Принципы работы с микроконтроллером ардуино. Что такое Arduino и как начать работу с этой платформой для электронных проектов

Что такое платформа Arduino. Для чего она используется. Как начать работу с Arduino. Какие компоненты входят в набор Arduino. Как программировать Arduino. Какие проекты можно реализовать на Arduino.

Что такое Arduino и для чего она используется

Arduino — это открытая платформа для создания электронных проектов. Она состоит из программируемой платы (микроконтроллера) и программного обеспечения для написания кода.

Arduino позволяет создавать интерактивные электронные объекты, считывать данные с различных датчиков и управлять различными устройствами. Эта платформа популярна среди любителей электроники, студентов и профессионалов благодаря своей простоте и гибкости.

Основные сферы применения Arduino:

• Обучение программированию и электронике
• Создание прототипов устройств
• Автоматизация процессов
• Робототехника
• Системы «умный дом»
• Интерактивные арт-проекты

Из чего состоит платформа Arduino

В состав платформы Arduino входят следующие основные компоненты:

1. Плата Arduino — физическое устройство с микроконтроллером и набором входов/выходов
2. Среда разработки Arduino IDE — программное обеспечение для написания и загрузки кода
3. Библиотеки Arduino — готовые программные модули для работы с различными компонентами
4. Язык программирования Arduino — упрощенная версия C++

Дополнительно могут использоваться различные электронные компоненты — датчики, моторы, дисплеи и т.д.

Как начать работу с Arduino

Для начала работы с Arduino потребуются следующие шаги:

1. Приобрести плату Arduino и базовый набор компонентов
2. Установить Arduino IDE на компьютер
3. Подключить плату к компьютеру через USB
4. Изучить основы языка программирования Arduino
5. Написать и загрузить первую программу (например, мигание светодиодом)

После освоения базовых принципов можно переходить к более сложным проектам, добавляя новые компоненты и изучая дополнительные возможности платформы.

Виды плат Arduino

Существует несколько основных видов плат Arduino с различными характеристиками:

• Arduino Uno — самая популярная базовая модель
• Arduino Nano — компактная версия для небольших проектов
• Arduino Mega — расширенная версия с большим количеством входов/выходов
• Arduino Leonardo — с встроенным USB-контроллером
• Arduino Due — более мощная 32-битная версия

Выбор платы зависит от требований конкретного проекта и уровня пользователя.

Как программировать Arduino

Программирование Arduino осуществляется в среде Arduino IDE с использованием упрощенного варианта языка C++. Основные принципы программирования Arduino:

• Программа состоит из двух основных функций — setup() и loop()
• В setup() размещается код инициализации, выполняемый один раз при запуске
• В loop() размещается основной код, который выполняется циклически
• Для работы с входами/выходами используются функции pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() и др.
• Широко применяются готовые библиотеки для работы с различными компонентами

Пример простой программы для мигания светодиодом:

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(13, LOW);
  delay(1000);
}

Популярные проекты на Arduino

Arduino позволяет реализовать множество интересных проектов. Вот некоторые популярные идеи:

• Метеостанция с датчиками температуры, влажности и давления
• Система «умный дом» с управлением освещением и климатом
• Робот, объезжающий препятствия
• Музыкальный инструмент с сенсорными кнопками
• Игровая консоль с дисплеем и джойстиком

Сложность проектов может варьироваться от простейших до весьма продвинутых, ограниченных только фантазией разработчика.

Преимущества и недостатки Arduino

Arduino имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с другими платформами для электронных проектов.

Преимущества Arduino:

• Простота освоения для начинающих
• Большое сообщество и обилие обучающих материалов
• Широкий выбор совместимых компонентов
• Открытость платформы
• Относительно низкая стоимость

Недостатки Arduino:

• Ограниченная производительность для сложных задач
• Не подходит для коммерческих проектов с массовым производством
• Отсутствие встроенных средств отладки

Несмотря на некоторые ограничения, Arduino остается отличным выбором для обучения и создания прототипов.

Альтернативы Arduino

Хотя Arduino является наиболее популярной платформой для электронных проектов, существуют и другие варианты:

• Raspberry Pi — одноплатный компьютер с более высокой производительностью
• ESP8266/ESP32 — платформы с встроенным Wi-Fi модулем
• STM32 — более мощные 32-битные микроконтроллеры
• BeagleBone — альтернатива Raspberry Pi с фокусом на реальном времени

Выбор платформы зависит от конкретных требований проекта и предпочтений разработчика.

Заключение

Arduino — это мощная и гибкая платформа для создания электронных проектов, подходящая как для новичков, так и для опытных разработчиков. Она позволяет быстро воплощать идеи в реальные устройства, экспериментировать и учиться.

Благодаря своей простоте, открытости и большому сообществу, Arduino стала стандартом де-факто для обучения электронике и прототипирования. Освоение этой платформы открывает широкие возможности в мире современных технологий.

МАСТЕР ARDUINO СТАРТ. Образовательный конструктор + Книга

Также с образовательным электронным конструктором МАСТЕР Arduino СТАРТ Вы освоите в теории и на практике основы программирования на языке C/C++, конструирования электронных устройств и робототехники. После чего станете настоящим Знатоком Ардуино!
 
