Платформа Arduino стала нынче практически мейнстримом.
В этой статье напишу о том, как собрать минимальную платформу на контроллере Amega 328P-PU, чтобы ее можно было программировать на платформе Arduino IDE.
Буковка «P» в названии микросхемы означает низкое энергопотребление, а PU-корпус DIP28, который удобно паять обычным паяльником.
Контроллеры пришли, как их теперь готовить?
Yеобходимо установить загрузчик в наши контроллеры. Для этого используем плату Arduino Uno и купленный заранее очень дешевый программатор USBasp . Чтобы не мудрить с проводками, лучше сразу взять еще и такой переходник на 6-ти пиновый разъем ICSP .
Описываем параметры микроконтроллера в файле c:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\boards.txt
Для себя я сделал две конфигурации — внутренний кварц 8МГц с загрузчиком optiboot и отключенной проверкой на напряжение питания (чтобы можно было запитать микросхему вольт так от трех)
atmega328_8_33.name=Atmega328 (3.3V, 8 MHz internal)
atmega328_8_33.upload.protocol=arduino
atmega328_8_33.upload.maximum_size=30720
#atmega328_8_33.upload.speed=19200
atmega328_8_33.upload.speed=57600atmega328_8_33.bootloader.low_fuses=0xC2
atmega328_8_33.bootloader.low_fuses=0xE2
atmega328_8_33.bootloader.high_fuses=0xDE
atmega328_8_33.bootloader.extended_fuses=0x07
atmega328_8_33.bootloader.path=optiboot
atmega328_8_33.bootloader.file=optiboot_atmega328.hex
atmega328_8_33.bootloader.unlock_bits=0x3F
atmega328_8_33.bootloader.lock_bits=0x0Fatmega328_8_33.build.mcu=atmega328p
atmega328_8_33.build.f_cpu=8000000L
atmega328_8_33.build.core=arduino
atmega328_8_33.build.variant=standard
и точная такая же с внешним кварцевым резонатором на 16МГц.
atmega328_16.name=Atmega328_16 (3.3V, 16 MHz external)
atmega328_16.upload.protocol=arduino
atmega328_16.upload.maximum_size=32256
atmega328_16.upload.speed=115200
atmega328_16.bootloader.low_fuses=0xff
atmega328_16.bootloader.high_fuses=0xde
atmega328_16.bootloader.extended_fuses=0x07
atmega328_16.bootloader.path=optiboot
atmega328_16.bootloader.file=optiboot_atmega328.hex
atmega328_16.bootloader.unlock_bits=0x3F
atmega328_16.bootloader.lock_bits=0x0F
atmega328_16.build.mcu=atmega328p
atmega328_16.build.f_cpu=16000000L
atmega328_16.build.core=arduino
atmega328_16.build.variant=standard
Аккуратно вынимаем из панельки Arduino контроллер и ставим туда наш.
Запускам стандартную ArduinoIDE, выбираем в меню «Сервис->Программатор->USBasp», плату Atmega328 (3.3V, 8 MHz internal) или Atmega328_16 (3.3V, 16 MHz external) и нажимаем «Записать загрузчик». После окончания процесса загрузки мы получаем контроллер, в который можно уже в дальнейшем заливать программы через стандартный USB Ардуины.
В принципе, если вам не требуется низковольтное питание, можно не править фал board.txt, а пошить контроллер как Arduino Uno.
Дальнейшая работа с контроллером такая — либо шить его вставляя на плату Arduino Uno через стандартный USB порт этой платы. Прошив контроллер на работу с внутренним кварцем, можно сразу использовать его практически без всякой обвязки. Например, мигать светодиодом на 13-м порту, как на этой картинке.
Если же нужно постоянно использовать контроллер в своей плате, не переставляя его — то нужно собрать такую схему
Контроллер с внешним кварцем работает быстрее и гораздо стабильнее.
Где это уже работает?
