Arduino Mega2560和Teensy3.1开发板知识_jyqxerxes的博客-CSDN博客

安宇雨 - 随手采集
2021-04-15 13:29:33
随手采集
0000-未整理-等待研究

Arduino代码开源，库文件丰富，github上有许多现成代码。另外，Arduino IDE的官方自带的例程涵盖了各种模块的使用示例，当然library里也包括了各种例程所用模块的驱动程序，我们用的Si4464无线收发器就是在RadioHead库文件中的RH24.h头文件。

以前用过一些51单片机，当时没有认真学，不过还记得用Keil学习例程的时候，各种操作寄存器，或者自己编写一些功能简单的函数，虽然不难但开发效率不高，Arduino库文件基本都帮我们写好了常用的函数，就容易上手多了，但性能确实是不如stm32等单片机的。

1. Arduino Mega2560介绍

Arduino Mega 2560是基于ATmega2560的微控制板，核心处理器是avr，有54路数字输入/输出端口（其中15个可以作为PWM输出），16路模拟输入端口，4路UART串口，16MHz的晶振，USB连接口，电池接口，ICSP头和复位按钮。简单地用USB连接电脑或者用交直流变压器就能使用。

总结如下：

控制器

ATmega2560

工作电压

输入电压（推荐）

7-12V

输入电压（限制）

6-20V

数字I/0口

54 (含15路PWM输出)

模拟输入口

每个I/0口直流电流

40 mA

3.3v口直流电流

50 mA

闪存（Flash Memory）

256 KB（其中8 KB用作bootloader）

静态存储器（SRAM）

8 KB

EEPROM

4 KB

时钟

16 MHz

下面对我所学到的新知识做一个简单介绍，在我看来每一部分都是大学问，值得我去更深入的学习。

1.1 PMW

PWM就是脉冲宽度调制，也就是占空比可变的脉冲波形，脉宽调制(PWM)基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

PWM是一种调制方式，那么为什么会有这种方式存在？大家可能知道Arduino有模拟输入引脚，这些引脚是通过A/D转换操作的，而一般的数字引脚却只能输入HIGH或LOW电平，那么中间电平可否输出呢？比如2v的电平如何输出？于是PWM应运而生。PWM的高明之处在于：它输出的仍然是HIGH或者LOW电平，但可以间歇性周期性输出，则利用取平均值的方法，可以达到满意的输出效果。一个简单的例子：在0~5s内输出5v的电平，那么0~5s的平均电压就是5v，而倘若我在0~2.5s输出5v，在2.5~5s输出0v（占空比50%），那么这5s内平均电平就是2.5v，显然可以达到我们想要的效果。但仍有问题：倘若你的周期很长，就像上面例子所说，周期5s，点亮一个LED灯（LOW亮，HIGH灭），那么LED灯显然是前2.5s灭，后2.5s亮，显然达不到调灯暗亮的效果。但当周期被缩小之后比如20ms，这时候亮与灭只是很短时间内的事，肉眼根本看不到亮灭的变化，因而LED灯表现的就是亮度变暗。于是我们知道：PWM调制的周期一般比较短。PWM只是用数字输出替代模拟量输出，因此单方面还是不行的，这就要求我们的设备还要支持PWM的调制。（比如舵机等）。因而PWM的周期也不能任意短，还需要满足我们设备的调制要求。更多PWM的内容参考

http://blog.csdn.net/yibu_refresh/article/details/40891627

1.2 SPI（串行外设接口）:

50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS)。使用SPI library（点击看详细介绍）库实现，项目所用的RF24就是通过SPI驱动的。

SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。
SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线CS（有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI）。
SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（用于单向传输时，也就是半双工方式）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入）、SDO（数据输出）、SCLK（时钟）、CS（片选）。
（1）MOSI– SPI总线主机输出/ 从机输入（SPI Bus Master Output/Slave Input）；
（2）MISO– SPI总线主机输入/ 从机输出（SPI Bus Master Input/Slave Output)；
（3）SCLK –时钟信号，由主设备产生；
（4）CS – 从设备使能信号，由主设备控制（Chip select），有的IC此pin脚叫SS。
其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。
接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCLK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。
例：现有1，2号设备支持SPI接口，则可以都挂到主控的SPI线上，之后如果要控制1号设备，则由主控发送CS=1号，选中1号设备，那么1号设备就可以通过MOSI，MISO两根线在SCLK时钟控制下和主机进行通信了。

1.3 ICSP（在线串行编程）:

In-Circuit Serial Programming，这个可以查看arduino的原理图，六根线直接和MCU连着的，对应VCC，MISO，MOSI，SCK，GND和RESET，其实是烧写器利用串行接口给单片机烧写程序用的，因为arduino上面配了16U2等USB控制器，所以是通过USB口利用串口通信写程序，ICSP就很少用到。通道板上装的W5200以太网控制器，就是通过ICSP和Arduino互相通信的。

2. Teensy3.1介绍

图：teensy3.1

首先介绍一下AVR和ARM，其实我自己也不是很懂，百度的。

AVR单片机是1997年ATMEL公司挪威设计中心的A先生与V先生利用ATMEL公司的Flash新技术, 共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，是一种新型单片机，简称AVR。是一种RISC的单片机。它与51单片机、PIC单片机相比运行效率高很多、芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大、全部支持在线编程烧写(ISP、每个IO口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强、内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数转换器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；丰富的中断源等。主要现在使用的型号是ATMEGA8/16。

ARM不是单片机，准确来讲ARM是一种处理器的IP核。ARM公司本身不生产MCU，授权其他IC厂家使用ARM内核来做MCU。英国ARM公司开发出处理器结构后向其他芯片厂商授权制造，芯片厂商可以根据自己的需要进行结构与功能的调整，因此实际中使用的ARM处理器有很多种类，主要有三星、飞利浦、ATMEL、INTEL制造的几大类，功能与使用上均不相同。ARM处理器核还可以嵌入其他专用芯片中作为中央处理单元使用，例如飞利浦的MP3解码芯片就是采用ARM7核心的。ARM系列处理器很少集成片上硬件资源，更接近今天的处理器范畴，基本不被认为是单片机。

ARM架构比AVR新一些。AVR相当于ARM系列里面的M0至M3的能力。

关于teensy3.1的详细文档及官方资料，详见PJRC。https://www.pjrc.com/teensy/teensy31.html

在此简单介绍选用Teensy的原因：teensy是Arduino官方库文件中推荐的一款，他与Arduino软件和库文件兼容，因此同样的Mega2560程序，可以稍作修改或不加修改就可以直接应用于Teensy。

使Arduino支持Teensy烧录的方法是从PJRC网站下载TeensyduinoInstall.exe，然后将其安装到Arduino1.8.3的安装目录下即可。

简单看一下Teensy3.1/3.2的硬件：微控制器采用ARM架构的Cortex-M4，主频提升到了72MHz，Mega2560仅为16MHz。闪存依旧是256Kbytes，其实我们的程序烧完之后仅仅花了13%左右的ROM空间，因此是足够的。内存提升到了64KB，其实内存不够用才是换板子的主要原因，因为Mega2560的8Kbytes实在太小了。

硬件条件到此介绍结束，注：文中Mega2560的部分内容摘自Arduino的详细介绍(基于Mega2560)

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