Вы погрузитесь в Новый увлекательный Мир планеты Arduino! Вам доступно более 300 интереснейших проектов и видео-уроков на сайте www.arduino-tv.ru . Вдохновляйтесь и творите!
Рекомендуемая книга: Уилли Соммер. «Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino».
 
Конструктор предназначен для школьников, студентов и их продвинутых родителей.

Книга

Автор	Соммер У.
Название	Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino
Серия	Электроника
ISBN	978-5-9775-0727-1
Формат	70*100 1/16
Объем	256
Тематика	Технические науки, промышленность. Электроника и схемотехника

Arduino — это микроконтроллерная система, состоящая из платы ввода/вывода с микроконтроллером фирмы Atmel и среды разработки с открытым исходным кодом на основе упрощенного языка программирования C.

Микроконтроллер программируется с помощью компьютера и может работать самостоятельно или в сочетании с ПК. К микроконтроллеру могут присоединяться различные аналоговые и цифровые датчики, которые регистрируют состояние окружающей среды и передают данные в микроконтроллер. После обработки данных программа микроконтроллера может вывести информацию на монитор или, например, осуществить управление приводом. Просторы для творчества не ограничены.

Поддержка проектов разработчиков осуществляется за счет готовых программ и библиотек функций среды программирования Arduino. Комбинируя аппаратные и программные средства, вы поймете взаимосвязь реального мира с цифровым миром микроконтроллера.
Проводя описаныые в книге эксперименты с измерениями, управлением и регулированием вы получите бесценный практический опыт и сможете реализовать свои собственные идеи!

В книге рассмотрены:

• Общие сведения о микроконтроллерах
• Программирование микроконтроллера на платах Arduino/Freeduino
• Разработка и тестирование собственных приложений
• Более 80 практических проектов: настройка и применение микросхемы-адаптера FT232RL, задержка включения и выключения, реле температуры, измеритель емкости, школьные часы, 6-канальный цифровой вольтметр, управление вентилятором, обмен данными между компьютером и платой Arduino, сенсорный датчик, запись данных с помощью программы построения графиков Stamp PLOT, цифровой осциллограф с памятью, сигнализация с датчиком перемещения, выключатель уличного освещения, свет свечи, музыкальный проигрыватель, графопостроитель, последовательный ввод/вывод данных, эксперименты с ЖК-дисплеями и многое другое.

Комплектация

Arduino UNO R3	1
Кабель USB	1
Гибкие проводники (набор MM)	1
Кнопка	5
Макетная плата для монтажа без пайки SYB-120	1
Пьезоизлучатель	1
Резистор 1 кОм	5
Резистор 150 Ом	5
Светодиод RGB	1
Светодиод жёлтый	1
Светодиод зелёный	1
Светодиод красный	1
Светодиод синий	1
Фоторезистор	1

Подборки:	Мастер ARDUINO
Производитель:	СМАЙЛ
Возраст:	14+
Материал:	пластик, электронные детали
Размер:	235 х 150 х 65 мм

Рабочая программа факультативного курса для учащихся 8-11 классов «Основы программируемой электроники» | Рабочая программа на тему:

Саенко Сергей Петрович. Г. Калининград. МАОУ СОШ 56

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Факультативный курс предназначен для учащихся 8-11 классов «Основы программируемой микроэлектроники».

Цель создания курса:

Создание условий для развития научно-технического творчества учащихся.

Учебный курс дает освоить основные приемы конструирования  и программирования управляемых электронных устройств.

Учебный курс является профориентационным. Полученные знания навыки помогут учащимся самореализоваться в области инженерной, изобретательства, информационных технологий и программирования.

Учебный курс включает 34 учебных часа.

Предмет курса:

Принципы и методы разработки, конструирования и программирования управляемых электронных устройств на базе контроллера Arduino.

Цели курса:

• Знакомство учащихся  с принципами и методами разработки, конструирования и программирования управляемых электронных устройств на базе контроллера Ардуино.
• Повышение мотивации к обучению предметов физика, информатика, математика
• Развитие навыков программирования
• Профориентация учащихся на техническую инженерию, изобретательство, программирование.
• Развитие творческих способностей учащихся.

Предполагаемые результаты обучения по завершению изучения всех тем:

Учащиеся должны знать и уметь:

• Правила техники безопасности  при работе с электрическими приборами
• Роль и место микроэлектроники в современном обществе
• Основные характеристики и принцип работы микроконтроллеров
• Методы проектирования, сборки, настройки устройств
• Основы программирования автоматизированных систем
• Основы языка программирования программы Arduino IDE
• Самостоятельно разрабатывать проекты устройств на основе микроконтроллера Ардуино.
• Вести исследовательские  и научно-практические работы
• Самостоятельно программировать микроконтроллеры

Для работы необходим ПК (1 на 2 человека), программное обеспечение Arduino IDE, контроллер Arduino Uno, набор деталей, набор датчиков, сервопривод.

Тематическое планирование (34 часа).

Тема 1 Техника безопасности. Инструменты. Приборы (1 час).

Техника безопасности в кабинете информатики и робототехники. Инструменты. Приборы.

Тема 2. Введение в робототехнику (1 час)

Понятия робототехника. История развития робототехники. Примеры роботов.

Тема 3. Введение в микроэлектронику (1 час)

Что такое микроэлектроника? История развития электроники и микроэлектроники. Сфера применения.  Микроконтролеры в нашей жизни. Контроллер Arduino.

