Arduino的詳細介紹（基於Mega2560）
很早之前入手了一塊Arduino Mega2560，當時只是認為其操作簡單且更加人性化，開源方便，想了解了解。最新搞專案想用Arduino試試控制8路舵機，但網上找的Servo庫大多說只支援9，10介面，很是惱火（資料怎麼寫就怎麼搬，到底是不是隻支援9，10介面有幾個知道？又有幾個知道為什麼？）。
另外本人長期逛各種論壇，發現國內民間創客極客水平還是普遍低下的，Arduino雖說開源但國內確實找不到多少參考資料，這無形之中成了小小的阻礙，於是本人花了點時間為廣大Arduino愛好者整理翻譯此份資料，一是想豐富網上資源，二是以一種更加簡便的方式帶部分人入門。瞭解原理才能談創意，不求甚解只能做個小玩家。
瞭解Arduino的最好平臺當然是官網，我相信官網肯定不會遺漏自己產品最有特色的東西，因此以它為參考絕對沒錯。另外，必要部分輔助以百科，以及各位廣大親愛博友的資料（就不一一列舉了，在此謝過）。本文以Arduino Mega 2560為基礎解釋，其他板子都差不多。
一：概述
Arduino Mega 2560是基於ATmega2560的微控制板，有54路數字輸入/輸出埠（其中15個可以作為PWM輸出），16路模擬輸入埠，4路UART串列埠，16MHz的晶振，USB連線口，電池介面，ICSP頭和復位按鈕。簡單地用USB連線電腦或者用交直流變壓器就能使用。
Mega 2560 是Arduino Mega系列的升級版。Mega 2560與之前的板子（最大）不同在於：它沒用FTDI USB-to-serial驅動晶片，而是用ATmega16U2程式設計作為USB-to-serial傳輸器（V1版本使用8U2）。
總結如下：
| 控制器 | ATmega2560 |
| 工作電壓 | 5V |
| 輸入電壓（推薦） | 7-12V |
| 輸入電壓（限制） | 6-20V |
| 數字I/0口 | 54 (含15路PWM輸出) |
| 模擬輸入口 | 16 |
| 每個I/0口直流電流 | 40 mA |
| 3.3v口直流電流 | 50 mA |
| 快閃記憶體（Flash Memory） | 256 KB（其中8 KB用作bootloader） |
| 靜態儲存器（SRAM） | 8 KB |
| EEPROM | 4 KB |
| 時鐘 | 16 MHz |
二：電源
這部分就不說了，涉及3.3v和5v供電。
三：儲存器
ATmega2560有256k的快閃記憶體可儲存程式（其中8kb用作bootloader），有8kb的SRAM和4kb的EEPROM（可使用進行讀寫）。
（1）RAM
隨機存取儲存器（英文：random access memory，RAM）又稱作“隨機儲存器”，是與CPU直接交換資料的內部儲存器，也叫主存(記憶體)。它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為作業系統或其他正在執行中的程式的臨時資料儲存媒介。儲存單元的內容可按需隨意取出或存入，且存取的速度與儲存單元的位置無關的儲存器。這種儲存器在斷電時將丟失其儲存內容，故主要用於儲存短時間使用的程式。 按照儲存資訊的不同，隨機儲存器又分為靜態隨機儲存器（英文：Static RAM，SRAM)和動態隨機儲存器（英文Dynamic RAM，DRAM)。
SRAM不需要重新整理電路即能儲存它內部儲存的資料。而DRAM（Dynamic Random Access Memory)每隔一段時間，要重新整理充電一次，否則內部的資料即會消失，因此SRAM具有較高的效能，但是SRAM也有它的缺點，即它的整合度較低，相同容量的DRAM記憶體可以設計為較小的體積，但是SRAM卻需要很大的體積，且功耗較大。所以在主機板上SRAM儲存器要佔用一部分面積。SRAM的速度快但昂貴，一般用小容量的SRAM作為更高速CPU和較低速DRAM 之間的快取（cache）。
（2）EEPROM
帶電可擦可程式設計只讀儲存器--一種掉電後資料不丟失的儲存晶片。 EEPROM 可以在電腦上或專用裝置上擦除已有資訊，重新程式設計。一般用在即插即用。EEPROM的擦除不需要藉助於其它裝置，它是以電子訊號來修改其內容的，而且是以Byte為最小修改單位，不必將資料全部洗掉才能寫入，徹底擺脫了EPROM Eraser和程式設計器的束縛。（3）快閃記憶體（Flash Memory），EEPROM的變種：
