Ассистент

ARDUINO

Описание

ARDUINO

Тема: Хобби
Описание: Сообщество для кого это слово что-то значит.
Создана: 28.11.2016 22:59:37
Участников: 3
Тип группы: Это открытая группа. В неё может вступить любой желающий.
Это видимая группа. Ее наличие видно всем пользователям.
Живая лента
Виктор UA6EM ARDUINO
Сообщение Wiki
Урок 3. Установка программного обеспечения Arduino IDE, подключение платы к компьютеру.

Урок 3. Установка программного обеспечения Arduino IDE, подключение платы к компьютеру.

В уроке рассказывается, как установить программное обеспечение для работы с системой Ардуино под Windows 7, как подключить плату к компьютеру и загрузить первую программу. Оригинал статьи опубликован на сайте автора

Для установки программного обеспечения и подключения контроллера Arduino UNO R3 к компьютеру необходимы:

  • плата контроллера;
  • USB кабель (обычно дается в комплекте);
  • персональный компьютер с ОС Windows, подключенный к интернету.

Плата может получать питание от USB порта компьютера, поэтому внешний блок питания не требуется.



Установка интегрированной среды разработки  Arduino IDE.

Прежде всего, необходимо загрузить последнюю версию программы. Загрузить ZIP архив можно с официального сайта поддержки систем Ардуино по этой ссылке. Необходимо выбрать строку с нужной операционной системой – Windows ZIP file...

Создать папку, например Arduino, и распаковать в нее zip файл.


Подключение платы Ардуино.

С помощью USB кабеля подключите плату к компьютеру. Должен загореться светодиод (с маркировкой ON), показывающий, что на плату поступает питание.

Установка драйвера.

Мне известны платы Arduino UNO R3 использующие в качестве моста USB-UART

  • микросхему ATmega16U2  (оригинальный вариант)
  • микросхему CH340G (китайский клон).

Процессы установки драйверов для этих вариантов отличаются.


Установка драйвера для ARDUINO UNO с преобразователем интерфейсов ATmega16U2.

После подключения платы к компьютеру Windows сама начнет процесс установки драйвера. Через некоторое время появится сообщение о неудачной попытке.

Драйвер надо устанавливать вручную.  Для этого переходим  Пуск –> Панель управления –> Система –> Диспетчер устройств.

В разделе Порты (COM и LPT) должно быть устройство  Arduino UNO с предупреждающим желтым значком.

Щелкаем правой кнопкой мыши по значку.

Выбираем Обновить драйвер.

Дальше Выполнить поиск драйверов на этом компьютере.

Вручную указать место размещения драйвера. Файл ArduinoUNO.inf находится в каталоге Drivers папки, куда распакован архив.

В разделе Порты (COM и LPT) появляется новый, виртуальный COM. Его номер надо запомнить.


Установка драйвера для ARDUINO UNO с преобразователем интерфейсов CH340G (китайский клон). После подключения платы к компьютеру, Windows сама начнет процесс установки драйвера
Через некоторое время появится сообщение о неудачной попытке.

Драйвер надо устанавливать вручную.  Для этого переходим  Пуск –> Панель управления –> Система –> Диспетчер устройств.

Появилось новое устройство USB2.0-Serial с желтым предупреждающим значком.

Запускаем установочный файл ch341ser.exe.

Выбираем INSTALL.

Ждем сообщение об успешной установке.В диспетчере устройств появляется новое устройство USB-SERIAL CH340.

Необходимо запомнить номер COM порта.

Запуск интегрированной среды разработки Arduino IDE.

Запускаем файл arduino.exe.

Выбираем тип платы Ардуино:  Инструменты -> Плата -> Arduino UNO.

Необходимо указать номер COM порта: Инструменты -> Порт.

Для проверки работы системы можно запустить первый скетч – мигающий светодиод. Для этого: Файл -> Примеры -> 01.Basics -> Blink.

Нажимаем кнопку Загрузка.

