Обзор платформ Arduino

Обзор платформ Arduino

Робототехника — увлекательный мир, где технологии, инженерия и творчество пересекаются, создавая нечто уникальное и полезное. Одним из ключевых инструментов, который делает робототехнику доступной даже для новичков, является Arduino.

Простота использования, доступность и огромное сообщество энтузиастов сделали Arduino одним из самых популярных инструментов для обучения и prototyping в робототехнике.

Изначально Arduino разрабатывался для студентов и художников, которые не имели глубоких знаний в электронике и программировании. Однако сегодня он используется в самых разных сферах: от создания умных домов до разработки сложных роботов. Arduino стал мостом между теорией и практикой, позволяя каждому воплотить свои идеи в жизнь.

Arduino – платформа для разработки электронных устройств, которая позволяет создавать простые и сложные устройства с помощью микроконтроллеров. Платформа состоит из аппаратной части – платы, а также программного обеспечения – среды разработки. Может использоваться для разработки интерактивных систем, управляемых различными датчиками и переключателями. Такие системы могут управлять работой различных индикаторов, двигателей и других устройств.

Микропроцессор Arduino использует архитектуру RISC и Гарвардскую

архитектуру.

Архитектура RISC - компьютер с набором коротких (простых, быстрых) команд.  Архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счёт упрощения инструкций, чтобы их декодирование было более простым, а время выполнения — меньшим.

Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительными признаками которой являются:

- хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства;

- канал инструкций и канал данных также физически разделены (Параллель);

Архитектура была разработана Говардом Эйкеном в конце 1930-х годов в Гарвардском университете.

На рынке представлены следующие разновидности платформы Arduino. Каждая из них служит для определённых целей.

Платформа Arduino Mega имеет значительно больше каналов ввода – вывода (см.рисунок 1).

Arduino Mega построена на микроконтроллере ATmega2560. Имеет 54 цифровых линий ввода / вывода и 16 аналоговых входов. Также имеет большое количество флэш-памяти: 256 КБ, что позволяет хранить большие программы, чем Uno. Имеет SRAM и EEPROM: 8 КБ и 4 КБ. Имеет 4 аппаратных UART порта, что делает ее идеальной платформой для коммуникаций с несколькими устройствами параллельно.

Платы Arduino Mega используются там, где необходимо большое количество входов и выходов.

Рисунок 1 - Платформа Arduino Mega

Технические характеристики:

 - Микроконтроллер: ATmega2560;

 - Тактовая частота: 16 МГц;

 - Напряжение: 5 В;

 - Предельные напряжения: 5-20 В;

 - Рекомендуемое напряжение питания: 7-12 В;

 - Макс. сила тока с одного вывода: 40 мА;

 - Цифровые пины: 54;

 - Аналоговые входы: 16;

 - Flash-память: 256 КБ (8 из них используются загрузчиком);

 - SRAM: 8 КБ;

 - EEPROM: 4 КБ.

Платформа Arduino Nano (см. рисунок 2) - компактная платформа для программирования микроэлектронных устройств, предназначенная для использования с макетной платой.

Функционал устройства во многом схож с Arduino UNO и отличается от нее лишь размерами платы и отсутствием отдельного разъема для питания.

Основа Arduino Nano - микроконтроллер на базе ATmega328, логическая микросхема для обработки данных с тактовой частотой 16 МГц, имеющая 8 аналоговых и 14 цифровых контактов общего назначения, а также все необходимые интерфейсы: I2C и UART.

Технические характеристики Arduino Nano:

- Напряжение питания 5В;

- Количество цифровых пинов – 14, из них 6 могут использоваться в качестве  - Выходов ШИМ;

- Количество аналоговых пинов – 8;

- Максимальный ток цифрового выхода 40 мА;

- Флэш- память 16 Кб или 32 Кб, в зависимости от чипа;

- ОЗУ 1 Кб или 2 Кб, в зависимости от чипа; EEPROM 512 байт или 1 Кб;

- Састота 16 МГц;

- Размеры 19 х 42 мм;

- Вес 7 г.

Рисунок 2 - Платформа Arduino Nano

Arduino Uno построена на базе микроконтроллера ATmega328 (см. рисунок 3). Платформа имеет 14 цифровых ввода/ выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB или подать питание при помощи адаптера AC/DC, или аккумуляторной батареей.

Плата Uno по умолчанию поддерживает три типа памяти:

Flash – память объемом 32 кБ. Это основное хранилище для команд. Когда прошивается контроллер своим скетчем,  записывается именно Flash. 2кБ из данного пула памяти отводится на bootloader- программу, которая занимается инициализацией системы, загрузки через USB и запуска скетча.

