资深工程师教你如何用好用活示波器？

面包板和万用板怎么使用

聊一聊三种常用的Arduino开发板

今天继续由马克笔设计留学的程老师来给大家带来Arduino的相关知识，这次文章来聊一聊三种常用的Arduino开发板：Arduino Uno，Arduino Nano和Arduino Mega 2560。

Arduino可以通过面包板或者其他扩展板与发光二极管、LCD液晶显示屏、按钮、步进电机、舵机、温湿度传感器、距离传感器、压力传感器或其他能够输出数据或被控制的任何东西相连，也可以通过蓝牙、WiFi、Zigbee、NB-IoT等无线通信模块与其他设备进行无线连接，或者接入互联网。你也可以通过Arduino收集来自传感器的数据并上传到数据中心，然后根据数据中心下达的指令去控制与其相连的外围设备进行动作。

Arduino开发板有各种各样的型号，如Arduino Uno、Arduino Leonardo、Arduino101、Arduino Mega 2560、Arduino Nano、Arduino Micro、Arduino Ethernet、ArduinoYún、Arduino Due等。Arduino Uno是基于ATmega328p的单片机开发板，有14个数字输入/输出引脚(有6个可用作PWM输出)、6个模拟输入引脚、16 MHz晶振；Arduino Mega 2560是基于ATmega2560单片机开发板，有54个数字输入/输出引脚(有15个可用作PWM输出)、16路模拟输入、4个UART；Arduino Nano是基于ATmega328p的小型开发板，可以直接插在面包板上使用。

Arduino UNO R3

Arduino Uno以AVR单片机ATmega328p为核心，Arduino Uno R3开发板如下图所示，由于Arduino的硬件和软件都是开源的，所有关于Arduino的软硬件资源都可以从网上获得，因此，可以买到到大量的克隆板。甚至如果我们有兴趣，我们也可以使用官方原理图、PCB板图自己做一个。新手套件里给大家提供的就是这块板子，在之前的公众号文章里我已经介绍过很多关于这个板子的内容了，这里就不赘述了。《小白如何开始学习Arduino？》

Arduino Mega 2560

Arduino是一个系列，除了流行的Arduino UNO外，还有一些常用的开发板，Arduino Mega2560就是其中的一种。Mega和UNO的主要区别在于处理器，ATmega2560比ATmega328内存更大，外围设备更多。Mega的PCB也要大一些，但保持了和标准Arduino 接口的兼容，在右边增加了3个扩展插座，PCB的长度增加了约1英寸，电路其它部分基本和Arduino Uno是一样的，如下图所示，外形和功能几乎都兼容Arduino UNO。

Arduino Mega相较于Arduino UNO提供了更多IO口，它有54个数字输入/输出引脚(其中15个可用于PWM输出)、16个模拟输入引脚、4 UART接口、1个USB接口、1个DC接口、1个ICSP接口、1个16 MHz的晶体振荡器、1个复位按钮。如果你需要控制更多的传感器，需要同时连接更多的引脚，可以选择Arduino Mega 2560。

Arduino Nano

Arduino Nano是Arduino Uno的微型版本，去掉了Arduino Duemilanove/Uno的直流电源接口及稳压电路，采用Mini-B标准的USB插座。如下图所示，Arduino Nano的尺寸非常小，可以直接插在面包板上使用。

除了外观变化，Arduino Nano的其它接口及功能基本保持不变，控制器同样采用ATmega328 (Nano3.0)，具有14路数字I/O口(其中6路支持PWM输出)、8路模拟输入、1个16MHz晶体振荡器、1个mini-B USB口、1个ICSP header和1个复位按钮。Arduino Nano和Arduino Uno在使用上几乎没区别, 注意在IDE中选对开发板型号，另外，两种板子采用的USB接口芯片不同，Uno用的是ATmega16U2，Nano用的是FT232RL。由于两种板子用ATmega328的封装形式不同，Nano比Uno多了A6和A7两个引脚, 能够支持8路模拟输入。

当然，Arduino Nano也有两种版本，一种是带引脚可以直接插在面包板上的，另一种是不带引脚，需要我们把杜邦线剪开，露出丝串进板子上的孔里。就灵魂度这一层面来讲，不带引脚的板子比带引脚的板子更灵活，我们可以把几根线统一连在一个孔里，而带引脚的却不可以这样做。我们用Arduino Nano这块板子的目的一般就是缩小我们模型的体积，所以一般会选用不带引脚的板子。最终选择哪一块开发板去使用，我们需要根据自己的项目而定。