Ждем пока программа загрузится и светодиод  на плате, обозначенный букой L, начинает мигать примерно раз в секунду. Значит все сделали правильно.

В следующем уроке получим минимальные знания о языке программирования для Ардуино - языке C++.


Виктор UA6EM ARDUINO
Сообщение Wiki
Урок 2. Плата Arduino UNO R3. Описание, характеристики.

Урок 2. Плата Arduino UNO R3. Описание, характеристики.



В статье рассказывается о контроллере Arduino UNO R3, выбранном для демонстрации программ уроков. Сейчас не обязательно внимательно изучать эту информацию. Рекомендую бегло просмотреть, чтобы иметь понятие об аппаратной части системы. В дальнейшем эту статью можно использовать как справочную информацию.
В качестве контроллера для программ уроков я выбрал плату Arduino UNO R3. Но ничего не мешает использовать и другие платы. Просто UNO R3 самый распространенный вариант контроллеров Ардуино.


Общая информация о контроллере.

Arduino UNO R3 выполнен на микроконтроллере  ATmega328. У него:

  • 14 цифровых портов входа-выхода ( 6 из них поддерживают режим ШИМ модуляции);
  • 6 аналоговых входов;
  • частота тактирования 16 МГц;
  • USB порт;
  • разъем питания;
  • разъем внутрисхемного программирования;
  • кнопка сброса.

У платы есть все необходимые компоненты для обеспечения работы микроконтроллера. Достаточно подключить USB кабель к компьютеру и подать питание. Микроконтроллер установлен на колодке, что позволяет легко заменить его в случае выхода из строя.

Технические характеристики.
Тип микроконтроллера ATmega328P
Напряжение питания микроконтроллера 5 В
Рекомендуемое напряжение питания платы 7 – 12 В
Предельно допустимое напряжение питания платы 6 – 20 В
Цифровые входы-выходы 14 (из них 6 поддерживают ШИМ)
Выходы ШИМ модуляции 6
Аналоговые входы 6
Допустимый ток цифровых выходов 20 мА
Допустимый ток выхода 3,3 В 50 мА
Объем флэш памяти (FLASH) 32 кБ (из которых 0,5 кБ используется загрузчиком)
Объем оперативной памяти (SRAM) 2 кБ
Объем энергонезависимой памяти (EEPROM) 1 кБ
Частота тактирования 16 мГц
Длина платы 68,6 мм
Ширина платы 53,4 мм
Вес 25 г


Программирование.

Контроллер программируется из интегрированной среды программного обеспечения Ардуино (IDE). Программирование происходит под управлением резидентного загрузчика по протоколу STK500. Аппаратный программатор при этом не требуется.

Микроконтроллер можно запрограммировать через разъем для внутрисхемного программатора ICSP, не используя, загрузчик. Исходный код программы-загрузчика  находится в свободном доступе.


Отличие от других контроллеров Ардуино.

Arduino UNO R3, в отличие от предыдущих версий, не использует для подключения к компьютеру мост USB-UART FTDI. Эту функцию в нем выполняет микроконтроллер ATmega16U2.

Система питания.

Плата UNO может получать питание от USB порта или от внешнего источника. Источник питания выбирается автоматически. В качестве внешнего источника питания может использоваться сетевой адаптер или батарея. Адаптер подключается через разъем диаметром 2,1 мм (центральный контакт – положительный). Батарея подключается к контактам GND и Vin разъема POWER.

Напряжение внешнего источника питания может быть в диапазоне 6 – 20 В. Но рекомендуется не допускать снижение напряжения ниже 7 В из-за нестабильной работы устройства. Также не желательно повышать напряжение питания более 12 В, т.к. может перегреется стабилизатор и выйти из строя. Т.е. рекомендуемый диапазон напряжения питания 7 – 12 В.

Для подключения питания могут быть использованы следующие выводы.


