Лабораторная работа Arduino № 1 — Программирование


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

1


ЭВМ и периферийные
устройства

Лабораторная работа
Arduino

№ 1



Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

2

Лабораторная работа Arduino

Тема1.
Подключение
Arduino

Цель лабораторной работы
: Создать мобильное управляемое
дистанционно устройство, способное реагировать на окружающую среду.

Средства
для достижения цели:

arduino mega2560 (или любая другая
платформа) а также всевозможные датчики и платы расширения.

Задание 1
:
Подключить arduino к персональному компьютеру.

Программное обеспечение
:

-

среда разработки
arduino
.

-

драйвер.


Ход выполнения работы:

Для выполнения поставленной задачи потребуется следующее
аппаратное обеспечение: usb кабель, ноутбук с ОС ниже windows 8
,
arduino

mega

2560
.

Вам потребуется также кабель стандарта USB (с разъемами типа USB
-
A
и USB
-
B): такой, каким, к примеру, подключается USB
-
принтер. (Для Arduino
Nano вам потребуется вместо этого кабель с разъемами А и мини
-
В).


Программа


среда разработки для Arduino

После

окончания загрузки распакуйте скачанный файл. Убедитесь, что
не нарушена структура папок. Откройте папку двойным кликом на ней. В ней
должны быть несколько файлов и подкаталогов.

Подсоедините плату

Arduino
mega

2567 получа
е
т питание автоматически от любог
о USB
-
подключения к компьютеру или другому источнику питания. Подсоедините
Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

3

плату Arduino к вашему компьютеру, используя USB
-
кабель. Должен
загореться зеленый светодиод питания, помеченный PWR.

Установите драйвера

Установка драйверов для

Arduino
Mega

2560

н
а Windows7, Vista или
XP:



Подключите вашу плату и подождите, пока Windows начнет
процесс установки драйвера. Через некоторое время, несмотря на все её
попытки, процесс закончится безрезультатно.



Нажмите на кнопку ПУСК и откройте Панель управления.



В панели

управления перейдите на вкладку Система и
безопасность (System and Security). Затем выберите Система. Когда откроется
окно Система, выберите Диспетчер устройств (Device Manager).



Обратите внимание на порты (COM и LPT). Вы увидите открытый
порт под названи
ем «Arduino
Mega

2560

(COMxx)».



Щелкните на названии «Arduino
Mega

2560

(COMxx)» правой
кнопкой мышки и выберите опцию «Обновить драйвер» (Update Driver
Software).



Кликните

"Browse my computer for Driver software".



Для завершения найдите и выберите файл драйвера для Uno


«ArduinoUNO.inf», расположенный в папке Drivers программного
обеспечения для Arduino (не в подкаталоге «FTDI USB Drivers»).

Запустите среду разработки Arduino

Дважды щелкните на приложении для Ardui
no.

Откройте готовый пример

Откройте мгновенный пример скетча «LED» по адресу: File > Examples
� 1.Basics� Blink.

Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

4


Выберите вашу плату

Вам нужно выбрать пункт в меню Tools > Board menu, соответствующий
вашей плате Arduino.

Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

5


Выбор Arduino Mega 2560

Выбер
ите ваш последовательный порт

Выберите устройство последовательной передачи платы Arduino из
меню Tools | Serial Port. Вероятно, это будет COM3 или выше (COM1 и COM2
обычно резервируются для аппаратных COM
-
портов). Чтобы найти нужный
порт, вы можете отсоед
инить плату Arduino и повторно открыть меню; пункт,
который исчез, и будет портом платы Arduino. Вновь подсоедините плату и
выберите последовательный порт.

Загрузите скетч в Arduino

Теперь просто нажмите кнопку «Upload» в программе


среде
разработки. Подо
ждите несколько секунд


вы увидите мигание светодиодов
RX и TX на плате. В случае успешной загрузки в строке состояния появится
сообщение «Done uploading (Загрузка выполнена)».

