Mô tả tổng quan về arduino Hướng dẫn cài đặt môi trường lập trìnhViết chương trình từ cơ bản đến nâng caoMô tả từng dòng lệnh của chương trìnhGiao tiếp với các mô đun có sẵn phổ biến trên thị trường
HƯỚNG DẪN LẬP TRÌNH BỘ ARDUINO I TỔNG QUAN Giới thiệu 1.1 Mô tả arduino Arduino là một tảng mã nguồn mở gồm cả phần cứng phần mềm Phần cứng Arduino (các board mạch vi xử lý) phát triển lần thị trấn Ivrea Ý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với môi trường thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác Được giới thiệu vào năm 2005, nhà thiết kế Arduino cố gắng mang đến phương thức dễ dàng, không tốn cho người yêu thích, sinh viên giới chuyên nghiệp để tạo thiết bị có khả tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho người yêu thích bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ phát chuyển động Đi với mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy các máy tính cá nhân thơng thường cho phép người dùng viết chương trình cho mạch ngôn ngữ Arduino, ngôn ngữ riêng phát triển dựa C/C++ Giá board Arduino dao động xung quanh €20, $27, "làm giả" giá giảm xuống thấp $9 Các board Arduino đặt hàng dạng lắp sẵn dạng kit tự-làm-lấy Thông tin thiết kế phần cứng cung cấp công khai để muốn tự làm mạch Arduino tay tự thực (mã nguồn mở) Người ta ước tính khoảng năm 2011 có 300 ngàn mạch Arduino thức sản xuất thương mại, vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch thức đưa tới tay người dùng 1.2 Phần cứng arduino Một mạch Arduino bao gồm vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình mở rộng với mạch khác Một khía cạnh quan trọng Arduino kết nối tiêu chuẩn nó, cho phép người dùng kết nối với CPU board với module thêm vào dễ dàng chuyển đổi, gọi là shield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua chân khác nhau, nhiều shield định địa thông qua serial bus I²C-nhiều shield xếp chồng sử dụng dạng song song Arduino thức thường sử dụng dòng chip megaAVR, đặc biệt ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, ATmega2560 Một vài vi xử lý khác sử dụng mạch Aquino tương thích Hầu hết mạch gồm điều chỉnh tuyến tính 5V thạch anh dao động 16 MHz (hoặc cộng hưởng ceramic vài biến thể), vài thiết kế LilyPad chạy 8 MHz bỏ qua điều chỉnh điện áp onboard hạn chế kích cỡ thiết bị Một vi điều khiển Arduino lập trình sẵn với boot loader cho phép đơn giản upload chương trình vào nhớ flash on-chip, so với thiết bị khác thường phải cần nạp bên Điều giúp cho việc sử dụng Arduino trực tiếp cách cho phép sử dụng máy tính gốc nạp chương trình Theo nguyên tắc, sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất board lập trình thông qua kết nối RS-232, cách thức thực lại tùy thuộc vào đời phần cứng Các board Serial Arduino có chứa mạch chuyển đổi RS232 sang TTL Các board Arduino lập trình thông qua cổng USB, thực thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial là FTDI FT232 Vài biến thể, Arduino Mini Boarduino khơng thức, sử dụng board adapter cáp nối USB-to-serial tháo rời được, Bluetooth hoặc phương thức khác (Khi sử dụng công cụ lập trình vi điều khiển truyền thống thay ArduinoIDE, cơng cụ lập trình AVR ISP tiêu chuẩn sẽ sử dụng.) Board Arduino đưa hầu hết chân I/O vi điều khiển để sử dụng cho mạch Diecimila, Duemilanove, Uno đưa 14 chân I/O kỹ thuật số, số tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) chân