在斷電情況下仍能保持所儲存的資料資訊分為NOR型與NAND型快閃記憶體（NAND型更為普遍常見，一般說的是NAND型）：記憶體和NOR型快閃記憶體的基本儲存單元是bit，使用者可以隨機訪問任何一個bit的資訊。
而NAND型快閃記憶體的基本儲存單元是頁（Page）。每一頁的有效容量是512位元組的倍數。 NAND型快閃記憶體以塊為單位進行擦除操作（一塊一塊地擦）。快閃記憶體的寫入操作必須在空白區域進行，如果目標區域已經有資料，必須先擦除後寫入，因此擦除操作是快閃記憶體的基本操作。一般每個塊包含32個512位元組的頁，容量16KB；而大容量快閃記憶體採用2KB頁時，則每個塊包含64個頁，容量128KB。
簡言之，RAM資料斷電不可儲存，因而常用於CPU與外設之間做快取用；EEPROM掉電資料不丟失，用於程式設計讀寫使用；有時由於需要改寫的資料量比較大，因而在EEPROM基礎上出現了Flash Memory（NAND型）。我們編寫好程式之後就是在bootloader引導下下載到Flash Memory裡面的（因為每次程式下載都有重新重新整理一個區域塊來儲存下載的程式，因而使用Flash Memory）。我相信新手對各種儲存器都會有一定了解了。四：輸入輸出
54路介面都可作為輸入輸出，並使用pinMode(), digitalWrite()和digitalRead()（點選看詳細介紹）功能。5v電壓操作，每個介面的電流最大40mA並且介面有內建20-50千歐的上拉電阻。另外，有的介面有特殊功能。
Serial（串列埠）：
Serial 0：0 (RX) and 1 (TX);
Serial 1: 19 (RX) and 18 (TX);
Serial 2: 17 (RX) and 16 (TX);
Serial 3: 15 (RX) and 14 (TX).
一共四組串列埠。其中Serial0也被連線到Tmega16U2 USB-to-TTL Serial晶片（上文有介紹，我們USB連線電腦用的就是這個串列埠）。RX接收資料，TX傳輸資料。
External Interrupts（外部中斷）:
2 (interrupt 0),
3 (interrupt 1),
18 (interrupt 5),
19 (interrupt 4),
20 (interrupt 3),
21 (interrupt 2)。
每個引腳都可配置成低電平觸發，或者上升、下降沿觸發。詳見功能。
PWM（脈衝調製）:
2~13口；
44~ 46口。
提供8位PWM輸出。由 功能實現。
SPI（序列外設介面）:
50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS)。使用庫實現。
SPI匯流排系統是一種同步序列外設介面，它可以使MCU與各種外圍裝置以序列方式進行通訊以交換資訊。外圍設定FLASHRAM、網路控制器、LCD顯示驅動器、A/D轉換器和MCU等。SPI匯流排系統可直接與各個廠家生產的多種標準外圍器件直接介面，該介面一般使用4條線：序列時鐘線（SCLK）、主機輸入/從機輸出資料線MISO、主機輸出/從機輸入資料線MOSI和低電平有效的從機選擇線CS（有的SPI介面晶片帶有中斷訊號線INT、有的SPI介面晶片沒有主機輸出/從機輸入資料線MOSI）。
SPI的通訊原理很簡單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個主裝置和一個或多個從裝置，需要至少4根線，事實上3根也可以（用於單向傳輸時，也就是半雙工方式）。也是所有基於SPI的裝置共有的，它們是SDI（資料輸入）、SDO（資料輸出）、SCLK（時鐘）、CS（片選）。
（1）MOSI– SPI匯流排主機輸出/ 從機輸入（SPI Bus Master Output/Slave Input）；
（2）MISO– SPI匯流排主機輸入/ 從機輸出（SPI Bus Master Input/Slave Output)；
