Hướng dẫn cơ bản về Arduino cho người mới bắt đầu: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

1. Arduino là gì?

Arduino là một nền tảng cho các hệ thống nhúng, chủ yếu dựa trên vi điều khiển 8-bit của họ AVR. Ngoại lệ là Arduino Due, sử dụng lõi ARM Cortex 32-bit. Nói cách khác, nó là một bảng mạch in với một bộ vi điều khiển và các đầu ra của nó có khả năng vận hành các thiết bị bên ngoài, ví dụ như cảm biến, bộ điều khiển động cơ, màn hình, v.v. Nhờ đầu nối goldpin, các mô-đun có thể được kết nối bằng cách sử dụng cáp kết nối công khai.

Hầu hết các phiên bản của Arduino không yêu cầu bất kỳ lập trình viên bên ngoài nào. Tất cả những gì bạn cần làm là kết nối với máy tính bằng cáp miniUSB-USB.

Một trong những lợi thế của nền tảng này là môi trường miễn phí của riêng nó với vô số thư viện, ví dụ, hướng dẫn để xử lý nhiều loại thiết bị bên ngoài khác nhau.

2. Nền tảng dành cho ai?

Arduino dành cho cả người mới bắt đầu và lập trình viên điện tử nâng cao.

Người bắt đầu cuộc phiêu lưu với loại hệ thống này sẽ tiết kiệm rất nhiều thời gian và thần kinh khi cấu hình lập trình viên, kiểm tra kết nối và cài đặt trình điều khiển. Ai cũng biết rằng tốt nhất là học từ các ví dụ. Đối với Arduino, có rất nhiều trong số chúng trên trang web của dự án và trên toàn bộ Internet.

Người dùng cao cấp hơn sẽ thích nhiều thư viện, cả những thư viện mặc định (bao gồm: EEPROM, Ethernet, Display, Servo, SPI, TWI, WiFi), cũng như các tệp do nhà sản xuất mô-đun điện tử cung cấp (ví dụ nhà cung cấp của chúng tôi - Pololu).

Thí dụ:

Hỗ trợ cho màn hình LCD 16x2 phổ biến tóm gọn trong một vài dòng mã đơn giản:

Màn hình LCD LiquidCrystal (12, 11, 5, 4, 3, 2); // tăng số lượng khách hàng tiềm năng

lcd.begin (16, 2); // Chỉ định kiểu hiển thị 16 cột, 2 dòng

lcd.print ("Xin chào Thế giới"); // Cung cấp văn bản để hiển thị

Bạn có thể tìm thấy mã đầy đủ hiển thị dòng chữ "Hello World" và sơ đồ kết nối của màn hình tại: Arduino.cc.

3. Chọn phiên bản nào?

Việc lựa chọn phiên bản phụ thuộc vào mục đích sử dụng của mô-đun. Trong cửa hàng của chúng tôi có sẵn:

Bước 1: Arduino Uno R3

Arduino Uno R3

Phiên bản đơn giản nhất của mô-đun. Trên đĩa, bạn sẽ tìm thấy:

· Vi điều khiển Atmega328 (32kB Flash, SRAM 2kB, tốc độ đồng hồ 16MHz)

· 14 đầu vào / đầu ra kỹ thuật số - chẳng hạn như đèn LED, nút, màn hình, v.v. có thể được kết nối.

· 6 đầu ra PWM - ví dụ để điều khiển tốc độ quay của động cơ, thiết lập vị trí servo

· 6 đầu vào tương tự - cho phép vận hành tất cả các loại cảm biến, đầu dò với đầu ra tương tự

Giao diện giao tiếp:

· UART - một trong những cách dễ nhất để trao đổi dữ liệu với PC

· I2C / TWI - hỗ trợ cảm biến, mạch thời gian

· SPI - giao tiếp với đầu dò nhanh hoặc bộ nhớ bên ngoài

Nguồn cấp:

· USB hoặc nguồn bên ngoài (ví dụ: bộ chuyển đổi AC)

Arduino Uno là một lựa chọn tốt cho các dự án nhỏ, tương đối đơn giản. Bạn có thể thực hiện thành công nó, ví dụ, điều khiển động cơ, điều khiển ánh sáng với giao diện người dùng, màn hình LCD. Mô-đun này cũng được khuyến nghị cho người dùng bước vào thế giới vi điều khiển và hệ thống nhúng.