所有图片来源于 ***

文章作者：程雅秋
英国皇家艺术学院产品设计硕士
擅长产品服务系统设计、用户体验设计和硬件Arduino交互

如何测量低阻值器件

在博文Measuring Resistances Less Than 1Ohm<1> 中介绍了一种简便精确测量低阻器件的 *** 。通常情况下，一些器件的导通电阻非常小，比如低阻值的测电流电阻、导线电阻、开关电阻、保险丝、继电器以及点火器等等。下面给出了一些这样低阻值器件示例。

通常使用的万用表（无论是指针式还是数字式）当测量低于一欧姆电阻的时候就不准确了，甚至有的万用表对于小于10欧姆的电阻读数都有很大的跳动。这种情况，需要借助于四线低阻值欧姆表来精确测量。实际上，只要你的万用表可以精确测量到毫伏直流电压，便可以相当准确的测量低阻值电阻了。

▲ 一些低阻值的器件

01测量方案

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测量低阻器件所需要的设备：

• 可以测量V,mV和电阻的数字万用表；
• 220欧姆的电阻，或者其它阻值相近的电阻；
• 5V稳压电源（交流适配器，台式电源，或者7805稳压电路）
• 0.1uF, 10uF电容，以及面包板。

5V电源需要在测量过程中保持恒定，否则就会影响测量的精度。实际上，大部分带有稳压功能的电源都可以满足要求。

• 测量时，电路需要保持稳定，没有开关打开和闭合的动作；
• 使用不同尺寸和容量的电容来平滑工作电压；
• 选择22mA左右的工作电流，不要超过100mA，也不要小于5mA。

至于工作电压本身的准确性倒是不影响测量精度，任何在4.5V~5.5V范围内，只要保持恒定都能够得到不错的测量结果。

▲ 测量低阻值器件电路示意图

• 电源的+5V和GND连接到面板包的顶部和底部的双槽内；
• 上下各使用C1(0.1uF), C2(10uF)来对工作电源滤波；
• R1（220欧姆）是已知的电阻，连接在+5V和R2上；
• R2是被测低阻值电阻，连接R1至GND；

实际上上面的电路是一个简单的电压分压电路，流经R1，R2的电流相同。当测量R1，R2两端电压之后，便可以知道R2与R1的比值，进而可以计算出R2的阻值了。

上面是将被测电阻R2直接插在面包板上进行测量。可以使用鳄鱼嘴夹将R2引出面包板，并且可以测量其他器件（引线、表贴器件、点火器等）。

02已知电阻

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在前面测量方案中，R1是已知电阻。更好选用大功率、低温漂系数的电阻。通常情况下5%精度的电阻就可以满足要求。

根据欧姆定律，5V电压施加在220欧姆的电阻上，会产生0.114W（1/10W）的功率，形成热量消耗在R1上。当R1温度升高后，对于低温度系数（小于±50ppm）的阻值变化小于普通电阻（温度系数大于±100ppm）。所以，使用大功率（保证其温度变化小），低温度系数的稳定电阻R1是提高测量精度的关键。

选用1/2W的金属膜1%精度的220欧姆，温度系数为50ppm，或者3W,20ppm,220欧姆的绕线电阻都可以满足测量的需求。下面的测量实验中，采用了及其普通的5% 1/4W，350ppm，220Ω的碳膜电阻。

在将R1插入面包板之前，使用万用表测量它的阻值。不要在R1插到面包板之后再测量，这样会使得读数不准。

▲ 使用万用表读出R1的阻值

实际上，只要读数稳定，至于具体电阻的数值是多少并不会影响最终的测量结果。通常保证该阻值在200~240之间即可。

将测量的结果记录下来之后，再把R1接入面包板。

03测量样品

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为了验证测量电路的原理和测量过程的正确性，可以先从能够被万用表电阻精确测量的电阻测试起。比如可以先使用一个10欧姆的电阻作为R2进行测量。

打开5V电源，测量R1两端电压，比如在这里它的读数为4.7696V。

▲ 测量R1两端电压：4.7696V

由于R1比R2的阻值（10欧姆）大得多，所以在R1上的电压比较大，应该大于4.5V。

接着，测量R2两端电压，这个电压通常小于0.5V。所示选择万用表直流电压的毫伏档来测量。如果使用普通的伏特档位来测量，可能所获得电压数值精度会降低。大多数数字万用表都会包含有毫伏和伏特两个档位。

比如在下面的测量中，R2上的电压为216.64mV。

▲ 使用毫伏档位测量未知电阻R2上的直流电压

根据上面测量结果可以计算出R2的阻值。

这个结果符合实际情况。刚才测量的R2是一个5%精度的电阻，也就是说它的阻值应该在9.5~10.5欧姆之间。

▲ 直接使用万用表测量R2的阻值

如果直接使用万用表的电阻档，可以测量R2的阻值为9.9Ω，这与前面测量的结果相当的符合。

04测量一些常见的低阻值器件

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使用上述 *** 对本文一开始图中的低阻值器件进行测量。这些低阻值器件中有些已经是毫欧级别的电阻，使用万用表根本无法读出有效的阻值。

