单击底侧RST按键
下载模式: 长按复位按键3S（亮绿灯）

FAQ常见问题:
问: 如果传感器在连接后不起作用或似乎不存在，可能是什么原因呢？

答: CoreS3采用AXP2101电源管理芯片，要想Port端口和M5-Bus正常输出电压，必须先进行相应配置。您可以在AXP2101.cpp库文件中找到配置所需的API，并根据具体需求进行设置。

M5Stack CoreS3
Digi-Key零件编号:  2221-K128-ND

更多物联网相关技术内容, 请参考下面帖子：

• 在哪里可以了解有关物联网的更多信息 
• 开始使用 Machinechat 的 JEDI One 物联网平台 
• FireBeetle 2 ESP32-S3(N4) IoT 开发板介绍 
• 使用 Seeed 的 LoRa-E 5模块， 为 LoRaWAN 网络开发风速/风向传感器 
• IoT传感器节点应用中，节能改进方案：使用使用集成解决方案来节能 

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作者：Alan Yang

关键词: 稳压器，电压参考，电流参考

一般来说，DCDC 开关稳压器都是固定电压输出。通过添加电阻分压电路，我们可以实现调节输出电压的效果。但是传统的分压电路，电源精度受分压电阻影响，调节电压范围受限，无法调节到0V。

本文介绍一种ADI新的技术，针对这两个缺点，看看是如何解决的。

传统分压电阻调节的稳压电路

下图是一个分压电阻调节的稳压器电路的实例：

这是一个降压型稳压电路，电源转换器通常包含一个控制环路，以维持设定的输出电压。

右侧的电阻（RFB1 和 RFB2）构成一个分压电路。将生成的输出电压，根据内部参考电压VREF，调节到指定电压。一般情况下，输出电压无法调节到低于内部参考电压VREF。

如果需要把输出电压调整低至 0 伏。需要在电阻分压电路上，外加一个偏置正电压源（如下图红框里所示），用于调节输出电压。该偏置正电压源可由线性稳压器 (LDO) 或基准电压源产生。

这么做的话，依旧电阻分压器的电阻精度，以及偏置正电压源精度会直接影响所产生的电源电压精度。

ADI输出电压调节新方案

如下图，电源输出电压直接反馈到芯片内的误差放大器。输出电压通过连接到内部电源的电阻（RSET）进行调整。这种配置可将输出电压调整至 0V。

另一个优势是在低于 100kHz 的低频下产生更少噪声。通过加入 CSET 电容，可平滑内部电流源的低频干扰，大大减少这些干扰。

实例分析1：ADI的第三代 Silent Switcher® 系列的新型降压开关稳压器 LT8625S 用到了此技术。

参考电压：LT8625S 有一个精密的 100µA 电流源从 SET 引脚流出并连接到误差放大器的同相输入端。参考电压等于SET引脚电流乘以RSET。

我们只需要 1% RSET 电阻值, 就可以完成对于输出电压的设定。下面是输出电压与电阻对应关系：

比如，想要实现0.8V输出，可以将 8.25kΩ 与 267kΩ 并联来实现（几乎）正好为 8kΩ。当然，为实现更高精度，可以使用 0.1% 的电阻。

电流参考的优势：

与传统稳压器中使用的电压参考相比，使用电流参考的好处是稳压器始终以单位增益配置运行，与编程的输出电压无关。这使得 LT8625S 具有独立于输出电压的环路增益、频率响应和带宽。此外，由于不需要误差放大器的增益将 SET 引脚电压放大到更高的输出电压，因此输出负载调整率更严格。

设计要点：

1. SET 引脚的任何漏电流都会导致输出电压产生误差。所以，如果有必要，可以使用高质量绝缘材料制成的 PCB 板材，比如特氟龙。
2. SET 引脚是高阻抗节点，不需要的信号可能会耦合到 SET 引脚并导致不稳定行为。在重负载电流下以最小输出电容运行时最明显。通过一个小电容将 SET 引脚旁路到地可以解决这个问题，100nF 就足够了，这是最小推荐电容值。当然大一点更好。
3. 对于需要更高精度或可调输出电压的应用，SET 引脚可以由能够吸收 100μA 的外部电压源主动驱动。将精密电压参考连接到 SET 引脚可消除由于参考电流和 SET 引脚电阻容差而在输出电压中出现的任何误差。

