Úvod do Arduino Nano

Ahoj přátelé! Doufám, že se vám daří dobře. Dnes vás podrobně seznámím s Arduino Nano. Jedná se o desku mikrokontroléru vyvinutou společností Arduino.cc a založenou na Atmega328p / Atmega168.

Desky Arduino se široce používají v robotice, vestavěných systémech a elektronických projektech, kde je automatizace nezbytnou součástí systému. Tyto desky byly zavedeny pro studenty a lidi, kteří přicházejí bez technického vzdělání.

Jakákoli podpora a pomoc je snadno dostupná díky komunitě Arduino, která je příliš snadná na to, aby vás oslovila a osvobodila vás od závislosti na ostatních, což vás může stát hromadu dolarů. Navrhl jsem také tento videonávod na základy Arduino Nano:

V dnešním návodu se pokusím probrat každý a vše, co souvisí s Arduino Nano, tj. jeho hlavní funkce, Pinout, fungování, aplikace atd. Pojďme tedy začít:

• Pokud se plánujete naučit programovat Arduino Nano, pak se určitě podívejte na Úvod do Arduino IDE.

Úvod do Arduino Nano

• Arduino Nano je malé, kompatibilní, flexibilní a pro použití na desce vhodná deska s mikrokontrolérem, vyvinutá společností Arduino.cc v Itálii, založená na ATmega328p ( Arduino Nano V3.x) / Atmega168 ( Arduino Nano V3.x).
• Přichází s naprosto stejnými funkcemi jako v Arduino UNO, ale v poměrně malých rozměrech.
• Přichází s provozním napětím 5V, vstupní napětí se však může pohybovat od 7 do 12V.
• Pinout Arduino Nano obsahuje 14 digitálních pinů, 8 analogových pinů, 2 resetovací piny & 6 napájecích pinů.
• Každému z těchto digitálních & analogových pinů je přiřazeno více funkcí, ale jejich hlavní funkcí je konfigurace jako vstup nebo výstup.
• Při propojení se senzory se chovají jako vstupní piny, ale pokud řídíte nějakou zátěž, použijte je jako výstupní.
• Funkce jako pinMode() a digitalWrite() slouží k ovládání operací digitálních pinů, zatímco analogRead() slouží k ovládání analogových pinů.
• Analogové piny mají celkové rozlišení 10bitů, které měří hodnotu od nuly do 5V.
• Arduino Nano se dodává s krystalovým oscilátorem o frekvenci 16 MHz. Slouží k výrobě hodin o přesné frekvenci pomocí konstantního napětí.
• Při použití Arduina Nano existuje jedno omezení, tj. není vybaveno konektorem pro stejnosměrné napájení, což znamená, že nemůžete napájet externí zdroj energie pomocí baterie.
• Tato deska nepoužívá standardní USB pro připojení k počítači, místo toho je vybavena podporou Mini USB.
• Malé rozměry a přívětivost k breadboardu dělají z tohoto zařízení ideální volbu pro většinu aplikací, kde je důležitá velikost elektronických součástek.
• Paměť flash je 16KB nebo 32KB, což závisí na desce Atmega, tj. Atmega168 je vybavena 16KB paměti flash, zatímco Atmega328 je vybavena pamětí flash o velikosti 32KB. Paměť flash slouží k ukládání kódu. Paměť 2KB z celkové paměti flash se používá pro zavaděč.
• Datový list Arduino Nano si můžete stáhnout kliknutím na níže uvedené tlačítko:

• Paměť SRAM může mít velikost 1KB nebo 2KB a paměť EEPROM 512 bajtů nebo 1KB u desek Atmega168 a Atmega328.
• Tato deska je docela podobná ostatním deskám Arduino dostupným na trhu, ale díky malým rozměrům se tato deska odlišuje od ostatních.
• Následující obrázek ukazuje specifikace desky Arduino Nano.