在测量的时候，测量R2电压的时候尽可能靠近器件管脚的根部，否则就会使得测量得到的电阻包含了器件引脚的电阻了。下面是测量的一些结果：

可以看到所有测量结果都在实际期望阻值范围内。

05改进

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将R1更换成更大功率更加稳定的绕线电阻，可以大大提高测量阻值的数量。在测量过程中，保持环境温度的稳定性也很重要。比如在白天高温下，和晚上低温下测量器件的阻值会相差1%左右。

对于碳膜电阻，具有较大的温度系数。在不同的温度下阻值相差较大。

为了提高测量精度，更好：

• 使用更高功率，低温度系数的电阻作为R1；
• 在测量前，更好等待两分钟使得测量器件达到热平衡，组织稳定后在进行测量。
• 
  

▲ 大功率低温度系数的绕线电阻

对于大功率、低温度系数的电阻在通常室温范围内，220欧姆的阻值通常变化不超过十分之一欧姆。

参考资料

<1> Measuring Resistances Less Than 1Ohm: https://www.robotroom.com/Measuring-Low-Resistances.html

面包板，面包板

也许面包板是电路初学者用来搭建电路的最基础的工具了。那么为什么它们被称为面包板？它的基本原理是什么呢？

▲ 面包板内部的结构

01历史

如果你在上个世纪六十年代之前想搭建电路的话，你最有可能使用技术就是使用一种被称为绕线连接(Wire-Wrap)电路板。 *** 过程主要把金属导线通过绕制在一些固定在洞洞板(Perboard) 导线柱完成线路搭建。你可以想见，这个过程随着引线的增多会迅速变得繁杂。尽管如此，这个技术现在仍在使用，但会有更便捷的方式替代它，那就是 面包板 。

下面两张图显示了使用绕线连接 *** 构建的电路板。

▲ 绕接(Wire-Wrap)电路板 | 图片来自Wikipedia

▲ KL10 背板上的绕线 | 图片来自Wikipedia KL10-backplane-tp.jpg

02为什么称为面包板？

也许你之一次听到面包板时，脑海里想象的是一大块平整和面的木板，上面放着刚出炉有待切片的面包。

好吧，先把口水咽到肚子里。这与构建电路所使用的面包板相去十万八千里。

▲ 面包板上的面包

为什么人们习惯称这种搭建电路原型的工具为面包板呢？

好久好久以前，当电子元器件个头儿比较大，也比较重，年轻人将他们祖母 *** 和烘焙面包的木板拿过来，使用一些图钉或者铁钉定在木板上当做接线柱，在使用金属导线开始搭建实验电路。

▲ 搭建再原始面包板子上的电路

随着时光流逝，电子器件变得越来越小，现在我们有了更好的 *** 搭建电路了。这使得全世界的妈妈们不再为满脑子奇思怪想的娃们去枪她们厨房里的木板而欢欣鼓舞了。也许，这就是面包板，这个用于搭建电路原型的工具那令人困惑的名字来源吧：）

不管你信不信，反正对于这种免焊接电路板的工具从它诞生起一直沿用到现代。

03为什么使用面包板？

电子行业中的面包板（不是那种 *** 三明治的真正的面包板）实际上是指一种免焊接电路原型实验板，它包括有很多单元用于搭建临时电路原型，无需任何焊接过程。

电路原型是用于测试一个设计想法而搭建的初步模型，依据它可以形成进一步的改进和 *** ，这是面包板最主要的用途。当你想对于电路中在某些参数下如何响应时更好的 *** 就是搭建 一个原型进行测试。（虽然现在有很多优秀的软件仿真软件，但搭建事物原型仍是开发过程不可缺少的部分）

