和爷爷一起学Arduino：对Arduino端口的深入了解（三）

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四、端口的内部复用

AVR系芯片的设计是超级精妙的，每个引脚有2~4个复用。只有一种应用的，几乎没有。要玩大型的、复杂的项目，就要深入了解Arduino端口的内幕。

4.1 ADC

在（一）里已经说过了，A0~A7基本结构也是数字口，只是内置了ADC，因而可以兼作模拟输入。多数项目，模拟输入口需求不多。因此，提议你留起需要的模拟输入口后，把剩下的模拟口优先用作数字口。

4.2 PWM

在（二）里已经说过了，D3、D5、D6、D9、D10、D11这六个数字口内置了PWM，可以兼作模拟输出。为什么在4.1节要说把多余的模拟口优先用作数字口？就由于数字口往往不够用。如果有较多需要PWM输出的，你先要留起PWM口。

4.3 UART

你用串口直连、USB、RS-232等多种通信时，实则都是在玩UART，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器。UART是串行通信，只需要发送口和一个接收口。Arduino内置支持UART通信，使用D0作为RX（接收口），D11为TX（发送口）。因此，如果你的代码里需要做UART通信，你就得留出D0和D1。你在PC上编的代码要上传（确切说是下传）到Arduino板，走的也是D0和D1，也是UART通信。代码上传不搭界，由于上传时，代码还没有运行。

4.4 I2C

I2C，Inter－Integrated Circuit，芯片间总线。也写作IIC。Atmel也搞了一个一模一样，叫TWI，Two Wire Interface，双线接口。由于Arduino主要采用Atmel的AVR系芯片作为主芯片，因此，Arduino的资料里，也往往称之为TWI。

Arduino UNO板和NANO板的TWI（I2C）占用两个模拟输入口，A4作为SDA（Serial Data Line，串行数据线），A5作为SCL（Serial Clock Line，串行时钟线）。Lennardo板则是占用D20和D3。Mega2560板和Due板占用D20和D21。

通过I2C与Arduino板通信的组件许多。譬如，Sparkfun的加速度计和陀螺仪、DS1307实时时钟、HT16K33等LED显示点阵、LCD1602等多种液晶屏、PCFC8575等多种端口扩展板、PCA9685十六路舵机扩展板、AT24C等EEPROM存取接口、MLX90640 红外热像仪模块、Grove颜色识别传感器、VL53L1X ToF 测距模块传感器、LM75温度传感器、WM8960音频编译码模块、M5双摇杆、INA226电压电流功率监视模块、……。还有许多。I2C也可以连接两个Arduino板，或作为总线，把至多128个Arduino板连成一个物联网。

4.5 SPI

SPI，Serial Peripheral Interface，串行外设接口。是一种高速、全双工的通信总线。I2C是两线通信，SPI是四线通信。SCK：Serial ClocK，串行时钟信号。MOSI：Master Output Slave Input，主出从入。MISO：Master Input Slave Output，主入从出。SS：Selection Signal，选择信号。

UNO板与NANO板占用D13作为SCK，D11作为MOSI，D12作为MISO。Mega2560板占用D52、D51、D50 。如果有多个从设备，就需要片选信号SS，可以任意选一个或更多个数字口。

采用SPI的组件也不少，特别是需要与Arduino高速交换信息的组件，只能采用SPI。譬如，多种SD存储卡读写模块、EEPROM模块、FLASH模块、MCP3008八通道ADC、12864等许多种液晶屏、倾角传感器、九轴传感器、AS5048A磁编码模块、ADXL345三轴重力加速度传感器、SX1278无线射频数据传输模块、STM32F407高速视频传输模块等等。

4.6 CLKO

数字口D8兼作系统时钟分频输出。当外部组件需要与Arduino时钟精准同步时，你就得使用这个引脚，引出系统时钟，接入要同步的组件的外部时钟输入。这时，就不能再项目里使用D8口了。

4.7 外部中断

需要对外部组件做实时响应时，要使用外部中断。外部中断也是实现多进程并发的手段。UNO板有两个外部中断，D2是INT0，D3是INT1。如果不够，还可以使用引脚变化中断，PCINT0~23，共24个。ATmega328的大多数引脚兼作引脚变化中断。

4.8 定时器/计数器

ATmega328内部有3个定时器/计数器，占用端口见下表。