Bước 2: Arduino Leonardo

Arduino Leonardo

· Một phiên bản khác mà chúng ta có thể tìm thấy:

· Vi điều khiển ATmega32u4 (32kB Flash, 2,5kB SRAM, tốc độ đồng hồ 16MHz)

· 20 đầu vào / đầu ra kỹ thuật số - chẳng hạn như đèn LED, nút, màn hình, v.v. có thể được kết nối.

· 7 đầu ra PWM

· 12 đầu vào tương tự - nhiều hơn hai lần so với phiên bản Uno, điều đó có nghĩa là khả năng kết nối nhiều cảm biến hơn với đầu ra tương tự

Giao diện giao tiếp:

· UART - một trong những cách dễ nhất để trao đổi dữ liệu với PC

· I2C / TWI - hỗ trợ cảm biến, mạch thời gian

· SPI - giao tiếp với đầu dò nhanh hoặc bộ nhớ bên ngoài

· USB - cho phép bạn kết nối các thiết bị máy tính phổ biến

· Nguồn cung cấp: USB hoặc nguồn bên ngoài (ví dụ: bộ chuyển đổi AC)

Nếu dự án của chúng ta là sử dụng một thiết bị kết nối qua giao diện USB, thì Arduino Leonardo sẽ là sự lựa chọn hoàn hảo. Hệ thống có một bộ điều khiển USB tích hợp, giúp phân biệt nó với các bộ điều khiển khác.

Nhà sản xuất cũng cung cấp các phiên bản với "cấu hình thấp". Bo mạch không có đầu nối, người dùng có thể hàn chúng theo ý mình. Tất cả các phần tử nằm trong vỏ được hàn bề mặt. Tùy chọn này hữu ích khi dự án của chúng tôi phải tạo ra trong một không gian nhỏ.

Bước 3: Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560

Phiên bản được thiết kế để thực hiện các dự án mở rộng hơn. Nó có tới 54 đầu vào / đầu ra kỹ thuật số, nhiều bộ nhớ hơn và nhiều giao diện giao tiếp hơn Arduino UNO và Leonardo. Tấm chứa: ATmega2560 từ họ AVR (Flash 256kB, SRAM 8kB, tốc độ xung nhịp EEPROM 4kb 16MHz) 54 đầu vào / đầu ra kỹ thuật số đa năng 14 đầu ra PWM 16 đầu vào tương tự -Giao diện truyền thông: 4 xUART - một trong những cách dễ nhất để trao đổi dữ liệu với PCI2C / TWI - hỗ trợ cảm biến, mạch thời gianSPI - giao tiếp với đầu dò nhanh hoặc bộ nhớ ngoài Nguồn cấp: USB hoặc nguồn bên ngoài (ví dụ: bộ chuyển đổi AC) Mô-đun đắt hơn các phiên bản trước, nhưng có nhiều lựa chọn hơn. Vi điều khiển Atmega2560 có ngoại vi phong phú và dung lượng bộ nhớ lớn. 256kB Flash - cho phép bạn hỗ trợ mã mở rộng, 4kB EEPROMU để ghi nhiều dữ liệu.

Bước 4: Arduino Mega ADK

Arduino Mega ADK

Ngoài những ưu điểm của Arduino Mega, ADK còn có khả năng kết nối với hệ thống Android thông qua giao diện USB được điều khiển bởi chip MAX34210. Đặc điểm kỹ thuật của mô-đun tương tự như Arduino Mega:

· ATmega2560 từ gia đình AVR (Flash 256kB, SRAM 8kB, EEPROM 4kb tốc độ đồng hồ 16MHz)

· 54 đầu vào / đầu ra kỹ thuật số mục đích chung

· 14 đầu ra PWM

· 16 đầu vào tương tự

Giao diện giao tiếp:

· 4 xUART - một trong những cách dễ nhất để trao đổi dữ liệu với PC

· I2C / TWI - hỗ trợ cảm biến, mạch thời gian

· SPI - giao tiếp với đầu dò nhanh hoặc bộ nhớ bên ngoài

· Nguồn cung cấp: USB hoặc nguồn bên ngoài (ví dụ: bộ chuyển đổi AC)

Phiên bản ADK được thiết kế cho các dự án sử dụng giao tiếp với Android. Bộ điều khiển USB tích hợp cũng cho phép bạn kết nối máy ảnh, bộ điều khiển trò chơi hoặc bộ điều khiển chuyển động.