(Замечание. Если у вас Arduino Mini, NG или другая плата, вам необходимо
физич
ески кнопкой подать команду reset непосредственно перед нажатием
кнопки «Upload»).


Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

6

Несколько секунд спустя после окончания загрузки вы увидите как
светодиод вывода 13 (L) на плате начнет мигать оранжевым цветом.
Поздравляю, если это так! Вы получили гото
вый к работе Arduino!





Документация

Принципиальная схема:

arduino
-
mega2560
-
schematic.pdf


Файлы

EAGLE:

arduino
-
mega2560
-
reference
-
design.zip

Техническое описание на процессор
Atmega

2560
:
http://www.atmel.com/Images/doc2549
.pdf

Книги по
ардуино.

Библиотеки ардуино
.


Приложение

Общие сведения

Arduino Mega

построена на микроконтроллере ATmega2560 (
техническое описание
).
Плата имеет 54 цифровых входа/выходов (14 из которых могут использоваться как выходы
ШИМ), 16 аналоговых входов,
4 последовательных порта UART, кварцевый генератор 16
МГц, USB коннектор, разъем питания, разъем ICSP и кнопка перезагрузки. Для работы
необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB или подать
питание при помощи адаптера AC/DC, или ак
кумуляторной батареей. Arduino Mega 2560
совместима со всеми платами расширения, разработанными для
платформ

Uno

или

Duemilanove
.

Схема и исходные данные

Краткие характеристики

Микроконтроллер

ATmega2560

Рабочее напряжение



Входное напряжение
(рекомендуемое)

7
-
12В

Входное напряжение
(предельное)

6
-
20В

Цифровые Входы/Выходы

54


(14 из которых могут работат также как
выходы ШИМ)

Аналоговые входы

16

Постоянный ток через
вход/выход


40 mA

Постоянный ток для вывода 3.3
В

50 mA

Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

7

Флеш
-
память

256 KB


(из которых 8 КB используются для
загрузчика)

ОЗУ

8 KB

Энергонезависимая память

4 KB

Тактовая частота

16

MHz

Питание

Arduino Mega

может получать питание как через подключение по USB, так и от
внешнего источника питания. Источник питания выбирается автоматически.

Внешнее питание (не USB) может подаваться через преобразователь напряжения
AC/DC (блок питания) или аккумуляторной батарее
й. Преобразователь напряжения
подключается посредством разъема 2.1 мм с


положительным полюсом на центральном
контакте. Провода от батареи подключаются к выводам Gnd и Vin разъема питания
(POWER).


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.

Пл
ата Mega2560, в отличие от предыдущих версий плат, не использует FTDI USB
микроконтроллер. Для обмена данными по USB используется микроконтроллер
Atmega8U2, запрограммированный как конвертер USB
-
to
-
serial.

Выводы питания:



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. Если питание подается на разьем
2.1mm, то на этот вход можно запитаться.



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 микросхемой FTDI на
платформе. Максимальное потребление тока 50 мА.



GND.

Выводы заземления.

Память

Микроконтроллер ATmega2560 имеет: 256 кБ флеш
-
памяти для хранения кода
программы (4 кБ используется для хранения загрузчика), 8 кБ ОЗУ и 4 Кб

EEPROM
(которая читается и записывается с помощью

библиотеки EEPROM
).

Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

8

Входы и Выходы

Каждый из 54 цифровых выводов Mega, используя функции

pinMode(
)
,

digitalWrite()
,
и

digitalRead()
, может настраиваться как вход или выход. Выводы работают при
напряжении 5 В. Каждый вывод имеет нагрузочн
ый резистор (стандартно отключен) 20
-
50
кОм и может пропускать до 40 мА. Некоторые выводы имеют особые функции:



Последовательная шина: 0 (RX) и 1 (TX); Последовательная шина 1: 19
(RX) и 18 (TX); Последовательная шина 2: 17 (RX) и 16 (TX);

Последовательная

шина 3:
15 (RX) и 14 (TX). Выводы используются для получения (RX) и передачи (TX) данных TTL.
Выводы 0 и 1 подключены к соответствующим выводам микросхемы последовательной
шины ATmega8U2.