Темы 4-5. Характеристики Arduino (2 часа)

Состав набора Амперка.  Знакомство с устройствами и приборами  в наборе. Структура и состав Arduino. Основные электронные компоненты.

Темы 6-7. Программирование микроконтроллера (2 часа).

Основы программирования в средах Arduino Scratch. IDE Arduino.  Назначение, описание, вызов подпрограмм, локальные и глобальные переменные. Ветвление программы. Что такое цикл: конструкции if, for, while, switch. Как написать  свою собственную функцию. Как упростить код при помощи процедур

Темы 8-9 Теоретические основы электроники (2 часа)

Законы электрического тока. Законы Ома. Последовательное и параллельное соединения проводников. Электрические схемы и цепи. Правила чтения электрических схем. Макетная доска.

Темы 10-11. Сенсоры. Датчики Arduino (2 часа)

Роль датчиков в управляемых системах. Сенсоры и переменные резисторы. Датчик наклона.  Делитель напряжения. Потенциометр. Аналоговые сигналы на входе Ардуино. Использование монитора последовательного порта для наблюдений за параметрами системы.

Темы 12-13.  Кнопка – датчик нажатия (2 часа).

Как при помощи кнопки зажечь светодиод. Как сделать кнопочный выключатель. Шумы, дребезг, стабилизация сигнала кнопки.

Тема 14. Управление светодиодом (1 час).

Сборка схемы со светодиодом. Его управление.

Тема 15. Управление сервоприводом (1 час).

Управление сервоприводом при помощи платы Arduino Uno.

Тема 16. ТАйминг (1 час).

Включение светодиодов с задержкой.

Тема 17. Бегущий огонь (1 час).

Бегущий огонь.

Тема 18. Плавное затухание (1 час).

Плавное затухание светодиода. Алгоритм. Программа.

Тема 19. Энкодер (1 час).

Преобразование угла поворота в электрический сигнал.

Тема 20. Пьезоизлучатель (1 час).

Построение и программирование пьезоизлучателя для генерирования звука.

Тема 21. Ночник (1 час).

Автоматическое включение/выключение светодиода в зависимости от освещения.

Тема 22. Управление мощной нагрузкой (1 час).

Фоторезистор с мощной нагрузкой.

Тема 23. LCD (1 час).

Подключение LCD.

Тема 24. Джойстик (1 час).

Создание и программирование джойстика для платы Arduino.

Тема 25. Драйвер двигателя (1 час).

Подключение драйвера для управления DC и шаговыми двигателями.

Тема 26. Проект поворотная веб –камера (1 час).

Проект поворотная веб –камера для съемки, контролируемая Arduino.

Тема 27. Проект «Солнечный трекер» (1 час).

Сборка и программирование устройства за слежением за перемещением  солнца.

Тема 28. Проект «Слежение за лицами» (1 час).

Сборка и программирование устройства для распознавания и слежения за лицами на основе Arduino.

Тема 29. Тестер емкости батарей (1 час).

Сборка и программирования тестера емкости аккумуляторных Li-ion батарей.

Тема 30. Проект «Светофор»

Тема 31-32. Работа над творческими проектами(2 часа).

Тема 33-34 Защита творческих проектов (2 часа).

Конференция

Литература и ресурсы:

1. http://www.youtube.com/watch?v=05mq9fKY7yE — Робот из Arduino или вторая жизнь коробки от тормозов Shimano
2. http://cxem.net/arduino/arduino.php
3. http://bildr.org/ — опыты с Ардуино.
4. http://tronixstuff.com/ — уроки на английском языке.
5. http://www.seeedstudio.com/wiki/Main_Page
6. http://parshev.wordpress.com/ — сайт А.А. Паршева.
7. https://sites.google.com/site/arduinodoit/ — материалы А. Тузовой.
8. https://sites.google.com/site/kosachenkosv/assignments — сайт Косаченко С. В.
9. Платт. Ч. – Электроника для начинающих. – 2009
10. Melgar and Ciriaco. Arduino and Kinect Projects. Apress
11. Улли Соммер — Программирование микроконтроллерных плат ArduinoFreeduino – 2012
12. Brian W.Evans. Arduino. Блокнот программиста
13. В.Н. Гололобов. С чего начинаются роботы О проекте Arduino для школьников. Москва, 2011

Как перейти от Arduino к непосредственному использованию микроконтроллера?

\$\начало группы\$

Я работаю над проектом Arduino. После того, как я заставлю все работать с помощью Arduino, я хотел бы перейти к решению, которое НЕ использует Arduino. То есть хотелось бы использовать микроконтроллер без задействования платы Arduino. Это позволит использовать одну плату без экранного решения.

Я знаю, что есть способы сделать мою собственную Arduino на макетной плате, но это не совсем то, чем я пытаюсь заниматься.

Я не знаю, как это сделать.

Если нет лучшего варианта, я склоняюсь к использованию ATmega328, который используется Arduino. Я понимаю, что инструменты разработки доступны бесплатно или, по крайней мере, не очень дорого.

Для ответа на этот вопрос предположим, что я могу подать +5 В на свою цепь.

Мой первый вопрос, как запрограммировать MCU. Я считаю, что есть два варианта:

1. Купите программатор, запрограммируйте MCU, а затем поместите чип в мою схему.
2. Спроектировать мою схему так, чтобы она включала поддержку внутрисхемного программирования.

