Arduino Yun的硬件介绍Arduino Yun快速入门教程大学霸

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Arduino Yun的硬件

前面也说过，Yun可以看做是拥有网络功能的Leonardo。更专业点来说它集Arduino Leonardo、Arduino Ethernet Shield和Arduino WIFI Shield的功能于一体。额，原谅笔者又把大家带偏了，我们回到正题。

本节的内容是介绍Arduino Yun的硬件，至于为何要介绍硬件，笔者认为是Arduino的开发不同于软件开发。Arduino是微控制器，它的核心是同各种外设之间交互。这种交互包括从外设读取数据以及向外设写入数据，而这基于的就是Arduino版上的两排插口，如图1.1所示。

图1.1  Arduino Yun上的插口

此时，你应该拿起板子看看这些插座，同时应该注意到了这些插座上的贴纸，如图1.2和1.3所示。

图1.2  Arduino Yun右侧的插座

图1.3  Arduino Yun左侧的插座

从图中或者手中的Arduino板子可以看到，这些标记名称各异，这就表明了他们可能有不同的作用，事实确实是这样。所以，本节的核心部分就是介绍这些插座的功能，其余部分则是介绍其他组件。当然，本着“四肢发达，头脑简单”的原则，我们先介绍板子上的大块头，然后再介绍这些“浓缩就是精华”插座。

1.4.1  主要部件

Yun的主要部件如图1.4所示。

 

图1.4  Arduino Yun的主要部件

在Yun小小的板子上集成了两颗处理器。一个是ATmega32u4（标号6），它是Arduino端的控制器，与连接的是MicorUSB（标号8）和两排数据插座以及ICSP头（标号4）。另一个处理器在标号3部分，与它相连的是网络接口（标号1）、USB host（标号7）以及WIFI（标号2）。下面依次介绍各个标号部分的作用：

q  网络接口（标号1）：RJ45接口，即我们常见的有线网络接口，它用来连接有线网络；

q  WIFI模块（标号2）：WIFI模块，用于连接无线网络；

q  AR9331处理器（标号3）：Linux端的处理器，它运行的是基于Linux系统OpenWrt-Yun，它的作用是执行一些Linux端的命令；

q  ICSP头（标号4）：它通常用来调试ATmega32u4。通常向ATmega32u4上传程序是通过MicroUSB，当引导部分损坏后，就需要使用ICSP来重建引导。当然有些盾板也使用它来传输数据；

q  指示灯组（标号5）：对应的指示灯有不同的功能，这在1.4.2中介绍；

q  ATmega43u4（标号6）：Arduino端的处理器，它主要控制Yun上的两排插座，之后编程的主要部分就是针对它；

q  USB Host（标号7）：可以连接各种使用这种接口标准的设备，例如摄像头；

q  MicroUSB（标号8）：功能包括为整个板子提供电源和为ATmega32u4编程。

1.4.2  指示灯组

指示灯组的放大图如图1.5所示。

 

图1.5  指示灯组

各个指示灯对应的功能如下：

q  RX：对应于0号端口，串行通讯的接收指示，在接收数据时闪烁；

q  TX：对应于1号端口，串行通讯的发送提示，在发送数据时闪烁；

q  L13：连接在13号端口，当13号端口为高电平时被点亮；

q  WAN：有线网络连接指示，在网线有数据交换的时候点亮；

q  ON：电源指示；

q  WLAN：WIFI指示，同时也可以用来在Linux端复位时指示进度；

q  USB：表示USB口已经可用，通常在OpenWrt-Yun完全启动后点亮。

1.4.3  3个复位按钮

三个复位按钮的位置如图1.6所示。

 

图1.6  3个复位按钮的位置

这三个复位按钮的作用分别如下：

q  32U4 RST（标号1）：用来复位ATmega32U4微处理器，它里面的程序（在Arduino中被称为Sketch）会重新运行；

q  YUN RST（标号2）：用来复位AR9331微处理器，导致的结果是Linux系统重启，在RAM中的数据都会丢失；

q  WLAN RST（标号3）：这个复位按钮有两个功能：将WIFI恢复出厂设置和将Linux image恢复出厂设置。要将WIFI恢复出厂设计需要将按钮按下5秒，此时WLAN LED会持续闪烁到释放按钮后的5秒，之后则表示恢复完成。重置Linux image则需要按下按钮30秒，在重置后，所有安装的软件及存储的数据都会丢失。这两种重置都会导致Linux系统重启。

1.4.4  电源插座

Arduino Yun有两排插座，这些插座可以按类型分为三类：电源、数字IO和模拟输入。电源部分主要集中在如图1.7所示的部分。

 

图1.7  电源集中部分

还有两个在如图1.8所示的位置。

 