更多内容请看：

LT8625S数据手册

实例分析2：

除了开关稳压器之外，ADI的线性稳压器, LT3045，也都采用了这种环路调节技术。同样，有一个精密的 100µA 电流源从 SET 引脚流出并连接到误差放大器的同相输入端。

同样只需要 1% RSET 电阻值, 就可以完成对于输出电压的设定。下面是输出电压与电阻对应关系：

电流参考的优势与设计要点：

采用电流参考的好处在于输出电压变化时，噪声、PSRR 和瞬态性能不改变，且输出负载调整率更严格。同时，SET 引脚电阻应采用精密电阻，防止漏电影响输出电压，在高湿度环境下可能需要在 SET 引脚进行表面涂层以提供防潮屏障。

更多内容请看：

LT3045数据手册

更多产品：

LT3045开发板, 一款具有可编程电流限制的 500mA 超低噪声、超高电源抑制比（PSRR）低压差（LDO）稳压器。在 3.8V 至 20V 的输入电压范围内工作，LT3045 可提供最大 500mA 的输出电流。除了具有超低噪声和超高 PSRR 之外，该稳压器还提供可编程电源良好功能以及可编程电流限制，还可通过感测 ILIM 引脚电压实现电流监测。从而，助力缩短开发周期

总结：

传统分压电阻调节的稳压电路	ADI 输出电压调节新方案
优劣势： 原理相对简单，容易理解和实现。 电源精度受分压电阻影响，精度有限。 调节电压范围受限，一般无法调节到低于内部参考电压	优劣势： 采用电流参考，一个精密电阻，就能实现对于输出电压的调节。 在输出电压变化时，噪声、PSRR 和瞬态性能不改变。 对于高精度应用，需要格外注意 SET 引脚防止漏电流的设计

最后：

ADI 的输出电压调节新方案优势很明显，它解决了传统分压电阻调节稳压电路的问题。新的设计架构，使得在低频范围内产生更低的噪声水平。而且，剩余的最小噪声不依赖于设定的输出电压，能更大范围地调节电压。

更多有关稳压器技术文章，请点击以下链接，也欢迎大家在文未留言讨论。

• “升压，降压式”稳压器与“升压/降压式”稳压器的比较
• 浅谈负输出DC-DC稳压器（第一部分）：典型的正负电压供电系统 
• 线性稳压器的冷却要求 
• 我的 LDO 稳压器在低负载电流时超出规格！
• LDO 稳压器的选择  
• 电源设计中，较常見的非隔离拓扑

参考：

• ADI How to Easily Neutralize Overvoltages with a Protective Circuit
• 如何利用电位器，手动调节电源输出电压
• 产生更低电压的直流电源电压 

小编的话：

如文章所示，与传统的电压参考稳压器相比，电流参考稳压器在调节电压范围、噪声性能、稳定性、输出负载调整率以及设计灵活性等方面均优于传统的电压参考稳压器。您是否有使用过这两种类型的稳压器？您对电压输出设计有哪些经验或问题？欢迎留言，分享交流！

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作者：Art Pini

关键词：聚氨酯泡沫垫，填实，减震，能量控制

冲击、振动和过热对任何电子系统设计都是一种威胁，因为会迅速导致系统故障。此外，运行时噪音大将导致客户投诉和维修诉求过多。此外，冷却不当也会致使成本增加。

振动和噪音可能是因为冷却风扇安装不当造成的。维护面板和检修口周围的空气泄漏会导致冷空气泄漏，从造成空气温度提升，并降低通风和空调系统的冷却效率。机箱可能会因机械共振而发出响声和振动。

虽然噪音、振动和温度升高几乎是不可避免的，但需要将它们降到最低。为此，设计者可以使用吸能的聚氨酯泡沫垫、缓冲垫和阻尼器。然而，要选择到合适的材料就需要了解它们的主要特性和性能。

本文将以 3M 的 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫产品为例，探讨设计者在选择阻尼材料时需要考虑的关键特性。文章将展示如何将 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫产品运用于最苛刻的应用中，以保护关键的设备，同时节省设计者的时间和成本。

ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫

3M 的 ISOLOSS 材料属细孔、高密度聚氨酯泡沫。它耐用、吸能，具有低压缩形变和稳定的应力应变，并可在广泛的温度范围内使用。它们提供各种密度、厚度和形状选择，包括垫片条、圆形和方形，以及方形和矩形板（图 1）。

除了有各种形状外，ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫还有四种不同的密度：10 (160.2)、15 (240.4)、20 (320.4) 和 25 (400.5) 磅/立方英尺 (lb/ft3) （公斤/立方米 (kg/m3)）。在给特定应用配套聚氨酯泡沫时，密度匹配很重要。所有这些泡沫产品的工作温度范围为 -40℃ 至 +107℃（-40˚F 至 228˚F）。

聚氨酯泡沫用于三个不同的应用类别：填实、减震和支撑以及能量控制。填实要求能够密封缝隙，吸收机械冲击和振动，并在配接表面之间提供密封。风扇和外壳之间的衬垫提供振动隔离，并提供密封，以防止压力损失。减震和支撑涉及将物体相互隔离，如安装在车门上的缓冲垫可以关闭开关，从而可以监测车门的关闭。缓冲垫缓冲了开关，减少了门关闭的冲击。像 LS-2506-PSA-1-CIRCLE-50PK 或 LS-2006-PSA-2-X2-50PK 这样的小圆形和方形垫，通常用于此类应用。能量控制包括通过吸收冲击和减少振动来减少机械能。

聚氨酯泡沫的主要特性

所有这些应用都依赖泡沫保持其形状的能力，并对压缩它的物体提供一个反作用力。聚氨酯泡沫有两个衡量这些特性的规格：一是耐压缩形变，通常被称为压缩形变，以及压缩应力应变 (CFD)。

压缩形变是衡量泡沫在持续压缩后的永久变形。压缩形变值低，说明泡沫在反复或连续压缩后会恢复到原来的厚度。根据 ASTM D1667，柔性多孔材料的标准规范，3M ISOLOSS LS 泡沫在室温下的压缩形变低于 1%。

ASTM D3574 D 涵盖了柔性多孔材料的标准测试方法，规定了压缩形变的测量。被测材料压缩到 50% 的厚度，并在高温下暴露很长一段时间。压缩形变是指去除压缩后损失的原始厚度的百分比。

一个需要良好耐压缩形变的典型应用是空调的滤网架密封件（图 2）。

空气滤网架使用低压缩形变聚氨酯泡沫来密封滤网外壳，并将滤网固定就位。当取出滤网进行更换或清洁时，泡沫几乎会膨胀到其完全厚度。低压缩形变保证了密封件继续保持其性能，无论它被压缩了多长时间。这种应用将使用像 3M 的LS-1025LM/PSA-0.75 英寸 x 180 英寸-1RL 的衬垫泡沫。LS-1025LM/PSA 是一种 0.75 英寸宽、0.25 英寸厚的带材，密度为 10 lb/ft3。这种柔软的泡沫符合滤网的要求，并能保持就位，同时还能密封检修门。

CFD 代表了泡沫在不同程度的压缩下的坚固程度。ASTM D3574C 测试 CFD 时，将泡沫从原来厚度的 100% 压缩到 30%，也就是10% 到 70% 的压缩。当泡沫被压缩时，测量压缩面施加的使泡沫减少到特定厚度的力。重要的是，要记住这也是泡沫对压缩面施加的力。图 3 显示了压缩量与所施压力的关系图。为每个 ISOLOSS LS 泡沫密度提供了 CFD 表格和/或图表，以便对每个应用的泡沫选择过程进行微调。

考虑某个减震应用，两个表面必须用 100kPa (14.5 psi) 的压力来保持距离。这可以用 25 lb/ft3 的泡沫压缩到约 16%、20 lb/ft3 的压缩到约 28%、15 lb/ft3 的压缩到约 50% 或 10 lb/ft3 的压缩到约 70% 来实现。