Я предполагаю, что если я выберу вариант №1, это будет так же просто, как вставить запрограммированный чип в мою схему; Мне больше ничего не нужно. Конечно, менять программное обеспечение было бы неудобно.

Но для варианта №2 я не уверен, что мне нужно. Из того, что я прочитал, я думаю, что мне нужен кабель для программирования и разъем на моей плате (какого типа?). Затем, я думаю, я (правильно) подключил разъем к определенным контактам на ATmega.

В любом случае мне понадобится студия Atmel.

Во-вторых, помимо блока питания, есть ли на Arduino что-нибудь, что мне абсолютно необходимо? Я думаю, может быть, переключатель сброса?

• Arduino
• микроконтроллер

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Добро пожаловать в удивительный мир Atmel. Позвольте мне предложить вам несколько ответов на ваши вопросы, основанные на моем хобби и профессиональном опыте.

Не заморачиваться ни чем, КРОМЕ внутрисхемного программирования. Если вы не идеальный кодер, удаление чипа каждый раз, когда вы хотите его запрограммировать, будет кошмаром. Я рекомендую AVRISPmkII в качестве инструмента программирования начального уровня. Недостатком является отсутствие поддержки аппаратной отладки. Альтернативой является дракон, но у меня нет с этим опыта. Я могу сказать, что JTAGICEmk3 — хороший инструмент для отладки.

Студия Atmel хороша для программирования. На самом деле это моя любимая среда разработки встраиваемых систем. Вы можете использовать инструменты командной строки, такие как AVRDUDE и AVR-GCC, но IDE позаботится об этом за вас.

ИТОГО:

Купите AVRISP только для программирования (проще, plug&play) или DRAGON (не могу дать совет).

На вашей плате выведите контакты ICSP к 6-контактному двухрядному разъему 0,100 дюйма — соединения описаны в этой таблице данных.

Переключатели сброса не нужны.

\$\конечная группа\$

6

\$\начало группы\$

Вам не нужно «выпускаться» сразу. Вот как я преобразовал:

Для начала я продолжал использовать Arduino, но преобразовал вызовы к библиотеке Arduino в чтение и запись регистров, по одной строке за раз, проверяя, работают ли мои программы. Таким образом, я привык к использованию регистров и увидел, что они не сильно отличаются от того, как работает Arduino. Функции Arduino, такие как digitalWrite(), просто манипулируют регистрами — вы можете свободно читать и записывать их прямо в своих эскизах.

Следующим моим шагом было поместить ATTiny 85 на макетную плату и запрограммировать его с помощью Arduino в качестве ISP (http://highlowtech.org/?p=169).5). Если вы покупаете макет блока питания и используете внутренний генератор ATTiny, для этого потребуется смехотворно мало проводки. Я использовал Arduino IDE для компиляции, но продолжал использовать регистры настолько часто, насколько мог.

Затем я установил бесплатный набор инструментов командной строки Crosspack и скомпилировал мигающую программу. После еще нескольких проб и ошибок мне удалось запрограммировать ATTiny только с помощью avrdude, оставаясь полностью вне экосистемы Arudino.

Как только вы добились мигания только с помощью инструментов командной строки, вы свободны от Arduino. Исследуйте различные периферийные устройства и их регистры, и вскоре это станет совершенно естественным.

После всего этого я часто использую Arduino, потому что это быстрее. Я обнаружил, что изучение описаний регистров — отстой; нет смысла делать это, если вам не нужно. Однако хорошо знать, как это сделать.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Я согласен с комментарием HL-DSK выше. Я бы потратил дополнительные деньги и получил программиста с возможностями отладки. Я использую JTAGICE3, около 110 долларов за цифровой ключ.

Прочитайте о программировании ISP здесь. Он покажет вам, как вывести соединения SPI. Соединения SPI на вашем чипе будут указаны в техническом описании ATmega. Посмотрите на странице 2 выводы MISO/MOSI/SCK/RESET. Программист должен иметь возможность управлять линией сброса. Не забудьте использовать подтягивающий резистор на линии сброса, чтобы ваш чип работал после отключения программатора.

Получите здесь заголовок 2×3. Или сделайте свой собственный, используя отрывные заголовки.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Разница между Arduino и голой ATmega328 всего в двух вещах. Загрузчик Arduino и библиотеки Arduino. Вы можете запрограммировать Arduino на чистом C или C++ без использования каких-либо библиотек. Вместо этого вы также можете использовать сборку. Загрузчик позволяет загружать новый код через последовательный порт, минуя (немного) более сложное внутрисхемное последовательное программирование (в основном SPI).

Вы можете использовать стандартные библиотеки программирования и avr-gcc практически с любым IDE. Вопреки тому, что могут сказать другие, кодирование Arduino в основном похоже на программирование голого микроконтроллера, с некоторыми дополнительными удобствами за счет некоторой производительности.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Я покупаю чипы Atmega328P с предварительной загрузкой и программирую их внутри схемы с помощью кабеля FTDI и avrdude, точно так же, как я программирую Arduino. Мне нравится Eclipse IDE, но вы можете использовать любую предпочитаемую среду — Atmel Studio, Arduino IDE, emacs или босиком в командной строке.

