Знакомство со средой разработки Arduino

Лекция № 2 Знакомство со средой разработки Arduino Что т акое Arduino? Arduino – это инструмент для проектирования электронных устройств (электронный конструктор) более плотно взаимодействующих с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности. Это платформа, предназначенная для «physical computing» с открытым программным кодом, построенная на простой печатной плате с современной средой для написания программного обеспечения. PC – это подход к изучению общения в системе человеккомпьютер-компьютер-человек, в основе которого лежит попытка понимания способов физического самовыражения людей. Для чего все это нуж но? Arduino применяется для создания электронных устройств с возможностью приема сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, которые могут быть подключены к нему, и управления различными исполнительными устройствами. Проекты устройств, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или взаимодействовать с программным обеспечением на компьютере. Платы могут быть собраны пользователем самостоятельно или куплены в сборе. Среда разработки программ с открытым исходным текстом доступна для бесплатного скачивания. Язы к программирования Язык программирования Arduino является реализацией Wiring, схожей платформы для «physical computing», основанной на мультимедийной среде программирования Processing. Processing представляет собой программное приложение, которое позволяет создавать, изменять, компилировать и запускать Java-код. Это Java-подобный язык программирования, созданный в MIT Media Lab с открытым исходным кодом и одновременно среда разработки. Processing позволяет очень быстро создавать визуальные интерактивные интерфейсы пользователей. Достоинст ва Arduino упрощает процесс работы с микроконтроллерами и имеет ряд преимуществ перед другими устройствами: •Низкая стоимость – платы Arduino относительно дешевы по сравнению с другими платформами. Самая недорогая версия модуля Arduino может быть собрана в ручную, а некоторые даже готовые модули стоят меньше 10 долларов. •Кросс-платформенность – программное обеспечение Arduino работает под ОС Windows, Macintosh OSX и Linux. Большинство микроконтроллеров ограничивается ОС Windows. •Простая и понятная среда программирования – среда Arduino подходит как для начинающих пользователей, так и для опытных. Назначение элемент ов Arduino UNO 11 Под циф рой 1 на рисунке объединены : - 14 (0-13) цифровых контактов, которые могут работать в режиме входа или выхода, а так же 6 из них (~3,~5, ~6, ~9, ~10, ~11) – в качестве ШИМвыходов; - GND – «земля»; - AREF – аналоговое сравнительное напряжение; - SDA и SCL – реализация интерфейса I2C. Циф ра 2 – индикационный светодиод, показывает наличие внешнего питания на плате; Циф ра 3 - контакты интерфейса ICSP для программирования микроконтроллера; Циф ра 4 - Микроконтроллер ATmega 328; Циф ра 5 - входы аналого-цифрового преобразователя; Циф ра 6 - контакты питания и вспомогательные контакты; Циф ра 7 - разъем для подключения внешнего источника питания 7-12 В; Циф ра 8 – конвертер последовательного и USB интерфейсов; Циф ра 9 – USB разъём; Циф ра 10 – кнопка сброса; Циф ра 11 – светодиод, подключенный к цифровому контакту 13 (доступен разработчику). Технические характ ерист ики Входы и вы ходы Каждый из 14 цифровых контактов может работать в качестве входа или выхода. Уровень напряжения на выводах ограничен 5В. Максимальный ток, который может отдавать или потреблять один вывод, составляет 40 мА. Все выводы сопряжены с внутренними подтягивающими резисторами (по умолчанию отключенными) номиналом 20-50 кОм. Помимо эт ого, некот оры е вы воды могут вы полнят ь дополнит ельны е ф ункции: Последоват ельны й инт ерф ейс: выводы 0 (RX) и 1 (TX). Исполь-зуются для получения (RX) и передачи (TX) данных по последовательному интерфейсу. Эти выводы соединены с соответствующими выводами микро-схемы ATmega8U2, выполняющей роль преобразователя USBUART. Внешние преры вания: выводы 2 и 3. Могут служить источниками прерываний, возникающих при фронте, спаде или при низком уровне сигнала на этих выводах. ШИМ: выводы 3, 5, 6, 9, 10 и 11. могут выводить 8-битные аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала. Интерф ейс SPI: выводы 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) данные выводы могут осуществлять связь по интерфейсу SPI. Светодиод 13: Встроенный