减震和降噪

结构减震是一种通过将机械能转化为热能来消除机械能的手段。阻尼材料使用强力粘合剂直接贴在结构的表面上（图 4）。

这种自由层阻尼系统是最简单的形式。由于基础结构的弯曲应力，阻尼材料的延伸和压缩导致了能量的耗散。即使是这种简单的系统，只要阻尼处理设计得当也能产生显著的效果，特别是对于冲击性噪声，可以减少 20 分贝（A-加权）(dBA) 或更多。阻尼材料有正方形或长方形板材选择，也有圆形或方形贴片。这些片状材料可以进行模切或激光切割，以方便 OEM 组装，或作为维护改装套件。覆盖率不一定是全覆盖才有效，只要有 25% 的表面覆盖率，就可以实现 10 dBA 或 更多冲击噪音降低。较大的板材，如 3M 的 LS-1506/PSA-5 “x7”-10PK 和 LS-1006LM-PSA-12 “x12”-6PK，在阻尼应用中很有用。由于其灵活性，这些泡沫可以适合大多数产品设计。

有四个因素决定减震和降噪的量：

1. 基材的类型和厚度。
2. 阻尼材料在工作温度和频率下的厚度和特性。
3. 阻尼材料的厚度与基材的厚度之比。
4. 阻尼材料所覆盖表面积的百分比。

阻尼和振动控制技术利用聚氨酯泡沫的能力，将机械运动转化为低级别的热量，从而降低了噪音和振动水平。ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫为这些应用提供了能量控制手段，即使在恶劣的环境中，它们也能保持其形状、配合和功能。

表 1 汇总了 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫四种可用密度的全部规格。除了耐压缩形变和压缩应力（负荷）应变的关键规格外，该表还列出了用于鉴定泡沫材料的测试标准。

结语

振动、冲击、噪音和极端温度是许多系统设计必须面临的现实，但合适的阻尼材料可以大大减轻其影响。如上所述，3M 的 ISOLOSS LS 聚氨酯泡沫提供了各种形状、密度和厚度选择，能容忍各种环境，并有很长的使用寿命。它们适合用于密封开口和减少振动的填实应用。在缓冲和支撑应用中，它们能够在固定子组件的同时减少冲击和振动。最后，在减震应用中，它们可用来减少噪音。

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关键词: SMA连接器, 全定位，有限定位，光滑内孔

问：SMA 连接器 ——“full detent”“ limited detent” 和 “smooth bore” 含义？

有时候在浏览 SMA 连接器产品时，你可能会遇到像 Radiall R222723120 这样的设备，它提到需要与full detent “全定位”，limited detent “有限定位” 或 smooth bore “光滑内孔” 的 SMA 连接相匹配。

数据手册

在哪些具体的应用场景中会使用到 SMA 连接器？如何选择适合自己需求的 SMA 连接器？full detent “全定位” SMA 连接器的优势有哪些？

SMA 连接器中的定位装置是为了提高保持力并为 SMA 配对连接提供正向锁定。full detent “全定位” SMA 连接器是一种公接口 SMA 设备，具有凹口，设计合理的母接口可以卡入其中，从而实现正向锁定，有助于在恶劣条件下保持连接。这一设计的缺点是会显著增加连接器所需的插拔力，在某些情况下这可能是有益的，但如果在连接产品时不小心，就会增加损坏电路板的风险。

smooth bore “光滑内孔”连接器没有这种凹口，仅通过摩擦力固定。这些连接器的插接力要低得多，因此在需要多次插拔循环的情况下或当人们希望在不经常移动的设备的大规模制造中尽量减小插接力时，它们是合适的选择，但显然它们的连接保持力较弱。

limited detent “有限定位”部件是这两者之间的一种折衷方案，其凹口不太明显，在保持插接力低于全定位部件的同时，仍能提供一定程度的额外保持力。

更多连接器相关技术内容, 请参考下面帖子：

• D-Sub 连接器 MHDTZK9-DM9P-K 包含哪些东西：它是一个外壳还是一套工具包？ 
• 大型天线安装技巧和同轴电缆的防水处理 
• 为什么 Molex 金属端子上的丝印不在预期的位置？
• 套管连接器 (Barrel connector) 基础知识 
• 电气设备接线贴士 : 善用端子块跳线 

