1.2　Arduino内部结构

Arduino平台的基础就是AVR指令集的单片机，因此认清Arduino之前需要了解什么是单片机，以及它与个人计算机有什么不同。一台能够工作的计算机要有这样几个部分：中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）（进行运算、控制）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）（数据存储）、只读存储器（Read Only Memory Image，ROM）（程序存储）、输入/输出设备I/O（串行口、并行输出口等）。在个人计算机（Personal Computer，PC）中，这些部分被分成若干块芯片，安装在一个被称之为主板的印制线路板上。而在单片机中，这些部分全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片（单芯片）机。有一些单片机中除了上述部分外，还集成了其他部分，如模拟量/数字量转换（A/D）和数字量/模拟量转换（D/A）等。

Arduino是一个能够用来感应和控制现实物理世界的一套工具。它由一个基于单片机并且开放源码的硬件平台和一套为Arduino板编写程序的开发环境组成。Arduino可以用来开发交互产品，例如它可以读取大量的开关和传感器信号，并且可以控制各式各样的电灯、电机和其他物理设备。Arduino项目可以是单独运行的，也可以在运行时和计算机中运行的程序（例如Flash、Processing、MaxMSP）进行通信。Arduino板可以选择自己去手动组装或是购买已经组装好的，Arduino开源的集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）可以免费下载得到。

1.2.1　内部机理

图1-15是Arduino Uno的内部结构图。Leonardo与Arduino Uno相似，但其USB接口均已集成到微控制器芯片中。Due也类似，而其处理器工作电压为3.3V，不是5V。

图1-15　Arduino内部结构

在许多方面，Arduino确实比带有支持组件的微控制器芯片小很多。事实上，采用微处理器和一些外设在实验板上建立一台Arduino，或者以Arduino为原型创建设计一个印制电路板（Printed Circuit Board，PCB），都很容易实现。Arduino开发板能把很多事情变得很简单，最终任何Arduino的设计均可以转换成产品，而且要使用必需的微控制器芯片或者一些外设。举例来说，如果某个设计只用于编程目的，那么它可能不需要一个USB接口。这样用户可以在Arduino上编程，然后再将已经烧录好的芯片部署到PCD板的IC插座或实验电路板上。

1.2.2　AVR微控制器

Arduino家族开发板均使用由Atmel公司生产的微控制器。它们都具有类似的硬件设计原理，除了Due上的微控制器外，其他的都采用相似的设计。

1.2.3　Atmega 328

Atmaga 328是使用在Arduino Uno上的微控制器，其之前的版本是Duemilanove。事实上，第一块Arduino开发板采用的Atmega 168是Atmega 328的简化版，Atmega 168的储存器容量只有Atmega 328的一半。下面介绍Atmega 328的主要功能。

（1）高性能、低功耗AVR 8位微控制器。

（2）先进的RISC体系结构。

（3）高耐力非易失性内存段。

（4）微控制器的特殊功能。

（5）上电复位和可编程布朗出检测。

（6）内部校准的振荡器。

（7）外部和内部中断源。

（8）6个睡眠模式：空闲、模拟数字转换器（Analog to Digital Converter，ADC）降噪、电源保存、关闭、待机状态和待机扩展。

1.2.4　Atmega 2560

Atmega 2560用在Arduino Mega 2560和Arduino Mega ADK中。它的速度并不比其他的ATmega芯片快，但却拥有更大的储存空间（256KB内存、8KB SRAM和4KB EEPROM）和更多的I/O引脚。

1.2.5　AT91SAM3X8E

AT91SAM3X8E是Arduino Due的核心芯片。到目前为止，它比之前讨论过的所有芯片的运行速度都要快，其主频为84MHz，而非ATmega的16MHz。它拥有512KB的内存和96KB的SARM，该微控制器没有EEPROM。如果要永久保存数据，则需要提供额外的硬件，例如采用SD卡插座和SD卡，或者采用闪存，或采用EEPROM存储芯片。AT91SAM3X8E芯片本身拥有许多先进的功能，其中包括两个模拟输出，这让它可以使用音频发射器。