Контроллер управления вентилятором в ванной комнате
Arduino – аппаратная вычислительная платформа, которая используется для проектирования и создания электронных устройств различного уровня сложности.
В основе этого электронного конструктора лежит аппаратная платформа для ввода и вывода, которая программируется на языке Processing/Wiring , созданном на базе C++. Из каких компонентов состоит Arduino, что можно сделать с его помощью и как научиться обращаться с этим умным чипом?
Arduino – один из наиболее распространенных миниатюрных контроллеров с набором входов и выходов, который работает по предварительно написанной программе. Этот универсальный контроллер очень удобен для создания прототипов электронных устройств, что делает его популярным не только среди студентов и любителей со всего мира, но и среди продвинутых проектировщиков и изобретателей.
Arduino подкупает своей универсальностью. Используя специальные расширяющие платы, этот контроллер может взаимодействовать с другими девайсами посредством Bluetooth, Wi-Fi, GPRS, осуществлять и принимать телефонные звонки и СМС.
Контроллер является не простой микросхемой, а платой, где реализована готовая схема питания и интерфейсы для присоединения к ПК, входные и выходные разъемы.
Благодаря широкому ассортименту библиотек протоколов, имеется возможность организовать взаимодействие Arduino с сенсорами и сервоприводами, используемыми в современной робототехнике.
А открытая архитектура дает возможность настраивать Arduino под любые цели. А благодаря упрощенному языку программирования, освоить работу с контроллером будет легко даже новичкам. Особенно удобно работать с Ардуино благодаря платформе, которая дает практически мгновенный отклик на запрограммированные команды.
Что можно сделать с Arduino? Практически любую оригинальную идею программист, дизайнер или инженер может превратить в рабочий прототип – достаточно лишь приобрести контроллер и дополнительные радиодетали. Также энтузиастов программирования и схемотехники подкупает невысокая стоимость Arduino, которая делает контроллер доступным для широких масс.
Рассмотрим несколько оригинальных идей, которые можно реализовать на Arduino. Помимо самой схемы, вам могут понадобиться дополнительные детали, которые выгоднее всего закупать на AliExpress.
Реализовать такой проект можно с использованием нескольких плат Arduino Nano и одной Arduino Uno/Mega, которая будет выступать в роли базы. Связь между модулями можно реализовать с помощью NRF24L01 – модуля радиосвязи, который дает возможность объединять до 6 плат.
В одном корпусе необходимо собрать Arduino Nano, соединенные с датчиками влажности и температуры DHT22, а также модулем NRF24L01. Источником питания может выступать обычная батарейка. Несколько таких устройств необходимо разместить по всем помещениям в доме.
Показатели с Arduino Nano будут передаваться на базу, в роли которой выступает Arduino Mega или Uno. К ней также необходимо присоединить приемник сигнала NRF24L01, источник питания и дисплей LCD для отображения текстовой информации. Располагать «базу» необходимо в непосредственной близости от системы отопления. Принимая и обрабатывая поступающие данные о влажности и температуре, база будет передавать системе отопления команды и повышении или понижении температуры.
Эта идея является одной из самых сложных в реализации. С помощью Arduino Mega вы сможете реализовать не только ЧПУ-станок, но и 3D принтер. Помимо самой платы, вам необходимы будут драйверы двигателей L298N, а также сами двигатели. Остальная часть работы – это рама и разработка программного кода.
Все владельцы огорода или приусадебного участка знают, как много внимания требует к себе теплица и выращиваемая в ней рассада. Необходимо постоянно контролировать влажность почвы, вовремя открывать и закрывать двери и т. д. С помощью Arduino все эти рутинные процессы могут быть автоматизированы.
Используя всего одну плату Arduino Mega и контроллер DHT22, вы сможете фиксировать и выводить на экран информацию о температуре в теплице, а также передавать команды на запуск полива, управление моторами для открытия и закрытия дверей.
Роботы – лучшая игрушка не только для детей, но и для взрослых, особенно, когда имеется возможность ими управлять. Используя Arduino и различные подручные материалы, вы сможете сделать робота в любой конфигурации: от наиболее примитивных до сложных моделей.