Bước 5: Arduino Leonardo Ethernet

Arduino Leonardo Ethernet

Ưu điểm chính của mô-đun là kết nối mạng dễ dàng. Mô-đun có ổ cắm mạng với bộ điều khiển Ethernet. Trên bo mạch còn có khe cắm thẻ nhớ microSD. Đặc điểm kỹ thuật tương tự như Arduino Leonardo:

· Vi điều khiển Atmega32u4 (32kB Flash, 2,5kB SRAM, · Tốc độ đồng hồ 16MHz)

· 20 đầu vào / đầu ra kỹ thuật số - chẳng hạn như đèn LED, nút, màn hình, v.v. có thể được kết nối.

· 7 đầu ra PWM - ví dụ để điều khiển tốc độ quay của động cơ, thiết lập vị trí servo

· 12 đầu vào tương tự - cho phép vận hành tất cả các loại cảm biến, đầu dò với đầu ra tương tự

Giao diện giao tiếp:

· UART - một trong những cách dễ nhất để trao đổi dữ liệu với PC

· I2C / TWI - hỗ trợ cảm biến, mạch thời gian

· SPI - giao tiếp với đầu dò nhanh hoặc bộ nhớ bên ngoài

· Nguồn: nguồn bên ngoài (ví dụ: bộ chuyển đổi AC)

Phiên bản Ethernet được thiết kế cho các dự án yêu cầu kết nối mạng. Sự tiện lợi còn là khe cắm thẻ nhớ microSD tích hợp, trên đó có thể lưu trữ nhiều dữ liệu hơn là trong bộ nhớ của chính bộ vi điều khiển.

Bước 6: Đến hạn Arduino

Arduino Đến hạn

Nhờ Arduino Due, người dùng có thể tạo hệ thống bằng vi điều khiển ARM 32-bit Cortex M3 dựa trên các thư viện Arduino. Đặc điểm kỹ thuật như sau:

· Điện áp cung cấp: 7V đến 12V (khuyến nghị), 6V-20V (tối đa)

· Mikrokontroler: AT91 SAM3X8E, rdzeń 32-bit ARM Cortex M3

· Tần số đồng hồ tối đa: 84MHz

· Bộ nhớ SRAM: 96 kB Bộ nhớ flash: 512 kB

· Pins I / O: 54

· Kênh PWM: 12

· Số lượng đầu vào tương tự: 12 (kênh chuyển đổi A / D)

· Bộ chuyển đổi D / A (kỹ thuật số-tương tự)

· Bộ điều khiển DMA

· Giao diện nối tiếp: UART, SPI, I2C, CAN, USB

· Trình gỡ lỗi JTAG

Bo mạch dành riêng cho những người dùng muốn làm quen với các giải pháp mới nhất trong thế giới vi điều khiển. Nó chắc chắn có nhiều khả năng hơn các phiên bản dựa trên AVR, các mạch ngoại vi phong phú, bao gồm cả bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự.

Ngoài những điều trên, Arduino còn cung cấp:

Arduino Zero M0 Pro - 32 bit Cortex M0 - Mô-đun vi điều khiển 32 bit Atmel ATSAMD21G18 được trang bị lõi ARM Cortex M-0. Nó có bộ nhớ Flash 256 KB, RAM 32 KB, 14 I / Os kỹ thuật số, 12 kênh PWM, 6 đầu vào tương tự và một đầu ra, và các giao diện truyền thông phổ biến. Mô-đun hoạt động với 3,3 V.

Arduino Yún - WiFi - Kết nối Arduino và hệ thống Linux. Mô-đun dựa trên hệ thống ATmega32u4 được sử dụng trong Leonardo cho phép bạn lập trình và điều khiển thiết bị không dây qua mạng WiFi và thư viện thích hợp. Ngoài ra còn có phiên bản Arduino Yun PoE - được cấp nguồn từ mạng Ethernet.

Arduino Micro - một mô-đun thu nhỏ dựa trên Arduino Leonardo, có đặc điểm là kích thước nhỏ. Nó có vi điều khiển AVR Atmega32U4. Được trang bị 20 I / O kỹ thuật số và các giao diện truyền thông phổ biến.

4. Ví dụ về việc sử dụng

- Arduino và định hướng trong không gian ba chiều.

Ví dụ về việc sử dụng con quay hồi chuyển 3 trục, gia tốc kế và từ kế (hệ thống MinImu9) để định hướng trong không gian 3D.

- Arduino và màn hình LCD.

Hỗ trợ màn hình LCD với bộ điều khiển HD44780 sử dụng mô-đun Arduino.

- Điều khiển động cơ DC sử dụng nền tảng Arduino.

Ví dụ về mô-đun xử lý (cầu H) được sử dụng để điều khiển hướng và tốc độ của động cơ điện một chiều.

- Kết nối với mạng Ethernet

Kết nối Arduino với mô-đun Ethernet ENC28J60.