Внешнее прерывание: 2 (прерывание 0), 3 (прерывание 1), 18
(прерыва
ние 5), 19 (прерывание 4), 20 (прерывание 3), и 21 (прерывание 2).

Данные
выводы могут быть сконфигурированы на вызов прерывания либо на младшем значении,
либо на переднем или заднем фронте, или при изменении значения. Подробная информация
находится в опис
ании функции attachInterrupt().



PWM: 0 до 13.

Любой из выводов обеспечивает ШИМ с разрешением 8 бит
при помощи функции

analogWrite()
.



SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS).

Посредством данных
выводов
осуществляется связь SPI, например, используя

библиотеку SPI
. Также выводы SPI могут
быть выведены на блоке ICSP, который совместим с платформами Uno, Duemilanove и
Diecimila.



LED: 13.

Встроенный светодиод, подключенный к цифровому выводу 13.
Если значение на выводе имеет высокий потенциал, то светодиод горит.




I2C: 20 (SDA) и 21 (SCL).

Посредством выводов осуществляется связь I2C
(TWI). Для создания используется
библиотека Wire

(информация на сайте Wiring).
Расположение выводов на платформе Mega

не соответствует расположению Duemilanove
или Diecimila.

На платформе Mega2560 имеется 16 аналоговых входов, каждый разреш
ением 10 бит
(т.е. может принимать 1024 различных значения). Стандартно выводы имеют диапазон
измерения до 5 В относительно земли, тем не менее имеется возможность изменить верхний
предел посредством вывода AREF и функции analogReference().

Дополнительная
пара выводов платформы:



AREF.

Опорное напряжение для аналоговых входов. Используется с
функцией

analogReference()
.



Reset.

Низкий уровень сигнала на выводе перезагружает микроконтроллер.
Обычно при
меняется для подключения кнопки перезагрузки на плате расширения,
закрывающей доступ к кнопке на самой плате Arduino.

Связь

На платформе Arduino Mega2560 установлено несколько устройств для
осуществления связи с компьютером, другими устройствами Arduino ил
и
микроконтроллерами. ATmega2560 поддерживает 4 порта последовательной передачи
данных UART для TTL. Установленная на плате микросхема ATmega8U2 направляет один
из интерфейсов через USB, предоставляя виртуальный COM порт программам на
Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

9

компьютере (машинам п
од упровлением Windows для корректной работы с виртуальным
COM портом необоходим .inf файл, системы на базе OSX и Линукс, автоматически
распознаю COM порт).


Утилита мониторинга последовательной шины (Serial Monitor)
среды разработки Arduino позволяет посы
лать и получать текстовые данные при
подключении к платформе. Светодиоды RX и TX на платформе будут мигать при передаче
данных через микросхему ATmega8U2 и 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 Mega2560.

ATmega2560 поддерживает интерфейсы I2C (TWI) и SPI. В Arduino включена
библиотека Wire для удобст
ва использования шины I2C. Более подробная информация
находится на сайте

Wiring
. Для связи по SPI, используется
библиотека SPI
.

Программирование

Платформа программируется посредством среды разработки Arduino. Подробная
информация находится в

справочнике и инструкциях
.

Микроконтроллер ATmega2560 поставляется с записанным загрузчиком,
облег
чающим запись новых программ без использования внешних программаторов. Связь
осуществляется оригинальным протоколом STK500.

Имеется возможность не использовать загрузчик и запрограммировать
микроконтроллер через выводы блока ICSP (внутрисхемное
программиро
вание).

Подробная информация

находится в данной инструкции.