Например, с помощью ультразвукового дальномера HC-SR04 ваш робот сможет фиксировать расстояние до препятствий и огибать их при движении. Применив драйвер двигателей L293D, вы получите в свое распоряжение 3 сервопривода и 4 двигателя. С помощью модуля HC-06 у вас появится возможность управлять своим детищем по Bluetooth через смартфон.
Конечно, на этом список проектов на Arduino, что можно сделать своими руками, не исчерпывается – возможности здесь ограничены только вашей фантазией и навыками.
С практической точки зрения – проще купить готовую плату и не заморачиваться, но навыки, полученные при изготовлении данной поделки, в дальнейшем могут пригодиться.
Процесс изготовления любой самоделки начинается с подготовки материально-технической базы.
Радиодетали:
Инструменты:
После того, как приобрели все радиодетали, пришло время произвести монтаж, но перед этим нужно сказать пару слов насчёт atmega328. Существуют два типа микросхем: с boot-loader (бутлоударом, он же загрузчик) и без него. Разница в цене микросхем не значительная, но если приобретёте «микруху» с бутлоударом, то сможете проскочить несколько шагов из данной статьи. Если же купите без загрузчика, то необходимо в точности выполнить всё, что описано в последующих шагах.
Загрузчик необходим для загрузки кода с Arduino IDE в микросхему.
Для этого шага будет нужна плата Arduino UNO. Следуя схеме, припаяем радиодетали на монтажную плату. На данной этапе, нет необходимости включать в схему регуляторы напряжения, так как Arduino обеспечит необходимое напряжение.
Настроим плату Аrduino UNO, как ISP. Это нужно сделать для того, чтобы плата прошила микроконтроллер ATmega, а не саму себя. Не подключайте ATmega, пока идёт загрузка кода.
После того, как все элементы схемы соединены воедино, открываем IDE.
После успешной записи, вы получите «Done burning bootloader».
После прошивки загрузчика, завершим изготовлении платы. Регулятор напряжения L7805 – это важная деталь схемы. Распиновка следующая (смотрим на лицевую сторону): крайняя левая нога – вход, центральная нога – земля, а крайняя правая нога – выход.
Следуя схеме присоединим регулятор напряжения к arduino.
Данный шаг выполняется по желанию. Регулятор используется только для питания внешних шилдов/модулей, которым нужно 3.3В.
Как только завершим сбоку, пришло время загрузить первый код. Для прошивки удалим родной микроконтроллер ATmega 328 с платы UNO и заменим его новой микрухой. Как только загрузим код, поменяем микросхемы местами.
На этом всё! Спасибо за внимание!
Arduino – это потрясающая электронная платформа для создания радиолюбительских проектов. Она проста в использовании и намного дешевле профессиональных отладочных плат.
Но Arduino можно сделать еще дешевле, не приобретая заводскую плату, а сделав ее самостоятельно. И в этом материале будет рассказано, как сделать Arduino своими руками, используя компоненты из местного радиомагазина.
Шаг 1: компоненты
Для Arduino нам понадобятся:
Шаг 2: организация цепи питания
В первую очередь нам нужно подвести питание для нашего микроконтроллера. Для этого мы воспользуемся регулятором напряжения 7805 на +5 В. На рисунке показана схема соединения.
Чтобы регулятор работал правильно, входное напряжение должно быть больше +5 В, например, в качестве источника подойдет батарейка +9 В. Питание заводится на красный (+) и черный (-) квадраты. Затем следует конденсатор на 10 мкФ. Поскольку он является электролитическим, то нужно соблюдать полярность. Как правило, вывод анода (+) длиннее вывода катода (-). Также большинство конденсаторов маркируются полосой на стороне катода. Дальше идут два провода, которые «перебрасывают» питание на другую часть платы. Затем следует регулятор напряжения. Здесь также нужно не ошибиться с полярностью. Если смотреть на него с фронтальной стороны, то левый контакт будет входом (Vin), средний землей (GND), а правый выходом (Vout). К выходу также, соблюдая полярность, подключаем конденсатор 10 мкФ.
