Arduino Uno

它是什么

Arduino Uno 是围绕 Microchip ATmega328P（8 位单片机）的小开发板。它把芯片引脚引到标好号的排针上，加了 USB 口供电和烧录，搞定了稳压、晶振、复位这些麻烦事，你只管写代码和接线。对无数机器人学习者，Uno 就是他们第一次让电机转、让传感器亮的方式。

它长盛不衰靠的不是性能——按今天的标准它又慢又缺内存——而是宽容。5 V 引脚扛得住新手的接线错误，社区几乎回答过所有能问的问题，而且几乎每个入门级传感器和驱动板出厂都带着假定目标是 Uno 的例程。

工作原理

你写的是一个 sketch（Arduino 官方对程序的叫法）——一个只有两个函数的 C++ 程序。上电时 setup() 跑一次，之后 loop() 一直循环。在这两个函数里，你通过引脚读输入、驱动输出：

• 数字脚读或写 HIGH/LOW（5 V / 0 V）信号——按键、LED、电机驱动的方向输入。
• PWM 脚（标 ~ 的）靠高速开关模拟电压，用来定电机转速或 LED 亮度。
• 模拟输入量 0–5 V 电压，报 0–1023 的数，用来读电位器或模拟循迹传感器。

Uno 没有操作系统。你的代码是唯一在跑的东西，时序可预测——给真机器人闭控制环时这很值钱。

什么时候用它

学习时拿起 Uno，想要最多兼容教程和库时拿起它，机器人任务简单且实时时拿起它：读几个传感器、跑控制环、带两个电机。循迹、避障、小差速车正好在它的舒适区。

需要 Wi-Fi 或蓝牙时看别处（通常升级到 ESP32），重数学或相机视觉时看别处（树莓派），内存不够时也看别处。Uno 的 2 KB SRAM 比新手想象中满得快——长字符串和大数组是常见凶手。

常见坑

• **它是 5 V 板子。**很多新传感器是 3.3 V，会被 5 V 逻辑烧坏。接线前查手册。
• **别从板子取电带电机。**Uno 的稳压供不起电机电流；电机用独立电池加电机驱动。从 Uno 直接取电带电机是新手烧板——不，是复位板子的最常见方式。
• **delay() 阻塞一切。**在 delay() 里板子读不了传感器也没反应。想灵敏就用 millis() 计时。
• **注意内存。**板子莫名其妙发疯，多半是 SRAM 用完了。

引脚图：每个脚到底能干什么

十四个数字脚加六个模拟脚，但不能互换。其中六个有重要的第二职业。

其中两行决定了大多数机器人设计。D2 和 D3 是仅有的真中断脚，两个轮子编码器一占就没了。A4/A5 就是 I²C 总线，Uno 上接 MPU-6050 再加模拟传感器阵列，立刻抢脚。

这种脚荒是项目长大离开 Uno 的最常见原因——不是速度，不是内存。电机驱动（6 脚）、一对编码器（4 脚，其中 2 个要中断）、传感器阵列（6 个模拟），十四数字加六模拟转眼就没。

供电，以及三种作死方式

稳压是线性的，输入和 5 V 的差值全变成热烧掉。12 V 输入、200 mA 时就是 (12 − 5) × 0.2 = 1.4 W 闷在小封装里，真烫手。有得选就喂 9 V 别喂 12 V。

三种值得点名的作死：

**从 5 V 脚取电带电机。**稳压供不起电机电流，电源轨被拉塌，板子复位，症状像软件崩溃。电机独立供电，只共地。

**5 V 脚喂没稳过的电源。**那只脚直通电源轨，超过约 5.5 V 直接灌进 ATmega328P。

**USB 和 DC 座同时供电。**板子能处理（有比较器选高的），但 DC 座上的电池充不进去，山寨板边际设计还可能倒灌。

引脚到底能供多少电

3.3 V 脚经常坑人。它不是通用电源轨，是 50 mA 的方便脚。ESP-01 发射时挂它上面立刻欠压。

2 KB 内存问题

Uno 有 32 KB 闪存装程序，2 KB SRAM给运行时变量。闪存很少是瓶颈，SRAM 永远是。

Serial.print 里的每个字符串启动时都会拷进 SRAM：

Serial.println("Calibration complete, entering drive mode");   // 43 bytes of SRAM, forever

二十条这样的消息就是 800 字节——总量的 40%。解法是 F()，字符串留在闪存，用时再读：

Serial.println(F("Calibration complete, entering drive mode"));  // 0 bytes of SRAM

数组是另一头。float 四字节，200 个采样点的记录缓冲就是 800 字节，而且毫无警告——编译器开开心心报闪存用量，运行时 SRAM 一字不提。

**爆内存没有干净的报错。**栈往下长，堆往上长，两者相遇时变量会悄悄互相破坏。板子的行为变得莫名其妙：读数毫无道理、循环跳步、无缘无故复位。如果你加了一个功能之后 Uno 就开始不正常，第一件该怀疑的就是 SRAM。

// Drop this in and watch it while you develop.
int freeRam() {
  extern int __heap_start, *__brkval;
  int v;
  return (int)&v - (__brkval == 0 ? (int)&__heap_start : (int)__brkval);
}

剩不到 200 字节就要出事。

故障排查

Uno 还是别的？

Nano 值得为机器人单独提一句：同颗 ATmega328P、同样的代码，多引出 A6 和 A7 两路模拟输入。8 通道反射阵列能不能装下就差这两路，所以循迹作品经常点名 Nano。

说句实在话：Uno 的价值在于上面的一切东西第一次就能跑通。每个库、每篇教程、每张接线图都以它为前提。学习阶段这比任何参数都值钱，而等你不再需要它时，让你觉得不够用的，几乎永远是引脚数。