BÁO CÁO NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆNĐề tài Tìm hiểu về Arduino

lOMoARcPSD|9242611 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN *** BÁO CÁO NHẬP MƠN NGÀNH ĐIỆN Đề tài: Tìm hiểu Arduino GVHD: Chu Đức Việt Nhóm : SVTH: - Trần Tấn Dương 20202741 - Nguyễn Tiến Dũng 20202786 - Nguyễn Tuấn Dương 20202740 - Lại Nguyễn Đức Giang 20202741 Hà Nội : tháng 12 năm 2021 lOMoARcPSD|9242611 Mục lục CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM ARDUINO .2 Lịch sử đời Arduino Arduino 2 Lợi ích bật arduino CHƯƠNG II: PHẦN CỨNG CỦA ARDUINO UNO 1.Tổng quan Arduino Uno: Cấấu tạo thông sôấ kĩ thuật Arduino Uno R3: CHƯƠNG III: LÀM VIỆC VỚI ARDUINO UNO 11 Ngôn ngữ ứng dụng lập trình 11 Arduino IDE 17 lOMoARcPSD|9242611 CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM ARDUINO Lịch sử đời Arduino Arduino đời thị trấn Ivrea, nước Ý đặt theo tên vị vua King Arduin vào kỷ thứ IX (1002-1014) Arduino thức đưa giới thiệu vào năm 2005, xem công cụ cho sinh viên học tập Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) Giáo sư Massimo Banzi người phát triển Arduino giảng viên Ivrea Dường khơng có tiếp thị hay quảng cáo Arduino, tin tức phần mềm lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ lời truyền miệng tốt đẹp người dùng Arduino tiếng toàn giới, có người cịn tìm đến thị trấn Ivrea để tham quan nơi sản sinh tảng thú vị Arduino Arduino tảng nguyên mẫu (mã nguồn mở) dựa phần mềm phần cứng dễ sử dụng Nó bao gồm bo mạch - thứ mà lập trình (đang đề cập đến vi điều khiển) phần mềm hỗ trợ gọi Arduino IDE (Môi trường phát triển tích hợp cho Arduino), sử dụng để viết nạp từ mã máy tính sang bo mạch vật lý  Khi arduino chưa đời, để làm dự án điện tử nhỏ liên quan đến lập trình, biên dịch, cần đến hỗ trợ thiết bị biên dịch khác để hỗ trợ Ví dụ như, dùng Vi điều khiển PIC IC vi điều khiển họ 8051 , phải thiết kế chân nạp onboard, mua thiết bị hỗ trợ nạp biên dịch mạch nạp 8051, mạch nạp PIC  Hiện Arduino biết đến Việt Nam rộng rãi Từ học sinh trung học, đến sinh viên người làm Những dự án nhỏ lớn lOMoARcPSD|9242611 thực cách nhanh, mã nguồn mở chia sẻ nhiều diễn dàn nước nước ngồi Giúp ích nhiều cho bạn theo đam mê nghiên cứu chế tạo sản phẩm có ích cho xã hội  Trong năm qua, Arduino não cho hàng ngàn dự án điện tử lớn nhỏ, từ sản phẩm đời ứng dụng đơn giản sống đến dự án khoa học phức tạp Cứ vậy, thư viện mã nguồn mở ngày tăng lên, giúp ích cho nhiều người biết đến Arduino chuyên viên lập trình nhúng chuyên gia tham khảo xây dựng tiếp nối  Bạn muốn thiết kế điều khiển thiết bị thông qua cảm biến ánh sáng, Đo nồng độ hóa chất, khí ga xử lý thơng qua cảm biến nồng độ cảm biến khí, Bạn muốn làm robot mini, Bạn muốn quản lý tắt mở thiết bị điện nhà, bạn muốn điều khiển motor, nhận dạng ID, Khó xíu bạn muốn làm máy CNC máy in 3D mini, máy bay không người lái ( Flycam) hệ thống thu thập liệu thông qua GSM, xử lý ảnh,điều khiển vạn vật thông qua internet giao tiếp với điện thoại thơng minh  Để làm điều đó, từ đơn giản đến phức tạp bạn cần sử dụng ngôn ngữ lập trình Arduino dựa sơ đồ, hệ thống bạn thiết kế, thông qua phần mềm Arduino IDE, để thực yêu cầu đưa phận xử lý trung tâm ( Arduino) Lợi ích bật arduino Điều khiến Arduino trở nên phổ biến ưa chuộng cộng đồng lập trình viên việc ngơn ngữ dễ học (giống C/C++) Khả mở rộng nhờ vào bo mạch mở rộng khiến ngôn ngữ trở thành ưu tiên lập trình viên Ví dụ bạn muốn thiết kế khả lOMoARcPSD|9242611 kết nối