图1.8  电源部分

下面我们介绍对应图中的各个名称及其含义：

q  3个GND：接地，他们虽然分布在不同的位置，但是功能都一样；

q  Vin：电源输入，通过它可以为整个板子供电，类似MicroUSB的供电功能，但是需要注意这个端口会绕过保护电路，如果过压则会毁坏板子。所以，对自己的实力没有信心时候不要使用这种方式。通常。USB供电已经能满足绝大部分的需求了；

q  5V：5V电源输出，这是绝大部分芯片使用的电压；

q  3.3V：3.3V电压输出，有些芯片需要使用这个电压，但注意它最大可以提供50ma的电流；

q  RESET：重置ATmega32u4，它通常被盾板使用；

q  IOREF：操作参考电压，它被盾板用来选择操作电压（3.3V或者5V）；

q  AREF：模拟操作的参考电压，它用作模数转换（模拟和数字信号间的转换）。模拟输入口提供10bit的分辨率也就是1024个不同的值（2的10次方）。假设AREF为5V而输入为2.5V，那么模数转换的结果就是1024*(2.5/5)=512；如果AREF为10V则同样的输入2.5V转换结果则为256。

1.4.5  数字IO

数字IO即为数字信号的输入输出，所有20个端口都可以作为数字IO，它们主要分布在两个部分，如图1.9和1.10所示。

 

图1.9  数字IO部分

 

图1.10  数字IO部分

数字IO用来交换数字信号，数字信号只有高低两个状态。计算机中处理的数据就是数字信号、包括文本、视频、图像。在Arduino的周边设备中，数字设备有开关，LED点阵以及集成电路。

1.4.6  模拟输入

模拟IO与数字IO对应，它用来交换模拟信号，模拟信号是连续变化的。最常的模拟信号的例子是室内温度、湿度，它们的变化是连续的不会发生突变。模拟输入接受连续变化的电压输入，Yun有12个模拟输入，其中6个集中在如图1.11所示的部分。

 

图1.11  模拟输入

其余6个复用4、6、8、9、10和12，如图1.12所示。

 

图1.12  模拟输入

模拟输入的在使用时可以使用前置的A标识，即12个模拟输入端口可以通过A0~A11标识。其中，A0~A5对应图1.11中的A0~A5；A6~A11则对应4（A6）、6（A7）、8（A8）、9（A9）、10（A10）和12（A11）。

1.4.7  PWM

PWM是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制）的首字母缩写。它使用微处理器的数字输出来控制模拟电路，也就是说它用数字信号模拟模拟信号。例如，PWM这可以驱动扬声器发出不同音调的声音。具有PWM的插座非常容易区分，它们的端口号后都带有“~”符号，如图1.13所示。

 

图1.13  PWM口

从图中可以看出，它们分别是3、5、6、9、10和11号端口，共6个。

1.4.8  Serial

Serial即串口，它复用0和1号端口，0作为接收端而1作为发送端，这从图1.14中的箭头方向可以看出来。

 

图1.14  SerialArduino Yun的硬件介绍Arduino Yun快速入门教程大学霸

向下的箭头则表示数据进入端口，而向上箭头则表示数据从端口发出。

1.4.9  TWI

TWI是Two-Wire Interface的首字母缩写，它实现的功能与I²C（Inter-Integrated Circuit）总线一样，但由于I²C受版权保护、已注册商标，所以Atmel以TWI来表示它。这种方式只需要两条线即可工作：SDA（串行数据）和SCL（串行时钟）。在Arduino Yun中，它们复用2和3号端口即2号端口作为SDA，3号作为SCL。

1.4.10  SPI

SPI是Serial Peripheral Interface的首字母缩写，它是一种同步串行外设接口，它使用的是ICSP头（图1.4中的标号6）。

1.4.11  外部中断

中断可以使处理器更高效地运行。Yun有5个外部中断，他们分别复用3、2、0、1和7号端口。关于中断细节将在第4章进行介绍，这里就不再赘述。

1.4.12  两个微处理器的规格

因为Yun有两个微处理器，所以分别使用两个表格来列出他们的规格。AVR Arduino微控制器的规格如表1.1所示，Linux微处理器的规格如表1.2所示。

表1.1  AVR Arduino微处理器规格Arduino Yun的硬件介绍Arduino Yun快速入门教程大学霸

微控制器	ATmega32u4
操作电压	5V
输入电压	5V
数字IO口	20
PWM通道	7
模拟输入通道	12
IO口最大供电流	40 mA
3.3V口最大供电电流	50 mA
闪存	32 KB (4KB用作启动引导)
SRAM	2.5 KB
EEPROM	1 KB
时钟频率	16 MHz

这里我们需要注意的参数是“IO口最大供电流”和“3.3V口最大供电电流”。如果超过这些最大值，则有可能损坏板子。所以通常情况下不要使用IO口驱动继电器、直流电机等大功率器件。

表1.2  Linux微处理器规格

处理器型号	Atheros AR9331
架构	MIPS @400MHz
操作电压	3.3V
有线网络接口	IEEE 802.3 10/100Mbit/s
WiFi网络接口	IEEE 802.11b/g/n
USB A型口	2.0 Host
读卡器r	Micro-SD
RAM	64 MB DDR2
闪存	16 MB
长度	73 mm
宽度	53 mm
重量	32 g

对于Linux未处理我们需要注意的参数就是“闪存”的容量，16MB的容量就限制了它不可以存储太多的多媒体文件，但是安装一些常用的软件还是足够的。Arduino Yun的硬件介绍Arduino Yun快速入门教程大学霸