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关键词: 电源管理, SoC，PMIC

问：在SoC电源设计中如何选择PMIC，是选择PMIC还是以DC-DC来设计

要看这个SoC是什么电源，就是给这个SoC哪一块供电。

比如说SoC的核供电，这个电流是非常大的，现在目前没一家PMIC能够做这么大电流，比如说英伟达的平台，电流都是几十安的，一个PMIC是不能够支持这么大电流。

ADI 的MAX77654：超低功耗 PMIC，具有单电感、3 输出降压-升压、2 个 LDO

比如外设的供电，你可以用一个PMIC去做，对它的核供电是很难用去做的。主要是看到底给哪里供电，然后最好是能把这个SoC的电源树给画出来，要去分辨哪些路是可以合并，哪些路是不可以合并的，比如它有一些功能安全域，那你这个地方你可能就要独立供电了，不能就混到一块，要一个功能安全的PMIC去给功能安全去供电。

具体把这个电源数画出来，然后把他们进行区分合并，然后再去选怎么去供。

更多电源设计相关技术内容, 请参考下面帖子：

• 电源设计中，较常見的非隔离拓扑 
• 电源系统处理散热有什么窍门是吗？就是现在夏天很热，然后汽车它空间也有限，那个高温会对电子元器件的一些性能会有影响吗?
• 电源要是出现问题会通过电源芯片的I2C的报出故障，这个是怎么实现的，或者说它的原理?
• 了解运算放大器电路中的功耗设计 
• 电源开关——什么是缓冲电路？ 

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关键词：边缘计算，TinyML，Edge Impulse,电子鼻，IIoT

在物联网飞速发展的今天，边缘计算和TinyML技术正逐渐成为焦点。想象一下，小小的芯片竟能在设备端实现强大的数据处理与决策，ESP32-S3 芯片就如同一位魔法大师，携手Edge Impulse平台，让电子鼻项目成为现实，带你开启一场奇妙的气味探索之旅。

本系列第四集， DFRobot 高级工程师夏青（Rockets Xia）将为您解读一个非常有意思的边缘计算TinyML实战项目：《电子鼻项目制作-用ESP32 S3制作一个腐烂水果监测器》。

主讲嘉宾：

夏青经常活跃于国内外创客社区。从2008起开始致力推广创客文化，促进创客运动在中国的发展，2010年与中国创客教父李大维等打造国内首个创客空间——新车间。2013年在DFRobot和浦软集团的支持下建设蘑菇云创客空间。作为蘑菇云创客空间共同创始人，经常鼓励和推动社区创客项目的推进。作为DFRobot高级工程师，积极致力于推动人工智能、物联网等先进技术在创客及创客教育领域的落地和推广。

https://v.qq.com/x/page/n3566v8v5lc.html

首先，先来了解一下边缘计算。边缘计算是一种基于分布式计算的环境，它在数据收集源附近，也就是设备端完成数据处理和决策。与集中式的云计算不同，边缘计算避免了数据传输到云端带来的延迟问题，具有实时处理数据的能力和更快的响应时间，同时降低了对云端的依赖，减轻了网络和服务器的负载。在物联网领域，尤其是工业物联网（IIoT）领域，边缘计算具有很高的应用性。

而TinyML作为一种典型的边缘计算应用，使得在低功耗的设备上可以实现机器学习功能。今天要介绍的电子鼻项目，就采用了ESP32-S3芯片，并使用Edge Impulse平台进行TinyML模型训练和部署，以检测空气中的气体成分，实现气味的识别与分类。

ESP32-S3芯片是乐鑫的高性能芯片之一，在边缘计算的应用中展现了卓越的性能和低功耗平衡。在前期视频介绍中已经对它有相应的介绍，下面进一步介绍电子鼻项目的具体情况。

电子鼻项目的硬件组成包括FireBeetle ESP32-S3开发板作为核心控制器，负责整个系统的数据处理和控制；还有甲烷、一氧化碳、甲醛等气体传感器，用于检测空气中的不同气体成分；此外，还需要面包板和跳线来连接各个传感器和开发板。