Vin Питание платы от внешнего источника питания. Не связано с питанием 5 В от USB или выходами других стабилизаторов. Через этот контакт можно получать питание для своего устройства, если плата питается от адаптера.
5 V Выход стабилизатора напряжения платы. На нем напряжение 5 В при любом способе питания. Питать плату через этот вывод не рекомендуется, т.к. не используется стабилизатор, что может привести к выходу микроконтроллера из строя.
3 V 3 Напряжение 3,3 В от стабилизатора напряжения на плате. Предельно допустимый ток потребления от этого вывода 50 мА.
GND Общий провод.
IOREF На выводе информация о рабочем напряжении платы. Плата расширения может считать значение сигнала и переключиться на режим питания 5 В или 3,3 В.
Память.

У микроконтроллера три типа памяти:

  • 32 кБ флэш  (FLASH);
  • 2 кБ оперативной памяти (SRAM);
  • 1 кБ энергонезависимой памяти (EEPROM).
Входы и выходы.

Каждый из 14 цифровых выводов может быть использован в качестве выхода или входа. Уровень напряжения на выводах 5 В. Рекомендовано вытекающий и втекающий ток каждого вывода ограничивать на уровне 20 мА. Предельно допустимое значение этого параметра составляет 40 мА. Каждый вывод имеет внутренний подтягивающий резистор сопротивлением 20-50 кОм. Резистор может быть отключен программно.

Некоторые выводы могут выполнять дополнительные функции.

Последовательный интерфейс: выводы 0 (Rx) и 1 (Tx). Используются для приема (Rx) и передачи (Tx) последовательных данных логических уровней TTL. Эти выводы подключены к выводам передачи данных микросхемы ATmega16U2, используемой в качестве моста USB-UART.

Внешние прерывания: выводы 2 и 3. Эти выводы могут быть использованы как входы внешних прерываний. Программно могут быть установлены на прерывание по низкому уровню, положительному или отрицательному фронту, или на изменение уровня сигнала.

ШИМ: выводы 3, 5, 6, 9, 10, 11. Могут работать в режиме ШИМ модуляции с разрешением 8 разрядов.

Последовательный интерфейс SPI: выводы 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK).

Светодиод: вывод 13. Светодиод, подключенный к выводу 13. Светится при высоком уровне сигнала на выводе.

Интерфейс TWI: вывод A4 или SDA и A5 или SCL. Коммуникационный интерфейс TWI.

У платы Arduino UNO есть 6 аналоговых входов, обозначенных A0-A5. Разрешающая способность аналогового цифрового преобразования 10 разрядов. По умолчанию, входное напряжение измеряется относительно земли в диапазоне 0-5 В, но может быть изменено с помощью вывода AREF и программных установок.

Еще 2 вывода платы имеют функции:

AREF. Опорное напряжение АЦП микроконтроллера.

RESET. Низкий уровень на этом выводе вызывает сброс микроконтроллера.

Коммуникационные интерфейсы.

Модуль Arduino UNO имеет средства для связи с компьютером, с другой платой UNO или с другими микроконтроллерами. Для этого на плате существует интерфейс UART с логическими уровнями TTL (5 В), связанный с выводами 0 (RX) и 1(TX). Микросхема ATmega16U2 на плате связывает UART интерфейс с USB портом компьютера. При подключении к порту компьютера, появляется виртуальный COM порт, через который программы компьютера работают с  Ардуино. Прошивка ATmega16U2 использует стандартные драйверы USB-COM и установка дополнительных драйверов не требуется. Для операционной системы Windows необходим соответствующий .inf файл. В интегрированную среду программного обеспечения Ардуино (IDE) включен монитор обмена по последовательному интерфейсу, который позволяет посылать и получать с платы простые текстовые данные. На плате есть светодиоды RX и TX, которые индицируют состояние соответствующих сигналов для связи через USB (но не для последовательного интерфейса на выводах 0 и 1).

Микроконтроллер ATmega328 также поддерживает коммуникационные интерфейсы I2C (TWI) и SPI.