Код прошивки для контроллера ATmega8U2

доступен дл
я свободного скачивания
.
Контроллер ATmega8U2 имеет собственный DFU загрузчик, который может быть
активирован замыканием джампера на обратной стороне платы (рядом с картой Италии) и
перезагрузкой контроллера. Для записи новой прошивки возможно использовать

Atmel's
FLIP
(под Windows) или

DFU программатор

(на Mac OS X или Linux). Также можно
переписать прошивху внешним программат
ором, используя ISP вход.

Автоматическая (программная) перезагрузка

Mega разработана таким образом, чтобы перед записью нового кода перезагрузка
осуществлялась самой программой, а не нажатием кнопки на платформе. Одна из линий
ATmega8U2, управляющих потоко
м данных (DTR), подключена к выводу перезагрузки
микроконтроллера ATmega2560 через конденсатор 100 нФ.

Активация данной линии, т.е.
подача сигнала низкого уровня, перезагружает микроконтроллер. Программа Arduino,
используя данную функцию, загружает код од
ним нажатием кнопки Upload в самой среде
программирования. Подача сигнала низкого уровня по линии DTR скоординирована с
началом записи кода, что сокращает таймаут загрузчика.

Функция имеет еще одно применение.

Перезагрузка Mega2560 происходит каждый
раз пр
и подключении к программе Arduino на компьютере с ОС Mac X или Linux (через
Егоров А.А.

Информационные

технологии

АСОИУ

10

USB).

Следующие полсекунды после перезагрузки работает загрузчик. Во время
программирования происходит задержка нескольких первых байтов кода во избежание
получения платформой нек
орректных данных (всех, кроме кода новой программы). Если
производится разовая отладка скетча, записанного в платформу, или ввод каких
-
либо
других данных при первом запуске, необходимо убедиться, что программа на компьютере
ожидает в течение секунды перед
передачей данных.

На Mega2560 имеется возможность отключить линию автоматической перезагрузки
разрывом соответствующей линии.

Контакты микросхем с обоих концов линии затем
могут быть соединены с целью восстановления. Линия маркирована «RESET
-
EN».
Отключить автоматическую перезагрузку также возможно подключив резистор 110 Ом
между источником 5 В и данной линией.

Токовая защита разъема USB

В Arduino Mega2560 встроена перезагружаемая плавкая вставка, защищающая порт
USB компьютера от токов короткого з
амыкания и сверхтоков. Хотя практически все
компьютеры имеют подобную защиту, тем не менее, данный предохранитель обеспечивает
дополнительный барьер.

Предохранитель автоматически прерывает обмен данных при
прохождении тока более 500 мА через USB порт.

Физи
ческие характеристики и совместимость с платами расширения

Длинна и ширина печатной платы Mega2560 составляют 10,2 и 5.3 см
соответственно. Разъем USB и силовой разъем выходят за границы данных размеров. Три
отверстия в плате позволяют закрепить ее на пове
рхности. Расстояние между цифровыми
выводами 7 и 8 равняется 0,4 см, хотя между другими выводами оно составляет 0,25 см.

Arduino Mega2560 совместима со всеми платами расширения, разработанными для
платформ Uno, Duemilanove или Diecimila. Расположение вывод
ов 0


13 (и примыкающих
AREF и GND), аналоговых входов 0


5, силового разъема, блока ICSP, порта
последовательной передачи UART (выводы 0 и 1) и внешнего прерывания 0 и 1 (выводы 2
и 3) на Mega соответствует расположению на вышеприведенных платформах.

Св
язь SPI
может осуществляться через блок ICSP, как на платформах Duemilanove / Diecimila, так и
на Mega2560. Однако расположение выводов (20 и 21) связи I2C на платформе Mega не
соответствуют расположению тех же выводов (аналоговые входы 4 и 5) на Duemilano
ve /
Diecimila.





Приложенные файлы

  • pdf 9420128
    Размер файла: 569 kB Загрузок: 3

Добавить комментарий