项目在完成焊接和组装后，就是模型训练和部署。Edge Impulse 是一款专为物联网设备设计的便捷机器学习平台，可以轻松的完成模型的训练、优化和部署，非常适合电子鼻这样的边缘智能项目。

项目分解如下：

首先，选择可乐和葡萄汁作做为样本饮料进行实验。将饮料放入封闭容器，保存数据到电脑上，获得 CSV 格式的数据，并加上气味名称的label，以便后期分类和处理。静置十分钟，每个饮料多测几次，以获得更准确的气味数据。测量后用清水冲洗量杯，用风扇清洗容器，让容器内气体恢复正常空白环境，然后再次测量其他数据并保存。

将 CSV 格式的文件上传到Edge Impulse平台，利用标记功能标记每个数据集，如葡萄汁和可乐，然后通过平台的功能筛选出对饮料气味分析更重要的特征。经过训练和测试，可以得到一个比较准确的模型，它能够自动识别和分类葡萄汁和可乐。

同样的原理， 对水果进行类似有趣的实验，验证模型是否可以部署在FireBeetleESP32– S3主控板上。实验物品是生芒果和快腐烂的成熟芒果，利用气体传感器判断水果的成熟度。

这样的电子鼻在仓库管理、生鲜和水果等高价值物品的物流管理中都有应用，可以减少浪费和损失，提供重要数据支持，降低损耗。

以上课程，可以了解了如何利用Firebeetle ESP32-S3主控和Edge Impulse平台构建电子鼻项目，从硬件介绍到模型训练和部署的全过程，展示了Firebeetle ESP32-S3在边缘人工智能应用中的强大能力。

相信未来，随着物联网和边缘人工智能技术的不断发展，TinyML 的应用场景将更加广阔，能够在端侧跑TinyML模型的Firebeetle ESP32-S3将在智能家居、工业自动化、环境监测等众多领域发挥更大的作用。

本期就是物联网和ESP32系列视频的最后一期内容，希望能为您带来启发。在下方一并罗列了相关资源的链接，以及ESP32相关产品的编号，方便您进行复刻。

感谢您对本系列视频的关注，别忘了订阅我们的频道，获取更多项目和教程。这个系列的视频到此结束，期待与您有缘再见！

本期视频相关资源：

• 乐鑫社区-着重于技术讨论 https://www.esp32.com/
• DFRobot社区-着重于应用分享 https://mc.dfrobot.com.cn/forum-211-1.html
• DFR1145：基于乐鑫ESP32-S3-WROOM-1-N4模组设计的主控板。
• FIT0816：一款带有风扇的树莓派散热片兼容树莓派3B/3B+/4B。
• DFR0553：16位AD转换模块，可对模拟量信号进行精确的采集与转换。
• SEN0565：MEMS 甲烷传感器，定性测量可燃气体，小尺寸、低功耗。
• SEN0564：MEMS 一氧化碳传感器，定性测量一氧化碳气体，小尺寸、低功耗。
• SEN0566：MEMS VOC传感器，定性测量VOC气体，小尺寸、低功耗。
• SEN0563：MEMS 甲醛传感器，定性测量甲醛气体，小尺寸、低功耗。

小编的话

怎么样？有没有被ESP32在边缘计算开发上的性能所折服？事实上，ESP32的强大处理能力和低功耗特性使其非常适合用于边缘计算场景，能够在靠近数据源的地方进行数据处理和分析，减少数据传输的延迟和带宽占用。在边缘智能应用方面，ESP32能够用于环境监测、智能控制、数据分析等多种场景。您是否有基于MCU开发边缘智能系统？您在开发过程中有哪些经验、心得或疑问？欢迎留言，分享交流！

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作者：Becky Stern

关键词：Arduino，输入输出，原型设计

本文介绍了Arduino基本输入/输出的实现方法及演示，详细阐述了如何使用开关进行数字输入和使用电位计进行模拟输入。文章提供了所需物料清单和详细的电路连接步骤，同时解释了代码的工作原理和关键函数。

Arduino是初学者和专业人士都广泛使用的开发解决方案之一。通过掌握基本的输入和输出，可以建构更多功能，进行更多操作，实现更多不同的设计。通过在Arduino进行编程，可以激发创新思维，一步一步完成更复杂的项目，探索无限的可能性。以下视频将介绍如何使用开关进行数字输入和使用可变电阻进行模拟输入。赶快点开来看吧！

