Arduino - Khái niệm cơ bản và thiết kế

Arduino - Khái niệm cơ bản và thiết kế

Định nghĩa Arduino

Arduino thực sự là một bộ công cụ dựa trên vi điều khiển có thể được sử dụng trực tiếp bằng cách mua từ nhà cung cấp hoặc có thể được sản xuất tại nhà bằng cách sử dụng các thành phần, do tính năng phần cứng nguồn mở của nó. Về cơ bản, nó được sử dụng trong truyền thông và điều khiển hoặc vận hành nhiều thiết bị. Nó được thành lập bởi Massimo Banzi và David Cuartielles vào năm 2005.

1



Kiến trúc Arduino:

Bộ xử lý của Arduino về cơ bản sử dụng kiến ​​trúc Harvard nơi mã chương trình và dữ liệu chương trình có bộ nhớ riêng biệt. Nó bao gồm hai bộ nhớ - Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Mã được lưu trong bộ nhớ chương trình flash, trong khi dữ liệu được lưu trong bộ nhớ dữ liệu. Atmega328 có 32 KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong đó 0,5 KB được sử dụng cho bộ nạp khởi động), 2 KB SRAM và 1 KB EEPROM và hoạt động với tốc độ xung nhịp 16MHz.




Kiến trúc Arduino

Kiến trúc Arduino

Sơ đồ chân Arduino

Ví dụ điển hình về board Arduino là Arduino Uno. Nó bao gồm ATmega328- một vi điều khiển 28 chân.



Sơ đồ chân Arduino

Sơ đồ chân Arduino

Arduino Uno bao gồm 14 chân đầu vào / đầu ra kỹ thuật số (trong đó 6 chân có thể được sử dụng làm đầu ra PWM), 6 đầu vào tương tự, bộ dao động tinh thể 16 MHz, kết nối USB, giắc cắm nguồn, tiêu đề ICSP và nút đặt lại

Jack nguồn : Arduino có thể được cấp nguồn từ máy tính thông qua USB hoặc thông qua nguồn bên ngoài như bộ chuyển đổi hoặc pin. Nó có thể hoạt động trên nguồn cung cấp bên ngoài từ 7 đến 12V. Nguồn có thể được cấp bên ngoài thông qua chân Vin hoặc bằng cách cung cấp điện áp tham chiếu qua chân IORef.



Đầu vào kỹ thuật số : Nó bao gồm 14 chân đầu vào / đầu ra kỹ thuật số, mỗi chân cung cấp hoặc chiếm dòng điện 40mA. Một số trong số chúng có các chức năng đặc biệt như chân 0 và 1, hoạt động như Rx và Tx tương ứng, cho giao tiếp nối tiếp, chân 2 và 3-là ngắt bên ngoài, chân 3,5,6,9,11 cung cấp đầu ra pwm và chân 13 nơi đèn LED được kết nối.


Đầu vào analog : Nó có 6 chân đầu vào / đầu ra tương tự, mỗi chân cung cấp độ phân giải 10 bit.

ARef : Nó cung cấp tham chiếu đến các đầu vào tương tự

Cài lại : Nó đặt lại bộ vi điều khiển khi ở mức thấp.

Làm thế nào để lập trình Arduino?

Ưu điểm quan trọng nhất với Arduino là các chương trình có thể được tải trực tiếp vào thiết bị mà không yêu cầu bất kỳ lập trình viên phần cứng nào để ghi chương trình. Điều này được thực hiện vì sự hiện diện của 0.5KB Bootloader cho phép chương trình được ghi vào mạch. Tất cả những gì chúng ta phải làm là tải xuống phần mềm Arduino và viết mã.

Lập trình ArduinoCửa sổ công cụ Arduino bao gồm thanh công cụ với các nút như xác minh, tải lên, mới, mở, lưu, theo dõi nối tiếp. Nó cũng bao gồm một trình soạn thảo văn bản để viết mã, một khu vực thông báo hiển thị phản hồi như hiển thị lỗi, bảng điều khiển văn bản hiển thị kết quả đầu ra và một loạt các menu như menu Tệp, Chỉnh sửa, Công cụ.