Оперативная SRAM память объемом  2 кБ. Здесь по умолчанию хранятся переменные и объекты, создаваемые в ходе работы программы. Память энерго-зависимая, при выключении питания все данные, разумеется, сотрутся.

Энергонезависимая память (EEPROM) объемом 1кБ. Можно хранить данные, которые не сотрутся при выключении контроллера.

Процедура записи и считывания EEPROM требует использования дополнительной библиотеки, которая доступна в Arduino IDE по умолчанию.

Также нежно помнить об ограничении циклов перезаписи, присущих технологии EEPROM.

Рисунок 3 - Arduino Uno

Плата Arduino Duemilanove (см. рисунок 4).

Технические данные:

- Микроконтроллер ATmega328;

- Flаsh-память 32 Кбайт (из них 2 Кбайт для начального загрузчика стемы);

- RAM 2 Кбайт, EEPROM 1 Кбайт;

- Тактовая частота 16 МГц;

- 14 цифровых каналов ввода/вывода, из них 6 применимы для ШИМ;

- 6 аналоговых входов 10-разрядных АЦП»;

- Встроенный интерфейс USB FT232RL от компании FTDI;

- Рабочее напряжение 5 В, питание через USB или от стабилизатора напряжения (входное напряжение 7-12 В);

- Габаритные размеры примерно 69х53х12 мм.

Загрузчик системы уже установлен при поставке, загрузка возможна без программного адаптера.

Рисунок 4 - Плата Arduino Duemilanove

Плата Arduino Mini (см. рисунок 5).

Технические данные:

- Микроконтроллер ATmega168 с тактовой частотой 16 МГц;

программирование через адаптер USB (ARDUINO/USB, адаптер USB с чипом компании FГDI);

- EEPROM 512 бит;

- SRAM 1 Кбайт»;

- «FLASH 16 Кбайт (2 Кбайт требуется для начального загрузчика системы);

рабочее напряжение 5 В;

- 14 цифровых каналов ввода/вывода, 6 из них могут использоваться для формирования ШИМ;

- Восемь аналоговых входов 1 О-разрядных АЦП;

- Напряжение питания 7-9 В.

Рисунок 5 - Плата Arduino Mini

Плата Arduino Pro Mini (см. рисунок 6).

Технические данные:

- ATmega328 с тактовой частотой 16 МГц (точность 0,5%);

- Программирование через адаптер USB (ARDUINO/USB);

- Функция автоматического сброса;

- Варианты платы под рабочее, напряжение 5 и 3,3 В;

- Максимальный выходной ток 150 мА;

- Защита от перегрузки;

- Защита от неправильной полярности;

- Напряжение питания 5-12 В;

- Встроенное питание и светодиоды состояния;

- Габаритные размеры: 18х33 мм;

- Вес менее 2 г.

Рисунок 6 - Плата Arduino Pro Mini

Arduino представляет собой открытую аппаратную платформу, которая позволяет разработчикам и любителям создавать интерактивные проекты с использованием микроконтроллеров.

Благодаря простоте программирования и доступности компонентов, Arduino находит широкое применение в различных областях, включая робототехнику, автоматизацию, создание умных устройств и образовательные проекты.

Платформа поддерживает множество сенсоров и модулей, что делает ее идеальным инструментом для прототипирования и реализации идей как для профессионалов, так и для новичков.

Робототехника — это не только создание механических устройств, но и их "оживление" с помощью электроники и программного обеспечения. Arduino играет ключевую роль в этом процессе, и вот почему:

1. Обучение основам. Arduino идеально подходит для изучения базовых принципов робототехники: работы с датчиками, управления моторами, обработки сигналов и программирования.

2. Быстрое прототипирование. С помощью Arduino можно быстро создать прототип робота, чтобы проверить его работоспособность. Это особенно важно для инженеров и изобретателей.

3. Интеграция с другими устройствами. Arduino легко взаимодействует с другими компонентами: Bluetooth-модулями, Wi-Fi, камерами, GPS и т.д. Это позволяет создавать роботов с расширенными функциями.

4. Развитие логики и креативности. Работа с Arduino учит мыслить системно, находить нестандартные решения и воплощать идеи в реальность.

5. Поддержка сообщества. Благодаря огромному количеству готовых проектов, библиотек и форумов, любой вопрос можно решить за считанные минуты.

Arduino — это не просто плата, а целая философия, которая делает технологии доступными для всех. Он позволяет каждому, независимо от возраста и уровня подготовки, попробовать себя в робототехнике, программировании и электронике.