Arduino - Nozioni di base e design

Definizione di Arduino

Un Arduino è in realtà un kit basato su microcontrollore che può essere utilizzato direttamente acquistando dal fornitore o può essere realizzato a casa utilizzando i componenti, grazie alla sua funzionalità hardware open source. Fondamentalmente è utilizzato nelle comunicazioni e nel controllo o nel funzionamento di molti dispositivi. È stata fondata da Massimo Banzi e David Cuartielles nel 2005.

Architettura Arduino:

Il processore di Arduino utilizza fondamentalmente l'architettura di Harvard in cui il codice e i dati del programma hanno una memoria separata. Consiste di due memorie: la memoria del programma e la memoria dei dati. Il codice è memorizzato nella memoria del programma flash, mentre i dati sono memorizzati nella memoria dei dati. L'Atmega328 ha 32 KB di memoria flash per la memorizzazione del codice (di cui 0,5 KB è utilizzato per il bootloader), 2 KB di SRAM e 1 KB di EEPROM e funziona con una velocità di clock di 16MHz.

Architettura Arduino

Diagramma dei pin di Arduino

Un tipico esempio di scheda Arduino è Arduino Uno. Consiste di ATmega328, un microcontrollore a 28 pin.

Diagramma dei pin di Arduino

Arduino Uno è costituito da 14 pin di ingresso / uscita digitali (di cui 6 possono essere utilizzati come uscite PWM), 6 ingressi analogici, un oscillatore a cristallo da 16 MHz, una connessione USB, un jack di alimentazione, un'intestazione ICSP e un pulsante di ripristino

Jack di alimentazione : Arduino può essere alimentato dal PC tramite USB o tramite una sorgente esterna come un adattatore o una batteria. Può funzionare con un'alimentazione esterna da 7 a 12V. L'alimentazione può essere applicata esternamente tramite il pin Vin o fornendo il riferimento di tensione tramite il pin IORef.

Ingressi digitali : Consiste di 14 pin di input / output digitali, ciascuno dei quali fornisce o assorbe una corrente di 40 mA. Alcuni di loro hanno funzioni speciali come i pin 0 e 1, che agiscono rispettivamente come Rx e Tx, per la comunicazione seriale, i pin 2 e 3, che sono interrupt esterni, i pin 3,5,6,9,11 che forniscono l'uscita pwm e il pin 13 dove il LED è collegato.

Ingressi analogici : Dispone di 6 pin di ingresso / uscita analogici, ciascuno con una risoluzione di 10 bit.

Aef : Fornisce riferimento agli ingressi analogici

Ripristina : Ripristina il microcontrollore quando è basso.

Come programmare un Arduino?

Il vantaggio più importante con Arduino è che i programmi possono essere caricati direttamente sul dispositivo senza richiedere a nessun programmatore hardware di masterizzare il programma. Ciò avviene grazie alla presenza dei 0.5KB di Bootloader che permette di masterizzare il programma nel circuito. Tutto quello che dobbiamo fare è scaricare il software Arduino e scrivere il codice.

La finestra degli strumenti di Arduino è costituita dalla barra degli strumenti con i pulsanti come verifica, carica, nuovo, apri, salva, monitor seriale. Consiste anche di un editor di testo per scrivere il codice, un'area messaggi che mostra il feedback come mostrare gli errori, la console di testo che mostra l'output e una serie di menu come il menu File, Modifica, Strumenti.

5 passaggi per programmare un Arduino

• I programmi scritti in Arduino sono noti come schizzi. Uno schizzo di base è composto da 3 parti

1. Dichiarazione di variabili
2. Inizializzazione: è scritto nella funzione setup ().
3. Codice di controllo: è scritto nella funzione loop ().

• Lo schizzo viene salvato con estensione .ino. Qualsiasi operazione come la verifica, l'apertura di uno schizzo, il salvataggio di uno schizzo può essere eseguita utilizzando i pulsanti sulla barra degli strumenti o utilizzando il menu degli strumenti.
• Lo schizzo dovrebbe essere memorizzato nella directory dello sketchbook.
• Scegli la scheda corretta dal menu strumenti e i numeri di porta seriale.
• Fai clic sul pulsante di caricamento o scegli Carica dal menu Strumenti. Così il codice viene caricato dal bootloader sul microcontrollore.

Alcune delle funzioni di base di Adruino sono:

• digitalRead (pin): legge il valore digitale sul pin specificato.
• digitalWrite (pin, value): scrive il valore digitale sul pin specificato.
• pinMode (pin, mode): imposta il pin sulla modalità input o output.
• analogRead (pin): legge e restituisce il valore.
• analogWrite (pin, value): scrive il valore su quel pin.
• serial.begin (velocità di trasmissione): imposta l'inizio della comunicazione seriale impostando la velocità di trasmissione.

Come progettare il tuo Arduino?

Possiamo anche progettare il nostro Arduino seguendo lo schema fornito dal fornitore di Arduino e disponibile anche sui siti web. Tutto ciò di cui abbiamo bisogno sono i seguenti componenti: una breadboard, un led, un jack di alimentazione, una presa IC, un microcontrollore, alcune resistenze, 2 regolatori, 2 condensatori.

• La presa IC e il jack di alimentazione sono montati sulla scheda.
• Aggiungi i circuiti del regolatore 5v e 3,3v utilizzando le combinazioni di regolatori e condensatori.
• Aggiungere i collegamenti di alimentazione adeguati ai pin del microcontrollore.
• Collegare il pin di ripristino della presa IC a una resistenza da 10K.
• Collegare gli oscillatori a cristallo ai pin 9 e 10
• Collegare il led al pin appropriato.
• Montare i connettori femmina sulla scheda e collegarli ai rispettivi pin sul chip.
• Montare la fila di 6 intestazioni maschili, che possono essere utilizzate come alternativa per caricare i programmi.
• Carica il programma sul microcontrollore del readymade Adruino, quindi fai leva e rimettilo sul kit utente.

7 motivi per cui Arduino viene preferito in questi giorni

1. È poco costoso
2. Viene fornito con una funzionalità hardware open source che consente agli utenti di sviluppare il proprio kit utilizzando uno già disponibile come fonte di riferimento.
3. Il software Arduino è compatibile con tutti i tipi di sistemi operativi come Windows, Linux e Macintosh ecc.
4. Inoltre è dotato di funzionalità software open source che consente agli sviluppatori di software esperti di utilizzare il codice Arduino per fondersi con le librerie del linguaggio di programmazione esistenti e può essere esteso e modificato.
5. È facile da usare per i principianti.
6. Possiamo sviluppare un progetto basato su Arduino che può essere completamente stand alone o progetti che prevedono una comunicazione diretta con il software caricato nel computer.
7. Viene fornito con una facile disposizione per il collegamento con la CPU del computer utilizzando la comunicazione seriale su USB poiché contiene circuiti di alimentazione e ripristino integrati.

Quindi questa è un'idea di base per quanto riguarda un Arduino. Puoi usarlo per molti tipi di applicazioni. Ad esempio in applicazioni che implicano il controllo di alcuni attuatori come motori, generatori, in base all'input dei sensori.

Credito foto:

• Diagramma dei pin di Arduino da Flickr