5 bước để lập trình Arduino

  • Các chương trình được viết bằng Arduino được gọi là bản phác thảo. Một bản phác thảo cơ bản bao gồm 3 phần

1. Khai báo các biến
2. Khởi tạo: Nó được viết trong hàm setup ().
3. Mã điều khiển: Nó được viết trong hàm loop ().

  • Bản phác thảo được lưu với phần mở rộng .ino. Bất kỳ thao tác nào như xác minh, mở bản phác thảo, lưu bản phác thảo có thể được thực hiện bằng các nút trên thanh công cụ hoặc sử dụng menu công cụ.
  • Bản phác thảo nên được lưu trữ trong thư mục sổ phác thảo.
  • Chọn bảng thích hợp từ menu công cụ và số cổng nối tiếp.
  • Nhấp vào nút tải lên hoặc chọn tải lên từ menu công cụ. Do đó, mã được tải lên bởi bộ nạp khởi động vào bộ vi điều khiển.

Một số chức năng Adruino cơ bản là:

  • digitalRead (pin): Đọc giá trị kỹ thuật số tại chân đã cho.
  • Viết kỹ thuật số (pin, giá trị): Ghi giá trị kỹ thuật số vào chân đã cho.
  • pinMode (pin, chế độ): Đặt pin ở chế độ đầu vào hoặc đầu ra.
  • analogRead (pin): Đọc và trả về giá trị.
  • analogWrite (pin, giá trị): Ghi giá trị vào chân đó.
  • serial.begin (tốc độ baud): Đặt thời điểm bắt đầu giao tiếp nối tiếp bằng cách đặt tốc độ bit.

Làm thế nào để thiết kế Arduino của riêng bạn?

Chúng tôi cũng có thể thiết kế Arduino của riêng mình bằng cách làm theo giản đồ do nhà cung cấp Arduino đưa ra và cũng có sẵn trên các trang web. Tất cả những gì chúng ta cần là những thành phần sau - Một bảng mạch, một đèn led, một giắc cắm nguồn, một ổ cắm IC, một vi điều khiển, một vài điện trở, 2 bộ điều chỉnh, 2 tụ điện.

  • Ổ cắm IC và giắc cắm nguồn được gắn trên bo mạch.
  • Thêm mạch điều chỉnh 5v và 3.3v bằng cách sử dụng sự kết hợp của bộ điều chỉnh và tụ điện.
  • Thêm các kết nối nguồn thích hợp vào các chân của bộ vi điều khiển.
  • Kết nối chân đặt lại của ổ cắm IC với điện trở 10K.
  • Kết nối bộ dao động tinh thể với chân 9 và 10
  • Kết nối led với chân thích hợp.
  • Gắn các tiêu đề cái lên bảng và kết nối chúng với các chân tương ứng trên chip.
  • Gắn hàng 6 tiêu đề nam, có thể được sử dụng thay thế để tải lên chương trình.
  • Tải lên chương trình trên Vi điều khiển của Adruino được chế tạo sẵn, sau đó cạy nó ra và đặt lại vào bộ công cụ người dùng.

7 lý do tại sao Arduino đang được ưa chuộng ngày nay

  1. Nó không tốn kém
  2. Nó đi kèm với một tính năng phần cứng nguồn mở cho phép người dùng phát triển bộ công cụ của riêng họ bằng cách sử dụng bộ công cụ đã có sẵn làm nguồn tham khảo.
  3. Phần mềm Arduino tương thích với tất cả các loại hệ điều hành như Windows, Linux và Macintosh, v.v.
  4. Nó cũng đi kèm với tính năng phần mềm nguồn mở cho phép các nhà phát triển phần mềm có kinh nghiệm sử dụng mã Arduino để hợp nhất với các thư viện ngôn ngữ lập trình hiện có và có thể được mở rộng và sửa đổi.
  5. Nó rất dễ sử dụng cho người mới bắt đầu.
  6. Chúng tôi có thể phát triển một dự án dựa trên Arduino có thể hoàn toàn độc lập hoặc các dự án liên quan đến giao tiếp trực tiếp với phần mềm được tải trong máy tính.
  7. Nó đi kèm với một điều kiện dễ dàng kết nối với CPU của máy tính bằng cách sử dụng giao tiếp nối tiếp qua USB vì nó có chứa nguồn và mạch khởi động lại được tích hợp sẵn.

Vì vậy, đây là một số ý tưởng cơ bản về Arduino. Bạn có thể sử dụng nó cho nhiều loại ứng dụng. Ví dụ: trong các ứng dụng liên quan đến điều khiển một số thiết bị truyền động như động cơ, máy phát điện, dựa trên đầu vào từ cảm biến.

Tín dụng Ảnh:

  • Sơ đồ chân Arduino từ Flickr