Internet, bạn sử dụng Ethernet shield, muốn thiết kế khả điều khiển động có Motor shield, khả kết nối nhận tin nhắn có GSM shield,… Như với đặc điểm xử lý chuẩn hóa, Arduino lựa chọn tối ưu cho việc thiết kế ứng dụng phần cứng mà bạn cần cách đơn giản dễ dàng Một số tính thú vị Arduino kể đến như:  Làm Robot Arduino có khả đọc thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ,… nên thường dùng để làm xử lý trung tâm nhiều loại robot  Game tương tác: Arduino sử dụng để tương tác với Joystick, hình,… chơi game Tetrix, phá gach, Mario…  Máy bay không người lái  Điều khiển đèn tín hiệu giao thơng, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy biển quảng cáo…  Điều khiển thiết bị cảm biến ánh sáng, âm  Làm máy in 3D  Làm đàn ánh sáng  Làm lò nướng bánh biết “tweet” để báo cho bạn bánh chín lOMoARcPSD|9242611 CHƯƠNG II: PHẦN CỨNG CỦA ARDUINO UNO 1.Tổng quan Arduino Uno: - Arduino Uno bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa vi điều khiển Microchip ATmega328 phát triển Arduino.cc Bảng mạch trang bị chân đầu vào/ đầu Digital Analog giao tiếp với bảng mạch mở rộng khác Mạch Arduino Uno thích hợp cho người tiếp cận đam mê điện tử, lập trình…Dựa tảng mở Arduino.cc cung cấp nên họ dễ dàng xây dựng cho dự án nhanh ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…) - Trong tiếng Ý, Uno có nghĩa “một” chọn để đánh dấu đời phần mềm Arduino đầu tiên, phiên 1.0 Bảng mạch Arduino Uno phiên 1.0 phần mềm Arduino phiên tham chiếu Arduino Bảng mạch Uno sản phẩm mắt chuỗi bẳng mạch dùng USB để giao tiếp - Hiện Arduino biết đến Việt Nam rộng rãi tính ứng dụng cao giá thành hợp lí Từ học sinh trung học, đến sinh viên người làm Những dự án nhỏ lớn thực cách nhanh, mã nguồn mở chia sẻ nhiều diễn dàn nước nước Giúp ích nhiều cho người theo đam mê nghiên cứu chế tạo sản phẩm có ích cho xã hội lOMoARcPSD|9242611 Cấu tạo thông số kĩ thuật Arduino Uno R3: Ảnh: Cấu tạo Arduino Uno R3 lOMoARcPSD|9242611 Thông sôấ Arduino Uno R3 Vi điều khiển Điện áp hoạt động Tần số hoạt động Dòng tiêu thụ Điện áp vào khuyên dùng Điện áp vào giới hạn Số chân Digital I/O Số chân Analog Dòng tối đa chân I/O Dòng tối đa (5V) Dòng tối đa (3.3V) Bộ nhớ flash SRAM EEPROM ATmega328 họ 8bit 5V DC (Chỉ cấp qua cổng USB) 16 MHz Khoảng 30mA 7-12V DC 6-20V DC 14 (6 chân hardware PWM) (độ phân giải 10bit) 30 mA 500 mA 50 mA 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloader KB (ATmega328) KB (ATmega328) lOMoARcPSD|9242611 Ảnh: Sơ đồ bảng mạch Arduino Uno Rev3 - Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 tiêu chuẩn, biến thể gần có thơng số tương đương - Arduino Uno sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD, hay ứng dụng khác lOMoARcPSD|9242611 - Thiết kế tiêu chuẩn Arduino Uno sử dụng vi điều khiển ATmega328 Tuy nhiên yêu cầu phần cứng bạn không cao túi tiền không cho phép, bạn sử dụng loại vi điều khiển khác có chức tương đương ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) Chân lượng:  GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino Uno Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với  5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA  3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA  Vin (Voltage Input): để cấp nguồn cho Arduino Uno, bạn nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND  IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino Uno đo chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù bạn khơng lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải cấp nguồn  RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:  32KB nhớ Flash: đoạn lệnh bạn lập trình lưu trữ nhớ Flash vi điều khiển Thường có khoảng vài KB số dùng cho bootloader đừng lo, bạn cần 20KB nhớ đâu  2KB cho SRAM (Static Ramdom Access Memory): giá trị biến bạn khai báo lập trình lưu Bạn khai báo nhiều biến cần nhiều nhớ RAM Tuy vậy, thực nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi điện, liệu SRAM bị  1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): giống ổ cứng mini – nơi bạn đọc ghi 10 lOMoARcPSD|9242611 liệu vào mà lo bị cúp điện giống liệu SRAM Các cổng vào/ra (Input/Output): Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu Chúng có mức điện áp 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ở chân có điện trở pull-up từ cài đặt vi điều khiển ATmega328 (mặc định điện trở khơng kết nối) Một số chân digital có chức đặc biệt sau:  chân Serial: (RX) (TX): dùng để gửi (transmit – TX) nhận (receive – RX) liệu TTL Serial Arduino Uno giao tiếp với thiết bị khác thông qua chân Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na kết nối Serial khơng dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng chân không cần thiết  Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, 11: cho phép bạn xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) hàm analogWrite() Nói cách đơn giản, bạn điều chỉnh điện áp chân từ mức 0V đến 5V thay cố định mức 0V 5V chân khác  Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngồi chức thơng thường, chân dùng để truyền phát liệu giao thức SPI với thiết bị khác  LED 13: Arduino Uno có đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn thấy đèn nhấp nháy để báo hiệu Nó nối với chân số 13 Khi chân người dùng sử dụng, LED sáng Arduino Uno có chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp khoảng 0V → 5V Với chân AREF board, bạn để đưa vào điện áp tham chiếu sử dụng chân analog Tức bạn cấp điện áp 2.5V vào chân bạn dùng chân analog để đo điện áp khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải 10bit Đặc biệt, Arduino Uno có chân A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác 11 lOMoARcPSD|9242611 Lưu ý: Bảng mạch Arduino Uno trang bị cầu chì đặt lại để bảo vệ cổng kết nối USB vào máy tính khơng bị ngắn mạch hay tải điện Mặc dù hầu hết máy tính có biện pháp bảo vệ bên ngồi riêng mình, cầu chì tạo thêm lớp bảo vệ Nếu dòng điện qua cổng USB vượt 500mA, cầu chì tự động ngắt mạch khơng cịn q tải 12 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 CHƯƠNG III: LÀM VIỆC VỚI ARDUINO UNO Ngơn ngữ ứng dụng lập trình Ngơn ngữ lập trình: Các thiết bị dựa tảng Arduino lập trình ngơn riêng Ngơn ngữ dựa ngôn ngữ Wiring viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại biến thể C/C++ Một số người gọi Wiring, số khác gọi C hay C/C++ Hầu hết người gọi “ngơn ngữ Arduino”, đội ngũ phát triển Arduino gọi Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến dễ học, dễ hiểu Ứng dụng lập trình cách cài đặt: Để lập trình gửi lệnh nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển cấp đến cho người dùng môi trường lập trình Arduino gọi Arduino IDE (Intergrated Development Environment) IDE gì? IDE gì? – IDE (Integrated Development Environment) mơi trường tích hợp dùng để viết code để phát triển ứng dụng Ngoài IDE tích hợp tool hỗ trợ khác trình biên dịch (Compiler), trình thơng dịch (Interpreter), kiểm