Автоматический (программный)  сброс.

Для того, чтобы не приходилось каждый раз перед загрузкой программы нажимать кнопку сброс, на плате UNO реализована аппаратная функция сброса, инициируемая с подключенного компьютера. Один из сигналов управления потоком данных (DTR) микросхемы ATmega16U2 подключен к выводу сброса микроконтроллера ATmega328 через конденсатор емкостью 0,1 мкФ.  Когда сигнал DTR переходит в низкое состояние, формируется импульс сброса микроконтроллера. Это решение позволяет загружать программу одним нажатием кнопки из интегрированной среды программирования Андроид (IDE).

Но такая функция может приводить к отрицательным последствиям. При подключении платы UNO к компьютеру с операционной системой Mac Os X или Linux, микроконтроллер будет сбрасываться при каждом соединении программы с платой. В течение половины секунды на плате UNO будет запущен загрузчик. Несмотря на то, что программа загрузчика игнорирует посторонние данные, она может принять несколько байтов из пакета сразу после установки соединения. Если в программе на плате Ардуино предусмотрено получение каких-либо данных при первом запуске, необходимо отправлять данные с задержкой примерно на 1 секунду после соединения.

На модуле UNO существует дорожка, которую можно перерезать для отключения функции автоматического сброса. Дорожка маркирована надписью ”RESET-EN”. Автоматический сброс также можно запретить, подключив резистор сопротивлением 110 Ом между линией питания 5 В и выводом RESET.

Защита USB порта от перегрузок.

В плате Arduino UNO линия питания от интерфейса  USB защищена восстанавливаемым предохранителем. При превышении тока свыше 500 мА, предохранитель разрывает цепь до устранения короткого замыкания.


Оригинал статьи опубликован на сайте автора


Схема контроллера Arduino UNO.





Виктор UA6EM ARDUINO
Сообщение Wiki
Всё об АРДУИНО

    Уроки Эдуарда Калинина



Виктор UA6EM ARDUINO
Сообщение Wiki
Урок 1. Введение. Общие сведения об Ардуино

Урок 1. Введение. Общие сведения об Ардуино.



Как профессиональный программист микроконтроллеров я не считаю контроллеры Ардуино удачным элементом для разработки сложных систем. Но я вполне оценил простоту разработки проектов в этой системе, простоту обучения, написания программ, удобство использования готовых аппаратных модулей.

Введение.

В интернете существует большое число уроков по программированию в системе Ардуино. Большинство из них сводятся к примитивным программам, выполняющим последовательные действия из чужих функций.

Сразу бросается в глаза, что программы написаны крайне непрофессионально.

  • Не достаточно хорошо обрабатываются сигналы аппаратных устройств, подключаемых к контроллеру. Например, простейшие элементы – кнопки. Существует дребезг кнопок, они могут быть подключены длинными проводами, чувствительными к помехам. В надежной системе обязательно применение цифровой фильтрации сигналов с кнопок или датчиков сухого контакта. Как правило, в примерах уроков просто считывается состояние сигналов кнопок.
  • Надежные программы микроконтроллеров требуют циклической переустановки переменных, контроля целостности данных.
  • Хороший стиль программирования микроконтроллеров подразумевает структурное программирование. Это не формальные слова. Как известно можно писать красивые, структурные программы на ассемблере, а можно и на C++ такого нагородить.
  • Наверное, самое главное это многозадачность. Почти во всех уроках – последовательные действия программы. Посмотрели состояние кнопки, затем зажгли светодиод, вызвали какую-то непонятную функцию… Результат достигается просто, но и результат какой-то ущербный.