Эта плата находится в стадии разработки и готова к тестированию с помощью программы Hello с использованием кабеля для программирования, питания и терминала. Ему по-прежнему потребуется блок питания — в моем случае стабилизатор напряжения покоя LM2936 со сверхнизким током и разъем для подключения батареи — и любые другие бортовые компоненты и внешние соединения, которые потребуются проекту:

Поскольку у вас есть Arduino, вы можете сэкономить немного денег и использовать незапрограммированные чипы, используя Arduino для установки загрузчика. Хорошие синие этикетки с выводами помогают снизить уровень дурачества! Я использую кварц 16 МГц, но если вы можете работать с внутренним генератором, количество деталей уменьшится на 3 (xtal и 2 конденсатора).

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Чтобы перейти от Arduino, где предоставляется аппаратное обеспечение, а программное обеспечение представляет собой наложение языка C, я хотел бы сделать несколько предложений. Я вижу, что люди опубликовали несколько полезных ответов, но я был там, где вы, и я бы сделал немного по-другому.

1. Выберите отладчик. Отладчики предоставляют вам возможность программировать микроконтроллер, а также выполнять отладку, которая включает в себя «пошаговую» обработку, «точки останова», которые позволяют вам приостанавливать программу на определенной строке кода, чтобы проверить, чем занимается код. ISP (внутрисхемное программирование) — это последовательный интерфейс, использующий 3 контакта, что хорошо, но не обеспечивает полной функциональности, которую хотел бы новичок. Интерфейс JTAG использует 4 контакта, что обеспечивает практически полную функциональность с точки зрения использования точек останова и прочего. Люди обычно больше склоняются к ISP, потому что его «относительно» проще настроить, но, если вы спросите меня, JTAG не сложно настроить, но это также зависит от личных предпочтений. И есть интерфейс Debug Wire , который я хотел бы пропустить в этом обсуждении, потому что вы предпочитаете использовать ISP, а не провод отладки.
2. Купите отладчик с функциями ISP и JTAG. Я думаю, что вы покупаете один раз, но покупаете хороший товар, который поможет вам в будущем, если вы захотите изменить свой дизайн. Я рекомендую AVR Dragon или JTAGICE. Оба подключаются к ПК через USB и оба поддерживают ISP и JTAG. JTAGICE немного дороже, чем AVR Dragon, но я определенно рекомендую AVR Dragon.
3. Вы обнаружите, что большинство микроконтроллеров Atmel имеют функции ISP, но не многие из них имеют JTAG. Небольшие микроконтроллеры, такие как серии AT90S2313 или ATTINY, используют серию ISP, поскольку они имеют небольшой размер. Но если вы хотите не только мигать несколькими светодиодами, но и хотите взаимодействовать, скажем, с ЖК-экраном, клавиатурой или чем-то еще, я рекомендую использовать микроконтроллер немного большего размера. Если вы используете источник питания 5 В, я рекомендую вам ATMega8 или даже ATMega16 или ATMega128 (мой любимый). ATMega16 и ATMega128 имеют интерфейс ISP и JTAG.
4. Что касается IDE, я использовал Codevision и AVR Studio, но я рекомендую использовать Atmel Studio 6. 0 или более позднюю версию, которая удовлетворяет всем вашим потребностям.

У меня есть несколько схематических идей, которые я изучил самостоятельно, чтобы у вас был чистый и плавный интерфейс с вашим микро. Дайте мне знать, если вам нужна помощь.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Arduino для начинающих, отсюда есть два пути

Способ 1: Понимание того, как работает микроконтроллер/процессор (предпочтительный подход)

Под этим я подразумеваю изучение архитектуры и ассемблерного кода (или «голого железа») для микропроцессора. Если вам нужна отправная точка для этого, я бы предложил Atmel 8051, который представляет собой 8-битный микроконтроллер с самой простой архитектурой и набором инструкций по сборке. Любой другой современный 32-битный или 64-битный процессор имеет производную от него архитектуру. Этот микроконтроллер до сих пор используется как часть моей курсовой работы, потому что это хорошая отправная точка, и доступно много литературы.

Да, и наборы для создания вашей платы ISP продаются (полностью собранные комплекты с процессором, наборы для пайки компонентов на плату, и вы можете собрать макетную плату самостоятельно, требуется всего пара микросхем и кабель/гнезда RS-232)

Поскольку это нетехнологично, все компоненты будут дешевы.

Способ 2. Переход к программно-аппаратному подходу (менее предпочтителен)

Это подход для бездельников, которые немного погрузились в сборку и «нажали» ИЛИ людей, которые хотят перейти на больше программного обеспечения, чем аппаратное обеспечение . Я бы предложил перейти на другую плату для любителей, такую ​​как Raspberry Pi или BeagleBoneBlack с процессорами ARM, и начать делать проекты в своем творчестве.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вы можете использовать плату Arduino, без использования библиотек песочницы и среды, вы можете программировать все самостоятельно напрямую. Если вы хотите использовать их загрузчик через последовательный/уарт-порт для программирования, это прекрасно работает. Но большинство/все части avr также могут быть запрограммированы другим способом, с частью, удерживаемой в состоянии сброса, что означает, что она не может быть заблокирована. довольно легко получить бит spi от arduino или другого микроконтроллера или с помощью ftdi вырваться из какого-то аромата. У sparkfun есть платы arduino и не-arduino (например, 32u), что разъем spi очевиден. и разделительные доски ftdi, которые вы можете легко взломать с помощью библиотеки ftdi или библиотеки ftdi, поставляемой с linux.