在您掌握了 Arduino 基础知识并能使用代码控制LED灯后，是时候了解 Arduino 输入了，它是用于向 Arduino 开发板提供信息的电信号。Arduino评估板可以被程序设计来接收电信号，并根据这些输入采取相应的操作。

开关是一种机械装置，通常使用杠杆或按钮来连接或断开电路，要构建此电路，您需要一个小型按键，而这个小型按键是众多不同类型的开关中的一员。

建议使用 Arduino Uno (1050-1024-ND)，或兼容的开发板，例如 Adafruit Metro (1528-1214-ND)、Sparkfun Redboard (1568-1977-ND) 或 Seeeduino (102010026-ND) 来开始。

想要学习构建本期中的电路，请准备以下物料:

• Arduino Uno 或兼容的开发板，以及 USB 电缆
• 无焊面包板
• 跳线 或 单芯导线
• 3V 通孔 LED
• 通孔电阻, 100-1000 欧姆和 10K 欧姆
• 触摸开关
• 电位计

从为新电路制作原型的基本设置开始：先把Arduino UNO评估板和无焊面包板一起组装在一个固定评估板上，将Arduino评估板上的5伏和地线连接到面包评估板上的导轨，再连接到面包板另一侧的导轨。这是制作一个新电路原型的基本设置。

然后，连接一个输出端的LED，将较长的正极连接到引脚 13，将负极通过一个小阻值的电阻 (100 欧姆 – 1K 欧姆) 连接到地线。

接下来将按键添加到面包板上，按键通常被设计成可以跨过面包板的中心分隔线。如果按键没有卡紧，可能需要稍微弯曲它的引脚。

按键的一侧连接到引脚2，同时通过一个较大阻值的电阻 (1万欧姆) 连接到电源，按键的另一侧连接到地线。

这里使用对角引脚而不是其他连接，因为无论开关内部如何布线，这都是确保正确连接的可靠方法。你也可以用万用表来检查，探测开关上的两个针脚，然后按下它以查看哪些是连接的。

电路连接好后，就可以插入USB线并上传新的程序。

打开可下载的 Arduino 软件，点击File > Example > 02.Digital > Button。

将代码上传到 Arduino 评估板后，当按下按键，LED灯就会从亮着变为熄灭。

这个程序的开头有一些常量，它们与变量类似，用于存储信息。然而，正如你所知常量在整个程序中不会改变，因此非常适合用于存储引脚号。它们占用的内存空间比变量少。

第36行将引脚2配置为输入模式，这样就可以接收按键的状态

在主循环中，digitalRead()函数检查引脚2的状态，该状态可能是5伏（即高电平HIGH）或接地（即低电平LOW），并将该状态存储在名为buttonState的变量中

第44行包含一个if()语句，它使用比较运算符执行条件判断，比如大于、小于，或者在这个例子中，是等于，用两个等号表示。如果满足条件，大括号内的代码将被执行，LED灯会亮起（HIGH）。如果不满足条件，else语句内的代码将被执行，LED灯会熄灭（LOW）。

静止状态下，开关的引脚之间没有连接。引脚2通过一个阻值较大的1万欧姆电阻连接到5伏电压上，当按下按键时，开关引线被连接，引脚 2 无需电阻即可接地。由于电流会走最小阻抗的路径，引脚会强烈感知到与地线的连接，并忽略与较弱的1万欧姆电阻与5伏电压的连接。但当没有其他信号时，比如没有按下开关，引脚只能感知到与5伏电压的较弱的连接。

所以这个电阻将引脚上拉到5伏电压，因此，它被称为上拉电阻。如果没有连接上拉电阻，引脚2在按键按下之前将不会连接到任何地方，这被称为浮动引脚，可能会产生来自静电和电磁干扰的随机噪声。