Если взять, к примеру, мою программу контроллера для холодильника на элементе Пельтье. Как ее сделать по такому принципу? Как с помощью простых последовательных операций выполнить все необходимые действия?   Эта программа написана на ассемблере PIC контроллера. Она выполняет множество параллельных операций:

  • С периодом 10 мс опрашивает три кнопки, обеспечивает цифровую фильтрацию сигналов кнопок, устранения дребезга.
  • Каждые 2 мс регенерирует данные светодиодных семисегментных индикаторов и светодиодов.
  • Формирует сигналы управления и считывает данные с двух датчиков температуры DS18B20 с интерфейсом 1-wire. Необходимо каждые 100 мкс формировать новый бит чтения или записи для каждого датчика.
  • Каждые 100 мкс считывает аналоговые значения выходного тока, выходного напряжения, напряжения питания.
  • Усредняет значения выходных тока и напряжения за 10 мс, вычисляет мощность на элементе Пельтье.
  • Постоянно работает сложная система регуляторов:
    • стабилизация тока, напряжения, мощности на элементе Пельтье;
    • ПИД (пропорционально интегрально дифференциальный) регулятор температуры.
  • Обрабатываются защитные функции, проверка целостности данных.
  • Обеспечивает чтение и запись внутреннего EEPROM.
  • Ну и, конечно, общее управление системой, логика работы.

Все эти операции надо выполнять циклически с разными периодами циклов. И ничего нельзя пропускать или приостанавливать. Такую программу невозможно реализовать простой последовательностью действий.

Так вот, я в своих уроках программирования Ардуино собираюсь уделить внимание вышеуказанным проблемам, собираюсь научить практическому программированию. Программированию контроллеров  Ардуино, которые работают с реальными объектами.

В то же время я ориентирую уроки на не профессиональных программистов, на людей, которые хотят научится программировать контроллеры.

Несмотря на пугающие выражения – цифровая фильтрация, многозадачность, это намного проще, чем кажется. Просто необходимо строго обрабатывать все возможные ситуации, не закрывать на  них глаза.

Скорее это будут уроки программирования и электроники, т.к. использование микроконтроллеров без дополнительной аппаратной части не имеет смысла. Чем-то же они должны управлять.

В каждом уроке я буду стремиться к созданию завершенного модуля, который можно использовать в будущих проектах. Идеальный вариант это создание подобия операционной системы, в которой используются драйверы (функции) всех внешних аппаратных средств. Мне удалось создать такую систему на PIC контроллерах для управления сложным фасовочным оборудованием. Она включает в себя среду для выполнения параллельных задач и драйверы для работы с шаговыми двигателями, датчиками, кнопками, дисплеем и т.п. Надеюсь получится и на Ардуино.


Общие сведения об Ардуино.

Ардуино (Arduino) это название аппаратно-программных средств  для создания простых электронных систем автоматики и робототехники. Система имеет полностью открытую архитектуру и ориентирована на непрофессиональных пользователей.

Программная часть Ардуино состоит из интегрированной программной среды (IDE), позволяющей писать, компилировать программы, а также загружать их в аппаратуру.

Аппаратная часть представляет собой электронные платы с микроконтроллером, сопутствующими элементами (стабилизатор питания, кварцевый резонатор, блокировочные конденсаторы и т.п.), портом для связи с персональным компьютером, разъемами для сигналов ввода-вывода и т.п.

Благодаря простоте разработке устройств система Ардуино получила крайне широкое распространение. В одном Яндексе до 150 тысяч запросов ”Ардуино” в месяц. Несмотря на простоту разработки проектов, используя Ардуино, могут быть созданы достаточно сложные системы, особенно после появления высокопроизводительных вариантов контроллеров.

В платах Ардуино используются микроконтроллеры Atmel  AVR с прошитым в них загрузчиком. С помощью загрузчика записывается программа в микроконтроллер из персонального компьютера без применения аппаратных программаторов.

Для программировании Ардуино используется язык C/C++, с некоторыми особенностями.

Существует громадное число клонов аппаратной части Ардуино. Большинство из низ являются полными аналогами фирменных Ардуино, часто не уступающими по качеству.


Оригинал статьи опубликован на сайте автора




Управление
Модераторы