светодиод, подсоединенный к выводу 13. При отправке значения HIGH светодиод включается, при отправке LOW - выключается. В Arduino Uno есть 6 аналоговых входов (A0 - A5), каждый из которых может представить аналоговое напряжение в виде 10-битного числа (1024 различных значения). По умолчанию, измерение напряжения осуществляется относительно диапазона от 0 до 5 В. Пит ание • Arduino Uno может получать питание через подключение USB или от внешнего источника питания. Источник питания выбирается автоматически. • Внешнее питание (не USB) может подаваться через преобразователь напряжения AC/DC (блок питания) или аккумуляторной батареей. Преобразователь напряжения подключается посредством разъема 2.1 мм с центральным положительным полюсом. Провода от батареи подключаются к выводам Gnd и Vin разъема питания. • Платформа может работать при внешнем питании от 6 В до 20 В. При напряжении питания ниже 7 В, вывод 5V может выдавать менее 5 В, при этом платформа может работать нестабильно. При использовании напряжения выше 12 В регулятор напряжения может перегреться и повредить плату. Рекомендуемый диапазон от 7 В до 12 В. Вы воды пит ания: •VIN. Вход используется для подачи питания от внешнего источника (в отсутствие 5 В от разъема USB или другого регулируемого источника питания). Подача напряжения питания происходит через данный вывод. •5V. Регулируемый источник напряжения, используемый для питания микроконтроллера и компонентов на плате. Питание может подаваться от вывода VIN через регулятор напряжения, или от разъема USB, или другого регулируемого источника напряжения 5 В. •3V3. Напряжение на выводе 3.3 В генерируемое встроенным регулятором на плате. Максимальное потребление тока 50 мА. •GND. Выводы заземления. Памят ь Микроконтроллер ATmega328 располагает 32 кБ флэшпамяти, из которых 0.5 кБ используется для хранения загрузчика, а также 2 кБ ОЗУ (SRAM) и 1 Кб EEPROM. (которая читается и записывается с помощью библиотеки EEPROM). Связь •На платформе Arduino Uno установлено несколько устройств для осуществления связи с компьютером, другими устройствами Arduino или микроконтроллерами. •ATmega328 поддерживают последовательный интерфейс UART TTL (5 В), осуществляемый выводами 0 (RX) и 1 (TX). Установленная на плате микросхема ATmega8U2 направляет данный интерфейс через USB, программы на стороне компьютера "общаются" с платой через виртуальный COM порт. •Прошивка ATmega8U2 использует стандартные драйвера USB COM, никаких стороних драйверов не требуется, но на Windows для подключения потребуется файл ArduinoUNO.inf. • Мониторинг последовательной шины (Serial Monitor) программы Arduino позволяет посылать и получать текстовые данные при подключении к платформе. • Светодиоды RX и TX на платформе будут мигать при передаче данных через микросхему FTDI или USB подключение (но не при использовании последовательной передачи через выводы 0 и 1). • Библиотекой SoftwareSerial возможно создать последовательную передачу данных через любой из цифровых выводов Uno. • ATmega328 поддерживает интерфейсы I2C (TWI) и SPI. В Arduino включена библиотека Wire для удобства использования шины I2C. Среда разработ ки Arduino Uno Среда разработки Arduino представляет собой текстовый редактор программного кода, область сообщений, окно вывода текста(консоль), панель инструментов и несколько меню. Для загрузки программ и связи среда разработки подключается к аппаратной части Arduino. Меню « Файл» Меню " Файл" . Меню содержит разнообразные вкладки по работе с файлом. Пункт " Папка со скет чами" : По умолчанию Arduino IDE сохраняет каждый скетч в отдельную папку. Имя папки совпадает с именем, указанным для скетча при сохранении. Изменить рабочую директорию для папок со скетчами можно в пункте меню "Настройки". Меню «Правка» Меню «Скетч» Меню «Сервис» Команды панели управления Ст рукт ура программы Особенност и язы ка программирования Первая программа /* Необходимо заставить мигать светодиод, расположенный на плате: 1 секунду светодиод светится, 1 секунду нет. (Этот светодиод подключен к цифровому контакту 13.) */ int led = 13; void setup() { pinMode(led, OUTPUT); // конфигурируем контакт как «выход» } void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // высокий уровень, диод светится delay(1000); // задержка 1 с digitalWrite(led, LOW); // низкий уровень, диод гаснет delay(1000); // задержка 1 с } Конструкция индикаторного светодиода