В документации для каждой части указаны параметры загрузки и параметры программирования флэш-памяти. да, нетрудно просто купить некоторые детали и сделать свою собственную коммутационную плату. Я бы не стал этого делать до тех пор, пока вы не воспользуетесь существующей прорывной или простой оценочной доской, а затем клонируете ее, если это необходимо. В идеале начните с детали с внутренним RC-генератором, в основном с питанием, заземлением и контактами для программирования. ..

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Мое мнение:

Как видите, только с фильтром питания LC и RC на контакте сброса, он делает кучу вещей. Использование менее половины своих контактов, периферийных устройств или циклов процессора. AVR рулят!

Читайте также: AVR042: Соображения по проектированию оборудования AVR

Что касается программирования, я купил специальную плату для программирования за 10 евро, установил на устройство последовательный загрузчик, а затем установил устройство на окончательную печатную плату. Это избавит вас от одного большого заголовка и кучи трассировок. USART подходит для

• регистрация
• отправка команд загрузчику (например, прошить следующее изображение в пространство пользователя)
• отправка команд в или в приложение пользовательского пространства (например, изменить уравнение, связывающее сигналы ZCD и HEAD)
• показаний датчиков в реальном времени.

Также интерфейс SPI использует больше контактов.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Что такое Ардуино? Руководство для начинающих, чтобы понять это

Содержание

Если вы студент инженерного факультета или профессионал, вы, возможно, слышали о платформе Arduino. В последнее время это имя стало модным словечком среди студентов-электронщиков.

Что такое Ардуино? Ну, раньше для работы с электроникой требовалось сильное понимание математики, физики и других понятий. Но с появлением технологий различные инструменты и оборудование изменили рабочую модель электроники, так что огромные знания больше не требуются.

Одним из таких новаторских устройств является «Arduino», который помогает студентам понять концепции электроники на раннем этапе их карьеры. У вас может возникнуть много вопросов, например, для чего используется Arduino и какой язык использует Arduino?

Вскоре мы узнаем все об электронике Arduino.

Эта статья знакомит вас со значением Arduino и его историей. Он также охватывает все доступные типы плат Arduino, микропроцессоры Arduino, зачем использовать Arduino, компоненты Arduino UNO, а также ограничения и приложения Arduino.

Начнем.

 

Что такое Arduino?

Arduino — это платформа с открытым исходным кодом, которая помогает разработчикам схем создавать электронные проекты. Он состоит как из аппаратного, так и из программного обеспечения. Аппаратное обеспечение Arduino представляет собой программируемую печатную плату, называемую микроконтроллером. Программное обеспечение Arduino представляет собой IDE (интегрированную среду разработки), с помощью которой разработчики пишут и загружают код в микроконтроллер.

Мы можем передать программу с набором инструкций на плату Arduino, которая может выполнять простые и сложные задачи. Традиционные программируемые печатные платы требуют отдельного оборудования для загрузки кода на плату. Но Arduino устраняет необходимость в оборудовании; вместо этого он использует простой USB-кабель для загрузки кода на плату Arduino.

Плата Arduino позволяет разработчикам запускать программу на упрощенной версии языка C++, что упрощает обучение и программирование.

Технические характеристики стартового набора Arduino UNO

 

Аппаратное обеспечение Arduino

Аппаратная часть Arduino — это программируемая печатная плата. Возможно, в своей работе вы сталкивались с различными платами Arduino, но наиболее часто используемой платой Arduino является Arduino UNO. Все платы Arduino имеют микроконтроллер, известный как небольшой компьютер, который является сердцем Arduino.

Итак, изучая Arduino, важно узнать о микроконтроллерах и о том, как их использовать. Микроконтроллер Arduino отвечает за считывание различных входов и управление выходами.

 

Программное обеспечение Arduino

Программное обеспечение Arduino называется Arduino IDE. Вы можете загрузить программное обеспечение на свой компьютер и запрограммировать платы Arduino для выполнения различных задач соответственно.

IDE похожа на текстовый редактор, в котором вы пишете инструкции для платы Arduino.

 

Код Arduino

Помимо аппаратного и программного обеспечения, третьим наиболее важным аспектом Arduino является код, также известный как эскиз. Вы можете написать код в Arduino IDE и загрузить его на плату.

Возможно, вам интересно, какой язык Arduino использует для написания кода. У Arduino есть родной язык, аналогичный C++, который называется языком программирования Arduino. Любая программа, разработанная с использованием языка программирования Arduino, называется эскизом и сохраняется в файле с расширением .ino.

Чтобы писать инструкции для плат Arduino, вы должны обладать базовыми знаниями языков программирования C и C++.

Вместе аппаратное обеспечение, программное обеспечение и код составляют Arduino.

Arduino шаг за шагом: начало работы

Типы плат Arduino

С помощью Arduino можно создавать различные платы, каждая из которых имеет дополнительные возможности. Это аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом, позволяющее любому вносить изменения и создавать различные производные от плат Arduino. Эти изменения позволяют добавить несколько функций.