input analog, sử dụng chân I/O số Những chân thiết kế nằm phía mặt board, thơng qua header 0.10-inch (2.5 mm) Nhiều shield ứng dụng plug-in thương mại hóa Các board Arduino Nano, Arduino-compatible Bare Bones Board Boarduino cung cấp chân header đực mặt board dùng để cắm vào breadboard Có nhiều biến thể Arduino-compatible Arduino-derived Một vài số có chức tương đương với Arduino sử dụng để thay qua lại Nhiều mở rộng cho Arduino thực thiện cách thêm vào driver đầu ra, thường sử dụng trường học để đơn giản hóa cấu trúc 'con rệp' robot nhỏ Những board khác thường tương đương điện có thay đổi hình dạng-đơi cịn trì độ tương thích với shield, đơi khơng Vài biến thể sử dụng vi xử lý hoàn toàn khác biệt, với mức độ tương thích khác 1.3 Phần mềm Mơi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino ứng dụng cross-platform (đa tảng) viết ngơn ngữ lập trình Java, từ IDE sử dụng cho Ngơn ngữ lập trình xử lý (Processing programming language) project Wiring Nó thiết kế để dành cho người tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm Nó bao gồm chương trình code editor với chức đánh dấu cú pháp, tự động brace matching, tự động canh lề, compile(biên dịch) upload chương trình lên board với cú nhấp chuột Một chương trình code viết cho Arduino gọi một sketch Các chương trình Arduino viết ngôn ngữ Arduino dựa trên C/C++ Arduino IDE kèm với một thư viện phần mềm được gọi "Wiring", từ project Wiring gốc, giúp thao tác input/output dễ dàng Người dùng cần định nghĩa hàm để tạo chương trình vịng thực thi (cyclic executive) chạy được: setup() : hàm chạy khởi động chương trình, dùng để thiết lập cài đặt loop() : hàm gọi lặp lại tắt nguồn board mạch Một chương trình điển hình cho vi điều khiển đơn giản làm cho bóng đèn Led sáng/tắt Trong mơi trường Arduino, ta phải viết chương trình giống sau: #define LED_PIN 13 void setup(){ pinMode(LED_PIN, OUTPUT); //Thiết lập chân 13 làm chân đầu số } Void loop(){ digitalWrite (LED_PIN, HIGH); //Bật LED on delay (1000); //chờ 1000ms = giây digitalWrite (LED_PIN, LOW); // Tắt LED off delay (1000); //chờ giây } Một đặc điểm hầu hết board Arduino chúng có đèn LED điện trở nối chân 13 với đất; đặc điểm thuận tiện cho nhiều ứng dụng đơn giản Đoạn code đọc một compiler C++ chuẩn chương trình đúng, ta click vào nút "Upload to I/O board" IDE này, copy đoạn code ghi vào file tạm với extra include header phía hàm main() đơn giản nằm phía đáy, để làm cho thành chương trình C++ khả dụng Arduino IDE sử dụng GNU toolchain và AVR Libc để biên dịch chương trình, sử dụng avrdude để upload chương trình lên board Vì tảng Arduino vi điều khiển Atmel, môi trường phát triển Atmel, AVR Studio phiên Atmel Studio hơn, sử dụng để làm phần mềm phát triển cho Arduino 1.4 Arduino Uno R3 Hiện thị trường có nhiều phiên phần cứng cho Arduino Arduino Uno R3, Arduino Uno R3 CH340, Arduino Mega2560, Arduino Nano, Arduino Pro Mino, Arduino Lenadro, Arduino Industrial Tuy nhiên, thông dụng sử dụng phổ biến Arduino Uno R3, đó, tồn hướng dẫn sử dụng mô đun Các đặc điểm Arduino Uno R3 Arduino Uno kèm với giao diện USB tức cổng USB thêm vào bo mạch Arduino để phát triển giao tiếp nối tiếp với máy tính Bộ vi điều khiển Atmega328 sử dụng bo mạch kèm với số tính hẹn giờ, đếm, ngắt, chân PWM, CPU, chân I / O dựa xung nhịp 16 MHz giúp tạo nhiều tần số số lệnh chu