1.2 Arduino开源硬件
本节主要介绍Arduino开源硬件的各类开发板和扩展架的使用方式、Arduino开发板的特点以及Arduino开源硬件的总体情况，便于更好地应用Arduino开源硬件进行开发创作。
1.2.1 Arduino开发板
Arduino开发板是基于开放原始代码简化的I/O平台，但是使用类似Java、C/C++语言的开发环境，可以快速使用Arduino语言与Flash或Processing软件，完成各类创新作品。Arduino开发板可以使用各类电子器件，如传感、显示设备、通信设备、控制设备或其他可用设备。
Arduino开发板也可以独立使用，成为与其他软件沟通的平台，如Flash、Processing、Max/MSP、VVVV或其他互动软件。Arduino开发板的种类好多，包括ArduinoUNO、YUN、DUE、Leonardo、Tre、Zero、Micro、Esplora、MEGA、Mini、NANO、Fio、Pro及LilyPadArduino。随着开源硬件的发展，将会出现更多的开源产品。下边介绍几种典型的Arduino开发板。
ArduinoUNO是ArduinoUSB插口系列的常用版本，是Arduino平台的参考标准模板，如图1-1所示。ArduinoUNO的处理器核心是ATmega328，具有14个数字I/O引脚（其中6个可作为PWM输出）、6个模拟输入引脚、1个16MHz晶体振荡器、1个USB插口、1个电源插头、1个ICSP插座和1个复位按键。
如图1-2所示，ArduinoYUN是一款基于ATmega3232UU4和AtherosAR9331的开发板。AtherosAR9331可以运行基于Linux和OpenWRT的操作系统Linino。这款单片机开发板具有外置的Ethernet、WiFi、1个USB插口、1个Micro插孔、20个数字I/O引脚（其中7个可以用于PWM、12个可以用于模数转换）、1个MicroUSB插口、1个ICSP插座和3个复位开关。
图1-1 ArduinoUNO
图1-2 ArduinoYUN
如图1-3所示，ArduinoDUE是一块基于AtmelSAM3X8ECPU的微控制器板。它是第一块基于32位ARM核心的Arduino开发板，有54个数字I/O引脚（其中12个可用于PWM输出）、12个模拟输入引脚、4个UART硬件并口、84MHz的时钟频度、1个USBOTG插口、2个数模转换、2个TWI、1个电源插头、1个SPI插口、1个JTAG插口、1个复位按钮和1个擦写按钮。
如图1-4所示，ArduinoMEGA2560开发板也是采用USB插口的核心开发板，它的最大特征就是具有多达54个数字I/O引脚，非常适宜须要大量I/O引脚的设计。ArduinoMEGA2560开发板的处理器核心是ATmega2560，具有54个数字I/O引脚（其中16个可作为PWM输出）、16个模拟输入、4个UART插口、1个16MHz晶体振荡器、1个USB插口、1个电源插头、1个ICSP插座和1个复位按键。ArduinoMEGA2560开发板也能兼容为ArduinoUNO设计的扩易拉宝。目前，ArduinoMEGA2560开发板早已发布到第3版。与前两版相比，第3版有以下新的特性。
图1-3 ArduinoDUE
图1-4 ArduinoMEGA2560
（1）在AREF处降低了两个引脚SDA和SCL，支持I2C插口；降低IOREF和1个预留引脚，便于将来扩易拉宝才能兼容5V和3.3V核心板；改进了复位电路设计；USB插口芯片由ATmega1616UU2取代ATmega8U2。
（2）第3版可以通过三种形式供电：外部直流电源通过电源插头供电；电瓶联接电源联接器的GND和VIN引脚供电；USB插口直接供电。并且，它能手动选择供电形式。
电源引脚说明如下。
VIN：当外部直流电源接入电源插头时，可以通过VIN向外部供电，也可以通过此引脚向ArduinoMEGA2560开发板直接供电；VIN供电时将忽视从USB或则其他引脚接入的电源。
5V：通过稳压器或USB的5V电流，为ArduinoMEGA2560开发板上的5V芯片供电。
3.3V：通过稳压器形成的3.3V电流，最大驱动电压为50mA。
GND：接地引脚。
如图1-5所示，ArduinoLeonardo是一款基于ATmega3232UU4的开发板。它有20个数字I/O引脚（其中7个可用作PWM输出、12个可用作模拟输入）、1个16MHz晶体振荡器、1个MicroUSB联接、1个电源插头、1个ICSP头和1个复位按键。它具有支持微控制器所需的一切功能，只需通过USB线缆将其连至计算机，或则通过电源适配器、电池为其供电即可使用。
Leonardo与以前的所有开发板都不同，ATmega3232UU4具有外置式USB通讯，因而无须二级处理器。这样，不仅虚拟(CDC)串行／通讯端口，Leonardo还可以充当计算机的键盘和鼠标，它对开发板的性能也会形成影响。
如图1-6所示，ArduinoEthernet是一款基于ATmega328的开发板。它有14个数字I/O引脚、6个模拟输入、1个16MHz晶体振荡器、1个RJ45联接、1个电源插头、1个ICSP头和1个复位按键。引脚10、11、12和13只能用于联接以太网模块，不能用作他用。可用引脚只有9个，其中4个可用作PWM输出。
图1-5 ArduinoLeonardo
图1-6 ArduinoEthernet
ArduinoEthernet没有板载USB转并口驱动器芯片，并且有1个WIZnet以太网插口，该插口与以太扩展架相同。板载microSD优盘可用于储存文件，还能通过SD库进行访问。引脚10留作WIZnet插口，SD卡的SS在引脚4上。引脚6串行编程头与USB并口适配器兼容，与FTDIUSB线缆、SparkFun和AdafruitFTDI式基本USB转并口分线板也兼容。它支持手动复位，因而无须按下开发板上的复位按键即可上传程序代码。当插入USB转并口适配器时，ArduinoEthernet由适配器供电。