 

Ниже приведены некоторые распространенные типы Arduino, которые могут использовать даже новички в компьютерах:

1. Arduino UNO (R3)

UNO — один из самых доступных вариантов для начала работы в области электроники. Он зависит от микроконтроллера на базе ATmega328P и имеет следующие характеристики:

• 14 цифровых контактов ввода/вывода
• 6 контактов для ШИМ
• 6 контактов для аналоговых входов
• кнопка сброса
• USB-соединение

Arduino UNO (R3) имеет все необходимое для поддержки микроконтроллера. Все, что вам нужно сделать, это подключить его к компьютеру с помощью USB-кабеля и предоставить блок питания с адаптером переменного тока в постоянный или аккумулятором, чтобы он заработал.

 

2. Arduino Nano

Эта плата имеет соединения, аналогичные UNO, но основана на микроконтроллерах ATmega328P и ATmega628. Эта небольшая, гибкая и надежная плата с мини-USB отлично подходит для создания проектов.

Эта плата имеет 8 аналоговых контактов, 14 цифровых контактов с контактом ввода-вывода, 6 контактов питания и 2 контакта RST (сброс).

 

3. Arduino Micro

Этот тип Arduino имеет микроконтроллер на базе ATmega32U4 с 20 наборами контактов, 7 из которых предназначены для ШИМ, и 12 контактов аналогового ввода. Arduino Micro также поставляется с разъемом ICSP, кнопкой RST, небольшим разъемом USB и кварцевым генератором с частотой 16 МГц.

Миниатюра платы Leonardo, этот Arduino Micro имеет встроенный разъем USB.

 

4. Arduino Lilypad

 

Плата Lily Pad Arduino разработана по технологии электронного текстиля. Это оборудование расширено Лией «Бючли» и разработано «Лей и SparkFun». Каждая доска разработана с прочными соединительными площадками, имеющими гладкую заднюю часть, которую можно вшить в одежду с помощью токопроводящей нити. Этот Arduino имеет платы ввода-вывода, питания и датчиков. Приятным бонусом является то, что эту плату Arduino можно даже мыть!

 

5. Arduino RedBoard

 

Вы можете использовать mini-b USB для программирования этой платы. Эта доска плоская сзади, как и предыдущая Lilypad, что упрощает размещение. Вы можете эффективно использовать эту плату с Windows 8 без изменения настроек. Кроме того, вам просто нужно подключить эту плату к вашей системе и написать код для загрузки на плату. Вы можете управлять этой платой с помощью разъема бочонка вместе с кабелем USB.

 

6. Arduino Mega R3

Плата Arduino Mega R3 представляет собой расширенную версию Arduino UNO и поставляется с цифровым выводом ввода-вывода. Он также имеет 14 контактов, которые работают как PWM o/ps, 6 контактов для аналоговых входов, кнопку сброса, разъем питания и USB-соединение.

Для связи с компьютером можно использовать USB-кабель. Эта плата Arduino идеально подходит для разработки проектов, требующих значительных цифровых входов и выходов.

 

7. Ардуино Леонардо

Эта плата Arduino была представлена ​​как первая плата для разработки с одним микроконтроллером и USB. Это самый простой и дешевый тип Arduino, что делает его чрезвычайно подходящим для новичков.

Что находится на плате Arduino?

Среди всех плат Arduino, доступных на рынке, самой простой и часто используемой платой является Arduino UNO. Некоторые из этих плат могут иметь другой внешний вид, но все они имеют некоторые стандартные компоненты. Итак, давайте обсудим его основные компоненты здесь.

Arduino UNO

Это простая и часто используемая макетная плата, подходящая даже для начинающих, чтобы разобраться с электроникой. Будучи основным, каждому разработчику электроники важно знать его различные компоненты.

UNO поставляется с микроконтроллером ATmega328P. Он имеет два варианта: один со сквозным подключением микроконтроллера, а другой — с поверхностным монтажом. В сквозной модели можно заменить его чип на новый в случае какой-либо ошибки.

Arduino UNO — это 8-битный микроконтроллер с архитектурой AVR, предлагающий различные функции и возможности.

UNO поставляется с 14 контактами цифрового ввода-вывода (I/O), которые можно использовать как вход или выход. Из этих 14 контактов вы можете использовать шесть контактов для генерации ШИМ-сигналов. Каждый контакт на этой плате работает при напряжении 5 В и имеет ток 20 мА.

• Нам всегда нужен источник питания, чтобы плата работала. Вы можете питать эту плату с помощью USB-подключения к компьютеру, а также можете использовать настенный блок питания, который подключается к разъему в виде цилиндра. На изображении выше (1) указывает на USB, а (2) указывает на гнездо для бочонка.

Вы даже можете загрузить код через USB-соединение на плату Arduino.

На изображении выше показано следующее:

• GND (3): GND означает «Заземление», которое используется для заземления цепи.
• 5 В (4) и 3,3 В (5): Контакт 5 В может использоваться для подачи питания 5 В, а контакт 3,3 В может использоваться для подачи питания 3,3 В.
• Аналоговый (6): Эти контакты, помеченные от (A0 до A5), известны как аналоговые контакты. Они преобразуют аналоговый датчик в цифровой.

В правом верхнем углу изображения выше выделены 14 контактов ввода-вывода, которые могут выполнять определенные функции, как указано ниже:

• С контактами 0 и 1 вы можете осуществлять последовательную связь для приема и передачи последовательных данных. Вы можете использовать их для программирования платы Arduino и связи с пользователем через последовательный монитор.

