Arduino - під цією назвою об`єднано кілька популярних друкованих плат, які мають стандартизоване розташування всіх висновків для мікроконтролерів, а також однакові габарити в межах однієї моделі продукту. Деякі з них мають додаткові елементи, що дозволяють здійснювати контроль напруги живлення, що подається і USB, який завдяки своїй універсальності може і заряджати плату, і використовуватися для зв`язку мікроконтролера з комп`ютером. Однією з найкращих варіацій сімейства цих плат є модель Arduino UNO R3.
Загальний вигляд плати
На фото можна побачити як стандартні підписи, нанесені при виготовленні самої плати, так і додані за допомогою графічного редактора. Справа в тому, що для роботи в схемах використовуються всі складові, але так як не всі вони були підписані, довелося виправити цю несправедливість. Тепер переходимо до пояснення схематичного малюнка, що за що відповідає на ньому. Варто добре розглянути Arduino UNO R3, схема цієї плати представлена в багатьох книгах-посібниках, але для повноти статті публікується і тут.
Нижче вся зображена інформація буде представлена у вигляді схематичного малюнка, який вельми сильно відрізняється від візуального образу плати. Але такі відмінності анітрохи не впливають на якість роботи з друкованою платою, необхідно тільки зрозуміти принцип її роботи, і ви побачите, що тут нічого складного немає.
Як МК і комп`ютер бачать один одного
Для коректного функціонування Arduino UNO R3 драйвер для нього повинен бути встановлений на комп`ютері, що працює з платою. Вибір драйвера залежить від операційної системи. Існує окремий ПО для Arduino UNO R3: драйвер Windows 7, Windows Vista і XP. Тобто за допомогою будь-якої апаратури, на яку встановлені ці операційні системи, можна працювати з друкованою платою. Arduino UNO R3 сумісний з усіма компьютерами, випущеними з нульових.
Майже всі видимі висновки з`єднані безпосередньо з мікро контролером. Частина з них може бути як доступною для підключення, так і задіяна у внутрішній схемою. Висновок USB може використовуватися для подачі живлення напругою 5 В, а також для обміну інформацією з комп`ютером, який в такому випадку розпізнає пристрій як неодночасний послідовний порт.
З технічного боку, для мікроконтролера комп`ютер і «спілкування» з ним - це теж асинхронний послідовний порт, за допомогою якого йде обмін даними. Підключити Arduino UNO R3 своїми руками нескладно, тут основна заковика - зрозуміти, як відбувається сам процес обміну даними, які його особливості. Про це ви зможете прочитати далі.
Напруга для роботи плати
Робоча напруга становить 5 В. Але вхід для зовнішнього живлення розрахований на 7-12 В. Експериментально було встановлено, що для роботи вистачає мінімальної напруги 6 В, а максимум, який плата може витримати, - 20 В. Але краще не відхилятися від рекомендованих параметрів , щоб не було небажаних ситуацій, як-то вихід з ладу і йому подібні варіанти, залежні від подачі напруги.
Система енергопостачання влаштована таким чином, що відбувається автоматичне перемикання з USB-порту на інше джерело енергії, якщо останній подає більше 6,7 В. Такі вимоги до наданого напрузі для Arduino UNO R3, схема підключення і харчування були розроблені для оптимальної роботи плати.
Переваги роботи з різними напругами цим не обмежуються. Плата Arduino UNO R3 може змусити працювати МК і на більш низькому (3,3 В) напрузі, але тільки через те, що він сам функціонує на частоті 8 Гц. Плата ж вимагає 16 Гц і, відповідно, більшої напруги.
Коротка інформація про висновки
Вони на платі двох типів: аналогові і цифрові. Цифрові позначаються літерою D (0-13), і їх налічують 14 штук. Тоді як аналогових шість, і позначаються вони буквою А (0-5). Загальна нумерація починається з D, і 15-й висновок нумерується А0, 16-й пронумерований як А1. Цифровий висновок можна використовувати в якості як входу, так і виходу, тоді як аналоговий допустимо пріменіять тільки в якості входу.
Для чого призначені висновки?
IOREF видає необхідне для роботи напруга - 5 В.
D0 і D2 використовуються для обміну даними за допомогою асинхронного послідовного порту. Вони підключені до USB-контролеру. Але при цьому слід бути обережним, адже їх не можна безпосередньо підключити до порту RS. Для підключення необхідно зробити перетворення, яке силами цих висновків не здійснюється. Інформація по підключенню Arduino UNO R3 (інструкція) знаходиться в кінці статті.