对于电子和线路初学者来讲，面包板也是最常用的练兵场所。面包板的优雅之处在于，无论电路的简单还是复杂，它都能够完成实验。

面包板的另外一个用处就是来测试一些新的元器件的使用，特别是对于一些集成电路，借助于面包板你可以反复搭建各种测试电路而无需对器件进行焊接和拆焊。

▲ 搭建在面包板上的实验电路

在一些场合，你希望将电路中的某些故障重现，使用面包板搭建测试电路可以帮助尽快检测电路故障的原因。

04面包板的结构

了解面包板的更好办法就是拆下一块面包板，看看里面的结构，这样就什么都清楚了。

▲ 面包板的主要构件

下面就是将面包板的背部粘贴物去掉之后，显露出面包板内存在的一排排的金属条。它们构成了面包板的基本连接结构。

▲ 面包板的内部结构

这些金属条的间距为0.1英寸（2.54mm）。下面是将其中一片金属条拆下来，显露出一些带有弹性的金属管脚。它们是用于紧紧咬合插在面包板上电子元器件管脚的部分。

▲ 一片金属条的结构

在面板上上除了一些电子元器件之外，还可以铺设用于连接不同插槽的金属线，这样就可以综合考虑元器件的布局以及它们之间的相互连接关系。

▲ 一个插在面板上的LED灯

面包板的确给很多电子爱好者带来过无穷的想想和欢乐。在它上面播撒下求知的种子，结出很多成长的果实，为青年学子进入电子科技领域，提供了最基础的营养。

▲ 一个由按键，电阻、LED组成的简单电路

05面包板的未来

当然了，现在的电子器件也来越向表面封装发展，面包板也终究有它的局限性。尽管如此，在进来很长的一段时间，它还会给那些求知的年轻人到来欢乐。

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数码管是怎样显示数字的？我们一步一步 ***

电子电路开发基础

优秀电源工程师必看的10本电源资料

电源设计是一项复杂又有趣的工作，对硬件工程师而言，电源电源设计是整个板子非常重要的模块。要掌握电源设计，逐渐从入门到精通。需要学好基础知识，需要积累设计经验。本次分享硬件工程师必读的基础资料与实用手册，包括众多有用的经验技巧。

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《开关电源设计》（点击蓝色标题可下载）
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《开关稳压电源的设计与应用》（点击蓝色标题可下载）
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Arduino + 按键开关实现简单的计数器

本实验用以下材料，简单实现一个按键次数的计数器，统计按键被按下的次数，现实在串口输出栏。
所用材料：
Arduino UNO电路板（1块）
面包板（1块）
10k电阻（1个）
按键开关（1个）
面包线（3根）

按照下图方式将元件和Arduino连接起来。

在 Arduino IDE 中新建一个代码文件，输入下面的代码。代码的功能看注释就好了。

// 定义按键的针脚号为2的整型常量const int buttonPin = 2;// 定义LED输入针脚号为13号针脚// 注：此处我们使用的LED神灯是Arduino UNO电路板自带，// 此神灯对应的针脚号默认为13，此数值不得随意更改，// 所以这里定义的数值13是为了和默认值相对应。const int ledPin = 13;// 定义用来记录按键次数的整型变量int buttonPushCounter = 0;// 记录当前按键的状态int buttonState = 0;// 记录按键之前的状态int lastButtonState = 0;// 对Arduino电路板或相关状态进行初始化 *** void setup() {// 设置按键的针脚为输入状态pinMode(buttonPin, INPUT);// 设置电路板上LED神灯的针脚状态为输出状态pinMode(ledPin, OUTPUT);// 开启串行通信，并设置其频率为9600。// 如果没有特别要求，此数值一般都为9600。Serial.begin(9600);}// 系统调用，无限循环 *** void loop() {// 读取按键的输入状态buttonState = digitalRead(buttonPin);// 判断当前的按键状态是否和之前有所变化if (buttonState != lastButtonState) {// 判断当前按键是否为按下状态，// 如果为按下状态，则记录按键次数的变量加一。if (buttonState == HIGH) {// 将记录按键次数的变量加一buttonPushCounter++;// 向串口调试终端打印字符串“on”，// 表示当前按键状态为按下接通状态，// 输出完成之后自动换行。Serial.println("on");// 向串口调试终端打印字符串// “number of button pushes: ”，此处没有换行。Serial.print("number of button pushes: ");// 接着上一行尾部，打印记录按键次数变量的数值。Serial.println(buttonPushCounter);} else {// 向串口调试终端打印字符串“off”，// 表示当前按键状态为松开状态，也即断开状态。Serial.println("off");}// 为了避免信号互相干扰，// 此处将每次按键的变化时间间隔延迟50毫秒。delay(50);}// 将每次loop结束时最新的按键状态进行更新lastButtonState = buttonState;// 每点击4次，更新一次LED神灯状态。// 这里的百分号是求余数的意思，// 每次除以四，余数等于零说明按键点击的// 次数是四的整数倍，即此时更新LED神灯。if (buttonPushCounter % 4 == 0) {// 点亮LED神灯digitalWrite(ledPin, HIGH);} else {// 熄灭LED神灯digitalWrite(ledPin, LOW);}}

然后上传代码到 Arduino，并打开串口调试窗口（放大镜图标）。

效果就是，当你每次按下或松开按键开关，都会打印相应的字符串，来显示当前的按键状态。而与此同时，Arduino UNO上的LED，也会在你每按四次按键更新一次状态。

食之有味，简约大气的面包板

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