同样地，电阻还可以用来将一个引脚连接到地线，这被称为下拉电阻。然后，你可以将按键的另一侧连接到电源，而不是地线。

所以，要改变按键的功能，可以通过改变电路的布线或者改变代码这两种方式实现，但千万不要同时做这两件事！在这种情况下，后者更简便，但并不总是如此。

接着，编辑第43行和第44行的if()语句和它的注释，将其中的HIGH改为LOW，然后将更新后的代码上传到开发板上，检查按键是否现在可以将LED灯打开而不是关闭。

Arduino的很多引脚都内置了上拉电阻，芯片内的微小电阻就是为了这个目的而设计，在设置中可以启用内置的上拉电阻，这样就不再需要面包板上额外的电阻了。

你也可以使用串口监视器，它是一种通过USB线向计算机报告来检查代码中不同位置信息的方式。要了解其工作原理，请至 Arduino 软件中的File> Examples> 01 Basics> DigitalReadSerial，然后将示例程序上传到您的 Arduino。

为了建立串口连接，你要在设置中使用Serial.begin()函数，9600是波特率，表示每秒传输的数据位数。

在主程序循环内，可以使用Serial.print()函数将信息发送到串口。Serial.println()的作用与Serial.print()类似，但会在新的一行上。

代码中第27行将当前按键状态的值加到串行端口。

所以，当串口监视器打开时，可以实时查看Arduino在引脚2上检测到的值。串口监视器在故障排查时非常有用，可以轻松地对比预期结果和Arduino实际执行情况。

你还可以使用串口通信来在设备之间进行通讯等更多功能，详情请参阅Arduino参考文档。

接下来，将使用模拟输入将信息发送到 Arduino 板。这些A开头的引脚，位于数字输入输出引脚的对面，这些特殊引脚连接到Arduino的模拟数字转换器（ADC）。它能将介于0伏到5伏之间的模拟信号转换为从0到1023范围内的数字。

要创建该模拟信号，可以使用可变电阻器，该电阻器在受到作用时会改变其电阻值。例如，您可以转动电位计上的旋钮，按下或弯曲力敏电阻器 (FSR)，或改变光敏电阻器的曝光量。

将一个小型的电位器，插在面包板的三行上，外侧的引脚与电源和地线相连，中间引脚连接到模拟引脚A0。

将一个LED连接到引脚9，这样就可以使用脉宽调制（PWM）来控制LED的亮度。

在 Arduino 软件的 03 Analog> AnalogInOutSerial 可找到该电路的内置示例代码。

上传代码后，打开串口监视器，同时观察LED灯在转动电位器上的旋钮时的状态。模拟输入读取的值将会在第一列，LED灯的亮度值将会在第二列。

这个示例程序在第39行使用了map()函数，它将一个数字范围映射到另一个数值范围。它有五个参数，包括：可改变的值、当前范围的下限、当前范围的上限、目标范围的下限，以及目标范围的上限。因此这行代码将一个名为outputValue的变量，设置为一个0到255之间的数字，具体取决于电位器的位置。

第44到47行的串口打印命令列出文本标签（位于引号内的内容），以及从传感器输入的值和输出到LED的值。

通过同时在串口监视器上查看这些值，可以更好地理解像map()这样的函数是如何工作的。在编写你自己的代码时要牢记这一点！

有许多传感器的工作方式类似数字开关或模拟输入，因此可以使用刚刚讲解的相同代码。比如，你可将按钮替换成红外传感器，或者将电位器替换成光敏电阻。

如果你有看上一期的介绍并且走到了这一步，那么你现在已经掌握了大多数Arduino程序的基本构建模块。当你进行项目设计时，问问自己输入是什么，输出是什么，以及它们是模拟的还是数字的。然后你可以相应地混合使用内置示例，并开始你的原型设计。Arduino 还有更多内置示例，让您慢慢探索，脑洞大开，成就更多创意诞生。

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、简单程序设计等，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 等知名媒体报导过。她创建了数百个关于技术和手工制作的线上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：

掌握Arduino基本输入/输出的方法使设计者能够构建交互式、响应式的系统原型，从而更直观地理解和测试设计概念，并有助于设计者优化原型的功能和性能，提升原型的用户体验，也为原型的后续开发和迭代提供了坚实的基础。看了本期内容，您有哪些想法或疑问？欢迎留言，分享交流！

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