   

• С помощью контактов 2 и 3 вы можете обеспечить внешние прерывания. Эти выводы вызывают внешнее событие.
  
• Шесть контактов (3-11) используются для 8-битного выхода ШИМ.

   

• Контакты 10, 11, 12 и 13 предназначены для SS, MOSI, MISO и SCK соответственно, особенно для связи SPI.

   

• Pin 13 поставляется со встроенным светодиодным разъемом. Когда этот вывод установлен в состояние HIGH, светодиод включается, а когда он находится в состоянии LOW, светодиод выключается.

   

• AREF расшифровывается как Analog Reference, используется для установки внешнего опорного напряжения (0–5 Вольт).

   

• В левом верхнем углу изображения выше (10) обозначает кнопку сброса. Эта кнопка соединяет контакт сброса с землей и перезапускает загруженный код. Нажатие кнопки сброса в случае сбоя позволит вам протестировать код несколько раз.

   

• Число (11) указывает на светодиодный индикатор питания, который загорается при подаче питания на Arduino от источника.

• На изображении выше (12) обозначает светодиоды TX RX, где TX означает передает и RX для получает . Они используются для последовательной связи. Эти светодиоды обеспечивают визуальную индикацию при приеме или передаче данных с помощью Arduino.

   

• (13) определяет интегральную схему, также известную как мозг Arduino. Вы можете увидеть тип IC, упомянутый в верхней части IC.

   

• (14) определяет регулятор напряжения, который помогает контролировать величину напряжения, подаваемого на плату Arduino. Он действует как привратник, предотвращая попадание дополнительного напряжения в цепь. Кроме того, он имеет некоторые ограничения, поэтому не подключайте Arduino к напряжению более 20 вольт.

 

Почему вы должны использовать Arduino?

Сегодня многие используют Arduino. Он прост в использовании и программировании, что делает его более популярным среди начинающих и опытных пользователей. Вы можете подключить Arduino к нескольким платформам, таким как Mac, Windows и Linux. Кроме того, вы можете использовать его для создания недорогих научных инструментов.

Arduino дает вам возможность поиграть с микроконтроллерами. Ниже приведены некоторые важные причины для использования Arduino.

• Дешево: платы Arduino доступны по цене. Если вы знаете, вы даже можете собрать Arduino вручную или использовать предварительно собранные модули Arduino, которые стоят менее 50 долларов.

   

• Кроссплатформенность: Плату Arduino можно подключить к любой платформе, например к операционным системам Windows, Mac и Linux.

   

• Простая среда программирования: IDE Arduino Software проста и легка в освоении, поскольку поставляется с простой версией C++.

Ограничения Arduino

Несмотря на различные причины использования Arduino, вам необходимо понять его ограничения, прежде чем работать с ним.

• Память : У Arduino недостаточно памяти для хранения программ и переменных. Также к нему нельзя добавить внешнюю память. ATmega32 и ATmega128 можно использовать для внешней памяти, но вы не можете использовать функции ввода-вывода для этих контактов.

Платы Arduino не могут поддерживать внешнюю память из-за их основных конструктивных допущений. Важно помнить, что Arduino — это недорогой одноплатный компьютер на базе процессора Intel, который не предназначен для замены полноценной компьютерной системы с высокими системными требованиями.

• Скорость : Тактовая частота процессора Arduino составляет от 8 до 20 МГц — это намного медленнее, чем на большинстве платформ. Вы можете выполнять несколько инструкций в каждом тактовом цикле, и между каждым импульсом приходится обрабатывать много доступной активности ЦП.

   

• Электрическая мощность : При работе с аппаратным обеспечением Arduino необходимо учитывать параметры напряжения, поскольку некоторые устройства имеют ввод-вывод 3,3 В, а другие — 5 В. Если вы подключите транзисторно-транзисторную логику на 5 В к устройству на 3,3 В, это повлияет на аппаратное обеспечение и может повредить ваш Arduino.

   

Применение Arduino

Ниже приведены некоторые типичные применения Arduino:

• Робототехника : Arduino подходит как для проектов робототехники начального, так и среднего уровня. Вы можете дать ему основные команды, чтобы заставить робота работать, даже с ограниченными ресурсами. Некоторыми хорошо известными примерами роботов, разработанных с использованием Arduino, являются робот K’Nex, следующий за стеной, и робот-манипулятор SCARA.

   

• Аудио : От Hi-Fi до наушников, все зависит от качества звука. К сожалению, Arduino не подходят для аудио, но вы можете использовать их для добавления аудиоэлемента в свои проекты.

   

• Инструменты : Вы можете проектировать такие устройства, как печатные фермы, 3D-принтеры, станки с ЧПУ, лазерные граверы и т. д., используя Arduino.

   

• Сеть : Большинство плат Arduino предлагают встроенные сетевые возможности, обычно в виде порта Ethernet. Вы можете использовать эту возможность в различных проектах, таких как IoT и проекты регистрации данных.

   

• GPS: Вы можете использовать Arduino для отслеживания устройств и транспортных средств и создания одного из самых впечатляющих приложений, использующих GPS.

Что ж, нет предела его применению, но мы упомянули лишь некоторые из них.

Заключение

Что такое Arduino? Это ваш первый шаг в разработке новых творческих приложений и электронных проектов.