Для большего удобства использования линии питания «перекинем» ее на левую сторону платы:
Также хорошей идеей является добавление светодиодного индикатора, позволяющего узнать, подключено ли в данный момент питание или нет. Подключение светодиода производится через резистор 220 Ом (на рисунке промаркирован двумя красными и одной коричневой полосами). Резистор соединяем с анодом (обычно длинный вывод) светодиода. Катод заводим на землю.
Шаг 3: выводы Arduino
Теперь нам нужно взять микроконтроллер. В данном случае используется ATmega 168 компании Atmel, но можно взять и ATmega 328. ATmega 328 работает на той же скорости и имеет тоже назначение выводов, но у нее в два раза больше флеш-памяти и памяти EEPROM.
Назначение выводов для Arduino можно наблюдать на следующем рисунке:
Шаг 4: подключаем компоненты
Подключение рассмотрим сначала относительно одной стороны микроконтроллера, затем другой стороны. Схема для стороны выводов 15-28:
Заведите землю на вывод 22. Затем питание на вывод 21 (аналоговое опорное напряжение для АЦП) и вывод 20 (питание для АЦП). На оригинальной плате Arduino вывод для светодиода обозначается как Pin 13, но по отношению к микроконтроллеру это будет вывод 19. Поэтому на 19-й вывод заводим анод светодиода, а его катод через резистор 220 Ом подключаем на землю. При программировании следует помнить, что для зажигания светодиода нужно ссылаться на 13-й вывод (Pin 13).
Теперь перейдем к противоположной стороне (выводы 1-14):
К выводу 1 подключите кнопку. Она будет использоваться для сброса микроконтроллера. Прежде чем записывать новый скетч в Arduino, нужно будет нажимать на кнопку сброса. От соединения кнопки с выводом 1 должен быть подключен резистор 10 КОм на питание. А второй контакт кнопки должен быть заземлен. Вывод 8 (GND) также должен быть заземлен, а вывод 7 (VCC) должен быть подключен к питанию. Осциллятор 16 МГц подключается к выводам 9 и 10. От него также идут конденсаторы 22 пФ на землю.
С левой стороны изображения присутствует разъем для программирования. Функционал выводов, начиная с крайнего левого следующий: GND, NC, 5V, TX, RX, NC. NC значит никуда не подключен. Вывод RX подключаем ко второму выводу контроллера, а TX к третьему. Теперь можно программировать эту самодельную плату Arduino.
Шаг 5: Программирование
Теперь нам понадобится плата конвертера интерфейсов USB-TTL. В качестве конвертера может выступать, например, FT232RL. После подключения данного переходника к выводам TX и RX, а также линии питания +5В нужно запустить среду разработки Arduino IDE и выбрать пример (раздел Example sketch files) Blink из подраздела Digital. Теперь нужно выбрать активный COM-порт USB-переходника, например, COM1 или COM9. Далее в зависимости от используемого микроконтроллера нужно выбрать плату (раздел Tools/Board): Arduino Decimila, Duemilanove or Nano w/ATmega128 или Arduino Duemilanove w/ATmega328.
Ну вот и настало время освоить платформу для duino самостоятельно. Для начала разберемся, что нам может потребоваться. Для начал было бы не плохо определиться, на базе чего мы будем делать наш экземпляр отладочной платы. Чтобы упростить изначальную задачу, я предлагаю использовать USB-(UART)TTL адаптер для загрузки скетчей. Это упростит нам жизнь в разы. лично я буду использовать дешевенький адаптер, заказанный в ныне несуществующем интернет-магазине, но все также рабочий.
При построении нашей Duino будем стараться использовать минимальное количество элементов. По мере освоения будем добавлять необходимые компоненты.
