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微電腦原理與應用 Arduino
微電腦系統的組成是包含硬體(Hardware)和軟體(Software)。基本的硬體結構如圖1-1-1 所示，構成要件有：
1.中央處理單元(CPU)：其組成包括算術邏輯單元(Arithmetic&Logic Unit，簡稱ALU)、控制單元(Control Unit)、暫存器 (Register)及匯流排(Bus)等。
2.記憶體單元(Memory Unit)：記憶體單元負責儲存程式資料或運算的結果，依其內部結構及性能，可分為唯讀記憶體(Read Only Memory，簡稱ROM)與隨機存取記憶體(RandomAccess Memory，RAM)二種。
3.輸入/輸出單元(Input/Output Unit)：輸入單元主要是提供一個介面，負責將外部週邊介面的資料輸入傳送至記憶單元內儲存，以供程式 執行。輸出單元負責將CPU 處理過的結果資料輸出至I/O，以便週邊設備作控制之用。
4.時脈產生器(Clock Generator)：目的就是要提供時脈給CPU 或其它元件使用。
其中每一個方塊都是獨立的單元，實體上是由許多IC 所組成，每個單元間再透過匯流排相互連接。
單晶片微電腦(Single-Chip Microcomputer)就是把微電腦系統所有單元整合在一片晶片(Chip)上，其驅動和控制線直接、擴充容易、簡單易學，而且成本低，因此單晶片微電腦常被應用在自動控制上，例如微電腦冷氣機、微電腦洗衣機、電子秤、防盜器、廣告看板等，所以單晶片微電腦亦常被稱為微控制器(Micro Control Unit MCU)。在台灣習慣稱作「單晶片」，在大陸則稱「單片機」。目前單晶片微電腦的種類繁多，主要包括Intel 公司的MCS-51 系列、AtmelAVR 系列、Microchip PIC系列、TI TMS 系列，還有國內盛群公司HT 系列等等，惟AVR 跟其它單晶片比起來，特殊功能特別多，比如內建PWM 輸出、A/D 轉換等，都是其它家比較缺乏的。
Arduino 計畫是在2005 年1 月由Massimo Banzi、David Cuartielles、Gianluca Martino、Tom Igoe 以及David Mellis 共同創作於義大利米蘭的Ivera 互動設計學院，Arduino 主要是針對創意互動設計有興趣者、設計師、以及藝術家所開發。原始構想是希望讓設計師及藝術家們，透過Arduino 很快的學習電子和感測器的基本知識，且能快速的設計、製作作品的原型，能與目前設計系所學的FLASH、MAX/MSP、Virtool 等軟體整合，使得虛擬與現實的互動更加容易。互動的內容設計才是設計師的主要訴求，至於怎麼拼湊一個單晶片開發板，或是當中涉及如何建構電路之類的相關電子知識，就並非設計師需要了解的，他們只要能設計出各種不同的互動裝置即可，因此Arduino 非常適合不具電子背景的人使用。
Arduino 是一塊使用Atmel AVR 單晶片發展出來的I/O 介面控制開發板，最初是採用Atmel AVR 系列的8 位元微控制器IC 設計成的單板微電腦，2013 年則已進步到使用Atmel ARM 架構的32 位元微控制器。軟體方面是使用類似Java、C 語言的Processing 軟體開發環境，我們可以很容易使用Arduino 語言開發完成電子元件的控制，例如LED、按鍵、步進馬達、各類感測器或其他控制裝置。更重要的是它非常簡單，可以與眾多程式語言(FLASH、MAX/MSP、Virtool、C#、VB、C++)結合，成為教學程式語言的教具，適合應用在教學活動上。
因為Arduino IDE開發介面基於開放原始碼(open source)的原則，故可以免費下載參考與使用，其開放策略使得目前世界各地智慧互動電子的專題設計蓬勃發展。
【推薦閱讀】其它詳細內容請參閱「微電腦原理與應用 Arduino，黃新賢、劉建源、林宜賢、黃志峰編著，全華圖書出版」。