图1-7 ArduinoRobot
ArduinoRobot是一款有轮子的Arduino开发板，如图1-7所示。ArduinoRobot有控制板和马达板，每位开发板上都有1个处理器，共2个处理器。马达板控制马达，控制板读取传感的数据并决定怎么操作。每位开发板都是完整的Arduino开发板linux格式化命令，用ArduinoIDE进行编程。直流马达板和控制板都是基于ATmega3232UU4的开发板。ArduinoRobot将它的一些引脚映射到板载的传感和刹车器上。
ArduinoRobot编程的步骤与ArduinoLeonardo类似，2个处理器都有外置式USB通讯，无须二级处理器，可以充当计算机的虚拟(CDC)串行／通讯端口。ArduinoRobot有一系列预点焊联接器，所有联接器都标明在开发板上，通过ArduinoRobot库映射到指定的端口上，因而可使用标准Arduino函数。在5V电流下，每位引脚都可以提供或接受最高40mA的电压。
图1-8 ArduinoNANO
如图1-8所示，ArduinoNANO是一款精巧、全面、基于ATmega328的开发板，与ArduinoDuemilanove的功能类似，但封装不同，没有直流电源插头且采用Mini-BUSB线缆。ArduinoNANO开发板上的14个数字引脚都可用作输入或输出，借助函数pinMode（）、digitalWrite（）和digitalRead（）可以对它们操作。工作电流为5V，每位引脚都可以提供或接受最高40mA的电压，都有1个20~50kΩ的内部上拉内阻器（默认情况下断掉）。ArduinoNANO有8个模拟输入，每位模拟输入都提供10位的码率（即1024个不同的数值）。默认情况下，它们的电流为0~5V，可以借助函数analogReference（）改变其电流范围的上限值。模拟引脚6和7不能用作数字引脚。
1.2.2 Arduino扩易拉宝
在Arduino开源硬件系列中，不仅主要开发板之外，还有与之配合使用的各类扩易拉宝，可以插到开发板上降低额外的功能。选择适宜的扩易拉宝，可以提高系统开发的功能。常见的扩易拉宝有ArduinoEthernetShield、ArduinoGSMShield、ArduinoMotorShield、Arduino9AxesMotionShield等。
ArduinoEthernetShield（以太网扩易拉宝）如图1-9所示linux usb 转串口驱动，有1个标准的有线RJ45联接，具有集成式线路变压器和以太网供电功能node.js安装linux，可将Arduino开发板联接到互联网。它基于WIZnetW5500以太网芯片，提供网路(IP)堆栈，支持TCP和UDP合同，可以同时支持8个套接字联接，使用以太网库写入程序代码。
以太网扩易拉宝借助贯串扩易拉宝的长绕线排与Arduino开发板联接，保持引脚布局完整无缺，便于其他扩易拉宝堆叠其上。它有1个板载micro-SD卡槽，可用于储存文件，且与ArduinoUNO开发板和ArduinoMEGA开发板兼容linux usb 转串口驱动，可通过SD库访问板载micro-SD优盘。以太网扩易拉宝带有1个供电(PoE)模块，可从传统的5类线缆获取电力。
ArduinoGSMShield如图1-10所示，为了联接蜂窝网路，扩易拉宝须要一张由网路营运商提供的SIM卡。它通过联通通讯网将Arduino开发板联接到互联网，可拨通／接听语音电话和发送／接收SMS信息。
图1-9 ArduinoEthernetShield
图1-10 ArduinoGSMShield
GSMShield采用Quectel的无线调制译码器M10，借助AT命令与开发板通讯。GSMShield借助数字引脚2、3与M10进行软件串行通讯，引脚2联接M10的TX引脚，引脚3联接M10的RX引脚，调制混频器的PWRKEY引脚联接引脚7。
M10是一款四频GSM/GPRS调制译码器，其工作频度分别为GSM850MHz、GSM900MHz、DCS1800MHz和PCS1900MHz。它通过GPRS联接支持TCP/UDP和HTTP。其中GPRS数据下行链路和上行链路的最大传输速度为85.6Kb/s。
ArduinoMotorShield如图1-11所示，用于驱动电感负载（如熔断器、螺线管、直流和步进电动机）的双全桥驱动器L298。ArduinoMotorShield可以驱动2个直流马达，并能独立控制每位马达的速率和方向。因而，它有2条独立的通道，即A和B，每条通道使用4个开发板引脚驱动或感应马达，所以ArduinoMotorShield使用的引脚共8个。它除了可以单独驱动2个直流马达，也可以将它们合并上去驱动1个双极步进马达。
Arduino9AxesMotionShield如图1-12所示。它采用美国博世传感技术有限公司推出的BNO055绝对方向传感。这是一个使用系统级封装，集成三轴14位加速计、三轴16位陀螺仪、三轴地磁传感，并运行BSX3.0FusionLib软件的32位微控制器。BNO055在三个垂直的轴上具有三维加速度、角速率和磁场强度数据。
图1-11 ArduinoMotorShield
图1-12 Arduino9AxesMotionShield
另外，它还提供传感融合讯号，如四元数、欧拉角、旋转矢量、线性加速度、重力矢量。结合智能中断引擎，可以基于慢动作或误动作辨识、任何动作（斜率）测量、高g检查等项触发中断。
Arduino9AxesMotionShield兼容UNO、YUN、Leonardo、Ethernet、MEGA和DUE开发板。在使用Arduino9AxesMotionShield时，要按照使用的开发板将中断桥和重置桥钎焊在正确的位置。