Для ознакомления найдем схемы различных платформ на официальном сайте:
На мой взгляд схемы хорошие, но неплохо было бы посмотреть уже проверенные реализации "самоделок", мне очень понравились 3 варианта:
Соорудим минимальную обвязку нашему устройству.На первом этапе деталей необходимо минимум:
Собственно сам МК atmega328P (в моем случае, хотя может использоваться и 168 и 8)
Кварц 16 MHz
Конденсатор 22pF x 2шт.
Резистор 10k
Кнопка сброса (любая, кстати не обязательный элемент)
Вот в принципе и все, что минимально необходимо для работы микроконтроллера. Я предлагаю все наши работы иллюстрировать и проектировать в очень не плохой программке Fritzing:
Ну вот, давайте разберемся, зачем нужны данные элементы. Кнопка позволяет перезапустить микроконтроллер, резистор R1 является подтягивающим резистором для кнопки. Кварц, C1 и C2 являются внешним тактовым генератором для контроллера.
Это необходимая и достаточная обвязка, но лично я настоятельно Вам рекомендую установить керамический конденсатор 100nF параллельно основному питанию микросхемы.
Ну вот и готова наша минимальная Duino. Для того, чтобы удобнее было использовать данный отладочный инструмент, я предлагаю наклеивать на корпус подсказку с распиновкой "атмеги". Мой вариант реализован в Corel Draw:
Для начала соберем схему нашей Duino на беспаечной макетной плате, вот что получилось у меня:
Для загрузки скетчей мы будем использовать USB - TTL адаптер, на фото мой уже изрядно потрепавшийся адаптер на базе микросхемы CP2102:
Но перед загрузкой скетчей необходимо залить бутлоадер в МК, иначе, он "не поймет", что мы от него хотим. Есть масса способов, но мы будем использовать простейший. При помощи замечательного программатора USBasp:
Для начала подключим нашу Duino к программатору, это очень просто, достаточно соединить контакты программатора с Duino:
GND - масса (22 нога)
MOSI - MOSI (d11)
5V - питание "+" (7 нога)
Затем Arduino IDE -> Сервис -> "Записать загрузчик":
В процессе записи загрузчика придется подождать около 2 минут. После этого нам могут выпасть разнообразные "warning", типа "can not set SCK period" - не пугаемся и идем дальше.
Ну чтож, вот мы и готовы записать тестовый скетч "Blink" в наш новоиспеченный Duino, но есть один момент, и на нем я хотел бы остановиться. Как мы уже говорили для записи скетчей используется последовательный порт, но в "обычной" жизни МК это цифровые порты 0 и 1. Все очень просто, мы уже залили бутлоадер, он инициализирует запись новой прошивки при включении в течении нескольких секунд, после этого Duino начинает выполнять программу, которая записана у нее в памяти.
Чтобы перевести Duino в режим "приема", необходимо перезагрузить МК, для этого мы сделали специальную кнопку, но нажать ее нужно строго в определенный момент, это совсем не подходит для нас. К счастью на переходниках есть специальный вывод "RST", который достаточно подключить к 1 ноге МК, чтобы автоматически перезагружать Duino перед загрузкой скетча. Подключение очень простое, (переходник - Duino):
GND - масса (22 нога)
RXD - подключить к TXD (3 нога)
TXD - подключить к КXD (2 нога)
5V - питание "+" (7 нога)
Как Вы заметили контакты приема/передачи подключаются перекрестно. И все бы хорошо, но есть одно "но": существует огромное множество переходников, а для автоматической перезагрузки МК необходимо внедрить конденсатор на 100pF в разрыв цепи RST - перезагрузка (1 нога). В некоторых адаптерах он есть, а в некоторых - увы нет. Тут нужно только проверять, в моем экземпляре встроенного конденсатора не оказалось. В итоге схема немного "усложнилась":
Ну что же, теперь можно загрузить скетч в памяти Duino и попробовать провести несколько экспериментов =) (на фото добавлены светодиоды - индикаторы загрузки скетча):