tra lỗi (Debugger), định dạng highlight code, tổ chức thư mục code, tìm kiếm code… Có cách để lập trình cho mạch Arduino Arduino IDE:  Cách 1: Sử dụng trình duyệt web Arduino Web Editor đường link https://create.arduino.cc/editor 13 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Bằng trình duyệt này, người dùng lập trình online lưu sản phẩm lên nhớ đám mây riêng Ưu điểm trình duyệt web làm sửa chữa nhiều thiết bị khác có kết nối Internet Ngồi ra, lợi trình web ln ln sở hữu tính từ nhà phát triển mà không cần update Người dùng không cần tiền để sử dụng phiên tiêu chuẩn với phiên nâng cấp có giá $6.99/tháng hay $71.88/năm người dùng có nhiều tiện ích khơng có tiêu chuẩn thông thường  Cách 2: Tải máy tính ứng dụng Arduino IDE Đây cách nhiều người sử dụng có số bước định phải có: a) Cài đặt Java Runtime Environment (JRE): Vì Arduino IDE viết Java nên bạn cần phải cài đặt JRE trước Arduino IDE 14 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Để cài đặt người dùng truy cập vào đường link https://www.oracle.com/java/technologies/javase-downloads.html chọn download phiên Java SE 15.0.1 phiên Khi tải giải nén file bước đầu hoàn thành b) Cài đặt Arduino IDE Ở thời điểm phiên Arduino IDE 1.8.13 15 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Đầu tiên truy cập vào đường link https://www.arduino.cc/en/software , file nén cho hệ điều hành thiết bị Sau tải thành công, giải nén file chạy file arduino.exe c) Cài đặt driver Để máy tính bạn board Arduino giao tiếp với nhau, cần phải cài đặt driver trước tiên Đầu tiên, bạn chạy file arduino-1.6.4\drivers\dpinst-x86.exe (Windows x86) arduino-1.6.4\drivers\dpinst-amd64.exe (Windows x64) Cửa sổ “Device Driver Installation Wizard” ra, bạn chọn “Next” để tiếp tục Khi có yêu cầu xác nhận cài fđặt driver, chọn “Install” 16 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Đợi khoảng 10 giây lúc trình cài đặt diễn Quá trình cài đặt hồn tất Bấm “Finish” để 17 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Arduino IDE Giao diện 18 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Các lệnh Arduino IDE Bao gồm nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help) Phía icon cho phép sử dụng nhanh chức thường dùng IDE miêu tả sau: Vùng viết chương trình Đây phần làm việc người dùng Tên chương trình người dùng hiển thị dãy Icon Để ý phía sau tên chương trình có dấu “§” Điều có nghĩa đoạn chương trình người dùng chưa lưu lại Vùng thông báo Những thông báo từ IDE hiển thị Để ý góc bên phải hiển thị loại board Arduino cổng COM sử dụng Luôn ý tới mục chọn sai loại board cổng COM, bạn upload code 19 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) lOMoARcPSD|9242611 Lưu ý quan trọng: Khi lập trình, người dùng cần chọn port (cổng kết nối gắn board vào) board (tên board mà bạn sử dụng) 20 Downloaded by tran quang (quangsuphamhoak35@gmail.com) ... CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM ARDUINO .2 Lịch sử đời Arduino Arduino 2 Lợi ích bật arduino CHƯƠNG II: PHẦN CỨNG CỦA ARDUINO UNO 1.Tổng quan Arduino Uno: ... ngôn ngữ lập trình Arduino dựa sơ đồ, hệ thống bạn thiết kế, thông qua phần mềm Arduino IDE, để thực yêu cầu đưa phận xử lý trung tâm ( Arduino) Lợi ích bật arduino Điều khiến Arduino trở nên phổ... phần mềm Arduino đầu tiên, phiên 1.0 Bảng mạch Arduino Uno phiên 1.0 phần mềm Arduino phiên tham chiếu Arduino Bảng mạch Uno sản phẩm mắt chuỗi bẳng mạch dùng USB để giao tiếp - Hiện Arduino biết