Також висновок D2 або D3 можна використовувати, щоб викликати зовнішнє переривання.
D3, D5, D6, D9, D10 і D11 завдяки тому, що вони пов`язані з лічильниками на самому мікроконтролері, використовуються для сигналу широтно-імпульсної модуляції, а також як лічильники для зовнішніх імпульсів.
D10-D13 необхідні, щоб МК міг працювати зі сторонніми пристроями за допомогою протоколу SPI. Якщо мікроконтролер є веденим в конструкції, то використовується D10.
Можливості введення-виведення
Завдяки аналоговим входам можна виміряти напругу подається сигналу. З їх допомогою реально змайструвати навіть осцилограф, який, правда, буде обмежувати процесора. Цифрові висновки здатні як генерувати сигнал, так і приймати його. Можуть вони працювати і з ШІМ-сигналами, тому їх використовують для управління двигуном або пристроєм генерування звуку. Також їх використовують для «спілкування» з іншими пристроями на зразок однопровідною шини, асинхронного послідовного порту, SPI, I2C. Завдяки конструктивним особливостям підключення I2C і SPI можливо навіть на одну шину.
Для обміну якого типу даних і в яких випадках використовуються різні висновки?
Аналогові пристрої використовуються для обміну даними з сенсорами різного типу. Майже всі види сенсорів при роботі підключаються саме через них.
За допомогою SPI цифрові пристрої можуть працювати в тих випадках, коли необхідна висока швидкість передачі всіх даних. Такий обмін використовується при роботі з мережами Ethernet, Wi-Fi.
Техніка безпеки при подачі струму
Для уникнення ситуації, коли плата виходить з ладу, необхідно знати особливості роботи техніки, в тому числі і максимальне навантаження, яку можна давати на окремий висновок, групу висновків і сам МК. Максимальні значення напруг складають:
- На одному висновку мікроконтролера струм повинен мати напругу не більше 40 мА.
- На одній групі висновків поточний струм не повинен перевищити позначку 100 мА. Самих груп висновків три.
- Одночасний ток на мікроконтролері не повинен перевищити позначку 200 мА.
Інструкція по налаштуванню
Перш ніж працювати з самої платою, її необхідно підготувати. Умовно можна виділити такі етапи підготовки: покупка кабелю для зв`язку між МК і комп`ютером, підготовка необхідного софта для роботи, установка драйверів і програмного продукту; з подальшою його налаштуванням. Загальна послідовність дій буде виглядати таким чином:
- Кабель, який необхідний для роботи, має типи роз`ємів А-В. Якщо у вас є принтер, то зовсім не обов`язково йти в магазин, щоб купити кабель. Останній можна запозичити з принтера. У такому влаштуванні він використовується для з`єднання з комп`ютером.
- З сайту розробника скачати останні версії ПЗ, в тому числі і середовище розробки. Останні версії рекомендуються тому, що в них виправлені проблеми і баги попередніх.
- Встановити з`єднання між Arduino UNO R3 і комп`ютером за допомогою кабелю. В налаштуваннях позначено, щоб плата автоматично використовувала USB як джерело живлення для свого функціонування і своєї роботи.
- За допомогою кабелю встановити всі необхідні драйвера. Операційна система повинна спробувати сама встановити оновлення, але якщо вона не змогла, то становище можна виправити за допомогою ручної установки: "Пуск" - "Панель управління" - "Система і безпека" - "Диспетчер пристроїв" - "Порти". Далі вибрати плату. Натиснути на кнопку поновлення вручну, вказати комп`ютеру, де знаходяться драйвера, і дочекатися установки. Вибирати для установки на комп`ютер необхідно файл arduino.inf, який і є необхідним для роботи. Він буде розташовуватися в директорії arduino-1.0 - "Двайвера" - "Драйвер для USB".
- Провести всі настройки, необхідність яких визначається актуальністю версії програмного забезпечення, і в якості тесту спробувати написати програму, щоб упевнитися в правильності установки і потім складати на Arduino UNO R3 проекти різної складності. Якщо мова інтерфейсу не такий, яким хотілося б бачити, то його можна змінити в настройках. Серед того, що необхідно зробити в першу чергу: вказати модель підключеної плати і вибрати послідовний порт, до якого вона підключена. Всі технічні напрацювання, які будуть зроблені під час роботи, збережуться в папку "Мої документи" того користувача, який використовував програму.
