Arduino Uno

W projektowaniu urządzeń elektronicznych objawia się tendencja wzrostowa w kwestii minimalizacji, uniwersalności i redukcji kosztów produkcji przy jednoczesnym rozwijaniu ich funkcjonalności. Konstruktorzy nieustannie pracują nad innowacjami technicznymi z myślą o ich wprowadzeniu w życie na skalę przemysłową. Jednym z takich rozwiązań było wprowadzenie na rynek mikrokontrolera – małego układu scalonego, który po zaprogramowaniu może wykonywać ściśle określony zakres zadań, głównie związanych z wykonywaniem procesów sprzętowych. W ten sposób rozpoczęła się prawdziwa rewolucja w elektronice konsumenckiej, jak i profesjonalnej. Mikrokontrolery stały się tak bardzo popularne, że zostały wprowadzone jako element programu nauczania w szkołach technicznych. Aby pokazać studentom programowanie w prosty sposób, powstała płytka Arduino Uno wyposażona w mikrokontroler AVR Atmega328 – prawdziwy bestseller na rynku systemów wbudowanych!

Arduino Uno – uniwersalne i wszechstronne narzędzie do prototypowania elektroniki dla każdego

Na rynku można spotkać różne modele płytek Arduino, takie jak np. Arduino Uno, Arduino Leonardo czy Arduino Mega. Stanowią one znakomite narzędzia do szybkiego prototypowania urządzeń elektroniki cyfrowej, systemów wbudowanych, robotyki, a także coraz bardziej popularnych projektów IoT. Platforma Arduino jest produkowana na licencji open-source. Oznacza to, że cała jej specyfikacja sprzętowo-programowa jest dostępna dla każdego zainteresowanego użytkownika i każdy może zmodyfikować Arduino pod konkretną aplikację i udostępniać swoje projekty dla innych użytkowników w internecie. Oprogramowanie dla Arduino obejmuje bootloader – program rozruchowy oraz środowisko Arduino IDE, którego język programowania opiera się na składni języków C i C++.

Arduino Uno – mała i funkcjonalna platforma dla aplikacji embedded

Arduino Uno jest płytką rozwojową, która wykorzystuje 8-bitowy mikrokontroler AVR Atmega 328. Początki tej płytki sięgają roku 2003. Włoscy inżynierowie z Design Institute Ivrea mieli w zamiarze stworzyć projekt, który będzie umożliwiał studentom naukę programowania w prosty i przystępny sposób. Współczesna wersja Arduino Uno jest wyposażona w interfejs USB, 14 programowalnych wejść/wyjść dwustanowych, z których 6 może być wykorzystane do generowania sygnału PWM, 6 wejść analogowych, a także porty komunikacyjne. Dzięki temu uzyskano małe, ale funkcjonalne zaplecze sprzętowe, które umożliwia realizację sterowania różnymi urządzeniami elektronicznymi, zgodnie z kodem programu wgranego do pamięci mikrokontrolera, a w przypadku płytki Arduino Uno jest nim Atmega 328 – 8-bitowy mikrokontroler AVR o częstotliwości zegara taktującego wynoszącej 16MHz, z wbudowaną pamięcią RAM o pojemności 2kB oraz pamięcią FLASH o pojemności 32kB, przy czym 5kB zajmuje bootloader. Wraz ze stroną sprzętową projektanci opracowali także dedykowane środowisko Arduino IDE, które może funkcjonować zarówno na komputerach klasy PC z systemem Windows, jak i komputerach Macintosh.

Arduino Uno – opis wyprowadzeń

Płytka Arduino Uno jest wyposażona w zestaw złączy – poza zasilaniem pomocniczym znajdziemy tu również m.in. złącza analogowe i cyfrowe, które są połączone bezpośrednio do wyprowadzeń mikrokontrolera, a są to:

LED – na płytce PCB Arduino Uno umieszczono m.in. diodę LED, która jest podłączona pod pin nr 13 mikrokontrolera Atmega 328. Jest to pin dwustanowy – kiedy dioda LED jest zaświecona, oznacza to stan wysoki (napięcie 5V), a kiedy jest zgaszona – stan niski (0V).
Vin – jest to wejście napięcia zasilającego, które jest niezależne od zasilania z poziomu USB.
5V – płytka Uno ma możliwość podłączenia napięcia o regulowanej wartości. Zasilanie może być doprowadzone także przez port USB oraz gniazdo DC 2,1 x 5,5 mm, przy czym napięcie wyjściowe zasilacza musi się zawierać w przedziale 7V – 12V. Ważny jest również fakt, że gdy podłączamy napięcie na piny 3,3V i 5V, wyłączona zostaje możliwość regulacji napięcia zasilania i trzeba uważać, aby nie uszkodzić płytki wskutek podłączenia zbyt wysokiego napięcia.
GND – potencjał masy zasilania. Płytka jest wyposażona w kilka pinów masy, które można użyć w razie potrzeby, gdy projekt jest bardziej rozbudowany sprzętowo.
RESET – funkcja tego wyprowadzenia polega na ponownym uruchomieniu programu wgranego na mikrokontroler. Poza przyciskiem resetu wbudowanym na płytce funkcję tę można wyegzekwować, podając na pin RESET stan niski.
IOREF – to wyprowadzenie jest bardzo praktyczne w projektach wymagających wykonywania dokładnych pomiarów, ponieważ można do niego podłączyć źródło napięcia odniesienia (referencyjnego), względem którego program wykonuje algorytm pomiarowy.
PWM – wyprowadzenia nr 3,5,6,9,10 i 11 mogą pełnić funkcję zwykłych pinów dwustanowych, ale także wyjść sygnału prostokątnego o zmiennym wypełnieniu z 8-bitową rozdzielczością.
SPI – interfejs komunikacji szeregowej. Składają się na niego cztery wyprowadzenia – 10 – SS, 11 – MOSI, 12 – MISO oraz 13 – SCK.
AREF – źródło napięcia odniesienia dla przetwornika analogowo-cyfrowego.
ANALOG IN – wejścia przetwornika analogowo-cyfrowego dla potencjometrów i czujników
Rx, Tx – piny komunikacyjne interfejsu UART. Za pomocą tych wyprowadzeń zachodzi proces wymiany komunikatów z urządzeniami zewnętrznymi – pin Rx odbiera informacje, a pin Tx je wysyła, np. do komputera PC. Komunikacja z komputerem odbywa się poprzez koprocesor Atmega 16U2, który obsługuje port USB i interfejs UART.