（3）SCLK –時鐘訊號，由主裝置產生；
（4）CS – 從裝置使能訊號，由主裝置控制（Chip select），有的IC此pin腳叫SS。
其中CS是控制晶片是否被選中的，也就是說只有片選訊號為預先規定的使能訊號時（高電位或低電位），對此晶片的操作才有效。這就允許在同一總線上連線多個SPI裝置成為可能。
接下來就負責通訊的3根線了。通訊是通過資料交換完成的，這裡先要知道SPI是序列通訊協議，也就是說資料是一位一位的傳輸的。這就是SCLK時鐘線存在的原因，由SCK提供時鐘脈衝，SDI，SDO則基於此脈衝完成資料傳輸。資料輸出通過 SDO線，資料在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位資料傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時鐘訊號的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成8位資料的傳輸。在點對點的通訊中，SPI介面不需要進行定址操作，且為全雙工通訊，顯得簡單高效。在多個從裝置的系統中，每個從裝置需要獨立的使能訊號，硬體上比I2C系統要稍微複雜一些。
例：現有1，2號裝置支援SPI介面，則可以都掛到主控的SPI線上，之後如果要控制1號裝置，則由主控傳送CS=1號，選中1號裝置，那麼1號裝置就可以通過MOSI，MISO兩根線在SCLK時鐘控制下和主機進行通訊了。
LED：
13引腳。這是板上自帶的LED燈，高電平亮，低電平滅。
TWI：
20 (SDA) 和21 (SCL)。使用Wire library（點選檢視詳細介紹）實現功能。
模擬輸入：
Mega2560有16個模擬輸入,每個提供10位的解析度(即2^10=1024個不同的值)。預設情況下他們測量0到5v值。可以通過改變AREF引腳和analogReference() 功能改變他們變化範圍的上界。
AREF：是AD轉換的參考電壓輸入端（模擬口輸入的電壓是與此處的參考電壓比較的）。使用完成功能。例:
參考電壓是5V，AD精度是10位的，
在模擬輸入端輸入2.5V，AD轉換結果就是512（1024×（5/2.5））
Reset：低電平有效，不用多說了吧。
五：通訊
Arduino Mega2560提供4路UARTs通訊，即Serial通訊。資料通過ATmega8U2/ATmega16U2時候指示燈會閃爍（除了0和1口）。
使用可以使用Mega2560的任意數字介面通訊。Mega2560同樣支援TWI和SPI通訊。
六：程式設計
Mega2560使用Arduino IDE環境程式設計（這個相信再新的新手也知道）。事先在快閃記憶體（Flash Memory）裡燒入bootloader載入程式（上文介紹有8kb），這樣我們就可以每次下載程式了。它使用的是原始的STK500通訊協議。（bootloader一般使用C語言或者彙編編寫，考慮部分人的興趣，這裡也提供些資料：）。
你也可以繞過bootloader利用通過ICSP (In-Circuit Serial Programming)header來程式設計（這是採用額外程式設計器的方式，這種方式當然不贊成，很麻煩）。
The ATmega16U2（上面說的串列埠程式設計晶片，Mega2560的特色）韌體原始碼可以從獲得。ATmega16U2/8U2使用DFU bootloader下載，可以用以下方式啟用：1.V1版本的板子：連線板子後面的跳線（靠近義大利的地圖），之後重置ATmega8U2（1版本為這個晶片）。
2.V2及之後的版本：有個將8U2/16U2 HWB線連到地的電阻，它使板子很容易進入DFU模式，你之後可以使用 (Windows) 或者 (Mac OS X and Linux) 下載新的韌體。或者你可以使用額外的程式設計器通過ISP下載（跟上面跳過bootloader下載程式時的方法一樣，此方法高階啊）。具體參考：Seethis user-contributed tutorial for more information.
七：自動（軟體）復位：
不說了。
八：USB過流保護：
不說了，好的硬體設計應該這麼做。
九：物理特性和相容：也不說了，都是繼承和發展。