kỳ Đây tảng mã nguồn mở, nơi người sửa đổi tối ưu hóa bảng dựa số lượng hướng dẫn nhiệm vụ muốn đạt Arduino kèm với tính điều chỉnh tích hợp giúp giữ điện áp tầm kiểm soát thiết bị kết nối với thiết bị bên Chân reset Arduino để thiết lập lại tồn đưa chương trình chạy trở về ban đầu. Chân reset hữu ích Arduino bị treo chạy chương trình Có 14 chân I / O digital chân analog tích hợp Arduino cho phép kết nối bên với mạch với Arduino. Các chân cung cấp linh hoạt dễ sử dụng cho thiết bị bên ngồi kết nối thông qua chân này. chân analog đánh dấu A0 đến A5 có độ phân giải 10 bit. Các chân đo từ đến 5V, nhiên, chúng cấu hình phạm vi cao cách sử dụng chức analogReference () chân ISF Bộ nhớ flash 13KB sử dụng để lưu trữ số lượng hướng dẫn dạng mã Chỉ cần nguồn 5V để sử dụng với Arduino, lấy nguồn trực tiếp từ cổng USB. Arduino hỗ trợ nguồn điện bên lên đến 12 V điều chỉnh giới hạn mức V 3,3 V dựa yêu cầu projects Cài đặt mơi trường lập trình (Arduino IDE) công cụ hỗ trợ (driver) Để lập trình cho board Arduino, cần phải có cơng cụ gọi là Intergrated Development Environment (IDE) Cơng cụ đội ngũ kĩ sư Arduino phát triển chạy Windows , MAC OS X Linux Ở cài đặt Windows 2.1 Tải IDE làm theo bước sau: Bước 1: Truy cập https://www.arduino.cc/en/software Bước 2: Chọn hệ điều hành mà máy tính bạn dùng: Windows, Mac OS, Bước 3: Chọn Just Download để tải trình cài đặt máy Bước 4: Chọn ổ đĩa bạn muốn tải nhấn Save Phần mềm tải máy bạn! 2.2 Cài đặt Arduino IDE Bước 1: Mở phần mềm Arduino IDE vừa tải lên Bước 2: Phần mềm hộp thoại License Agreement Bạn chọn I agree > chọn Next > nhấn Install Bước 3: Đợi giây lát Đợi giây lát Bước 4: Hoàn thành cài đặt 2.3 Cài đặt driver CH340 cho Arduino CH340 chíp chuyển đổi có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu từ giao tiếp nối tiếp (UART/RS232) sang giao tiếp USB Do máy tính đại khơng có tích hợp sẵn cổng nối tiếp (UART/RS232), đó, thiết bị ngoại vi mà muốn giao tiếp thơng qua cổng nối tiếp với máy tính phải giao tiếp qua cổng USB (COM ảo) Vì vậy, phần cứng thiết bị ngoại vi cần sử dụng IC chuyển đổi từ giao tiếp nối tiếp (UART) sang giao tiếp USB (mạch Arduino Uno R3 sử dụng chíp CH340) Ở phần mềm máy tính cần sử dụng driver để chuyển đổi từ cổng USB sang cổng COM ảo (RS232) Do đó, để giao tiếp với Arduino để nạp chương trình thơng qua cổng nối tiếp máy tính cần cài driver CH340 Các bước để cài đặt driver CH340: Bước 1: Tải driver theo link tìm kiếm google https://sparks.gogo.co.nz/assets/_site_/downloads/CH34x_Install_Windows_v3_4.zip Bước 2: Dải nén phần mềm winrar nhấn vào cài đặt Bước 3: Kiểm tra xem driver hoạt động chưa cách khởi động Arduino IDE đây: Chú ý: Tên cổng COM8 thay đổi tùy thuộc vào cổng USB mà thiết bị kết nối, COM2, COM3… ... cho Arduino 1.4 Arduino Uno R3 Hiện thị trường có nhiều phiên phần cứng cho Arduino Arduino Uno R3, Arduino Uno R3 CH340, Arduino Mega2560, Arduino Nano, Arduino Pro Mino, Arduino Lenadro, Arduino. .. sử dụng phổ biến Arduino Uno R3, đó, tồn hướng dẫn sử dụng mô đun Các đặc điểm Arduino Uno R3 Arduino Uno kèm với giao diện USB tức cổng USB thêm vào bo mạch Arduino? ? để phát... Serial Arduino có chứa mạch chuyển đổi RS232 sang TTL Các board Arduino lập trình thơng qua cổng USB, thực thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial là FTDI FT232 Vài biến thể, Arduino Mini Boarduino