所有微控制器都需要某种机制来对它们进行编程，即使它们只编程一次。通常，程序代码写在主机上，然后编译或翻译，并使用电缆（通常是USB或RS232）将对象（机器可读）代码从PC（“主机”）下载到MCU（“目标”），通常被称为“编程器”。一旦编程，MCU就像编码一样工作。

一个非常受欢迎的MCU开发板制造商是Arduino，总部位于意大利。许多Arduino开发板都装有AVR微控制器，这也需要烧写器将主机上创建的程序保存到目标MCU的存储器中，例如AVR微控制器。外部编程器通常用于AVR微控制器，并且成本高昂。

在项目开发期间，大多数目标MCU必须进行多次编程，因此将MCU从电路中移除以对其进行编程是不可行的。许多MCU（包括AVR处理器）都可以使用系统内编程器（ISP）进行编程，因此无需将其从电路板上移除。

默认情况下，Arduino板带有MCU预置代码，称为引导加载程序。 Bootloader是第一个在启动MCU时驻留在MCU中的程序。 Bootloader指示MCU加载或下一步做什么。 Arduino通过集成开发环境（IDE）使PC主机与板载MCU（目标）之间的通信变得易于使用。 IDE是主机驻留的，包括开发人员可用于编程、编译和调试目标MCU的工具。

引导加载程序还使用USB帮助Arduino IDE和Arduino开发板之间的通信。引导加载程序负责在从Arduino IDE到达时在芯片上编写代码。

Arduino开发板的整体设计使其易于使用，包括免费软件工具。 Arduino控制器板非常适合从嵌入式编程开始，通常用于教育环境。 Arduino开发板（目标）与主机之间的简单USB连接使Arduinos适合开发嵌入式项目，而无需了解如何将程序代码放入MCU并从那里运行代码。Arduino称程序或代码为“草图”。Arduino开发板最适合小规模项目。

然而，如果目标是设计一种经济的产品，然后创建使用上的定制设计的印刷电路板的AVR单片机比购买填充了相同的AVR MCU的Arduino板的数百或数千便宜高容量，生产质量板。然而，许多人已经使用Arduino（和类似的）低成本开发板作为安装的最终产品，如果避免创建和填充少量PCB的成本更低。

Arduino板具有少量通用I / O，可用于多种不同用途。例如，Arduino板可以作为使用Arduino ISP的其他AVR微控制器的编程器工具，并且是用于编程AVR MCU的最简单和最便宜的方法之一。 Arduino系统内编程器是免费的Arduino IDE中提供的内置函数。 ISP允许您使用专用于此目的的另一个Arduino板对Arduino板和其他AVR微控制器进行编程。

然而，使用功能齐全的Arduino板（作为编程器-Arduino）对新开发的Arduino板进行编程有一些规定。首先，必须将“programmer-Arduino”（您已配置为程序员的Arduino）配置为ISP。默认情况下，草图（代码）在Arduino IDE的“文件”菜单中的示例代码中可用。 Arduino ISP草图将所需的指令传递给Programmer-Arduino，以便在编程模式下进行设置。

图1：Arduino ISP草图选项。

图2：Arduino ISP草图。

可以使用连接的LED监控Programmer-Arduino的状态，如图所示。 Arduino ISP草图已针对此功能进行了预编程。

图3：Arduino-LED连接。

引脚7 =编程（编程时点亮）

引脚8 =错误（编程错误时亮灯）

引脚9 =心跳（一旦编程器上电就保持开启状态）

配置Programmer-Arduino后，Programmer-Arduino和Arduino目标之间的连接就建立起来了。引脚配置需要完全按照Arduino ISP草图中的说明进行。
Arduino ISP使用串行外设接口（SPI）协议进行通信，以编程AVR微控制器。 SPI通信使用4个逻辑信号：MOSI，MISO，SCLK和SS。除I2C外，SPI是MCU最常用的通信模式之一。 SPI遵循主从架构，这意味着主设备可以使用相同的数据引脚与多个从设备通信，并且使用从选择线选择目标从设备。如果有存储卡，则从选择用于在多个芯片中选择特定芯片。但是，当您使用Arduino作为编程工具时，从选择信号仅用于复位微控制器。重置微控制器处于接受来自程序员Arduino的命令的状态。 [IV]

在Programmer-Arduino上，引脚10、11、12和13用作数据引脚。配置如下：

引脚10 =复位

引脚11 = MOSI

引脚12 = MISO

引脚13 = SCK

可以从Programmer Arduino连接5v和接地引脚。必须连接两个Arduinos的参考地，以避免遇到故障并保持安全。

在线串行编程（ICSP）是在不断开电路的情况下对微控制器进行编程的能力。 ICSP插头在Arduino板上以6引脚的形式实际可用。将目标Arduino的引脚11、12和13与编程器Arduino的引脚11、12和13相连。注意，编程器Arduino的引脚10应该连接到目标Arduino的复位引脚。或者，ICSP插头引脚可用于SPI通信。 （见图4）。

图4：Arduino ICSP插头。

在连接上面的所有内容之后，您需要定义您正在使用主机PC上的Programmer模式。转到菜单中的Tools，然后在“Programmer”选项中选择“Arduino as ISP”。 （见图5）。

图5：设置编程器Arduino作为ISP

接下来，将引导加载程序加载到目标Arduino的内存中，然后定义“保险丝”。在Arduino-land中，保险丝是一组用于在微控制器中定义多个功能的指令。例如，芯片频率和时钟源在熔丝中定义。微控制器对工作电压很敏感，如果电压电平低于规定值，微控制器可能会发生故障。最小工作电压也在保险丝内定义。

如果要配置Programmer-Arduino以使其与Arduino IDE兼容以进行直接草图上传，则上述步骤是必不可少的。 “burn bootloader”选项也位于工具菜单中，并将引导加载程序刻录到目标Arduino（参见图6）。

图6：Burn Bootloader选项

如果微控制器或Arduino开发板可以与Arduino IDE程序通信，则有各种优点，例如能够使用Arduino IDE的串行监视器在运行时检查结果。 （串行监视器在单独的窗口中打开，充当接收和发送串行数据的独立终端。）

如果没有在微控制器中加载引导加载程序，它将无法使用Arduino的功能，也无法与Arduino IDE进行通信。引导加载程序会占用部分内存。在某些情况下，不需要使用Arduino IDE，因此不需要对引导加载程序进行编程。如果未编程引导加载程序，则可以为主程序草图释放更多内存。例如，在Arduino UNO中，总内存大小为32 KB，并为引导加载程序分配0.5 KB内存。 如果未安装引导加载程序，则主程序草图的总可用内存更大。

Arduino开发板非常适合学习和尝试新想法。由于Arduino是开源的，包括硬件设计原理图和Gerber文件，任何人都可以复制Arduino，修改它，并在商业环境中使用，如果他们愿意的话。 Arduino不仅仅是一头摇钱树，而是一种爱的劳动，重新定义了嵌入式硬件的传递方式。