• Pro programování se používá Arduino IDE, což je integrované vývojové prostředí, které funguje offline i online.
• Pro spuštění desky není třeba žádná předchozí příprava. Vše, co potřebujete, je deska, kabel mini USB a software Arduino IDE nainstalovaný v počítači. Kabel USB slouží k přenosu programu z počítače na desku.
• K kompilaci a vypálení programu není potřeba žádná samostatná vypalovačka, protože tato deska je vybavena vestavěným zavaděčem.

Vývody desky Arduino Nano

Následující obrázek ukazuje vývody desky Arduino Nano.

• Každý pin na desce Nano má přiřazenou určitou funkci.
• Vidíme analogové piny, které lze použít jako analogově-digitální převodník, kde piny A4 a A5 lze také použít pro komunikaci I2C. Stejně tak je zde 14 digitálních pinů, z nichž 6 pinů slouží ke generování PWM.

Pin Description

Vin. Jedná se o vstupní napájecí napětí desky při použití externího zdroje napájení 7 až 12 V.

5V. Je to regulované napájecí napětí desky, které se používá k napájení řadiče a dalších komponent umístěných na desce.

3,3 V. Jedná se o minimální napětí generované regulátorem napětí na desce.

GND. Jedná se o zemnicí piny na desce. Na desce je více zemnicích pinů, které lze odpovídajícím způsobem propojit, pokud je vyžadován více než jeden zemnicí pin.

Reset. Na desce je přidán resetovací kolík, který desku resetuje. Je velmi užitečný, když spuštěný program probíhá příliš složitě a zavěsí desku. Nízká hodnota na resetovacím pinu resetuje řadič.

Analogové piny. Na desce je 8 analogových pinů označených jako A0 – A7. Tyto piny slouží k měření analogového napětí v rozsahu 0 až 5 V.

Rx, Tx. Tyto piny se používají pro sériovou komunikaci, kde Tx představuje přenos dat, zatímco Rx představuje příjem dat.

13. Sériová komunikace. Tento pin se používá k zapnutí vestavěné LED.

AREF. Tento pin se používá jako referenční napětí pro vstupní napětí.

PWM. Šest pinů 3,5,6,9,10, 11 lze použít pro zajištění osmipólového výstupu PWM (pulzně šířková modulace). Jedná se o metodu používanou pro získání analogových výsledků pomocí digitálních zdrojů.

SPI. Čtyři piny 10(SS),11(MOSI),12(MISO),13(SCK) se používají pro SPI (Serial Peripheral Interface). SPI je sběrnice rozhraní a používá se hlavně k přenosu dat mezi mikrokontroléry a dalšími periferiemi, jako jsou senzory, registry a SD karty.

Externí přerušení. Piny 2 a 3 slouží jako externí přerušení, která se používají v případě nouze, kdy potřebujeme zastavit hlavní program a zavolat v daném okamžiku důležité instrukce. Hlavní program se obnoví, jakmile je zavolána a provedena instrukce přerušení.

I2C. Komunikace I2C je vyvinuta pomocí pinů A4 a A5, kde A4 představuje sériovou datovou linku (SDA), která přenáší data, a A5 představuje sériovou hodinovou linku (SCL), což je hodinový signál, generovaný nadřazeným zařízením, používaný pro synchronizaci dat mezi zařízeními na sběrnici I2C.

Komunikace a programování

• Zařízení Nano je vybaveno možností nastavit komunikaci s jinými řadiči a počítači. Sériová komunikace probíhá pomocí digitálních pinů, jako je pin 0 (Rx) a pin 1 (Tx), kde Rx slouží k příjmu dat a Tx k přenosu dat. V softwaru Arduino je přidán sériový monitor, který slouží k přenosu textových dat na desku nebo z desky. Součástí softwaru jsou také ovladače FTDI, které se pro software chovají jako virtuální komunikační port.
• Piny Tx a Rx jsou vybaveny LED diodou, která bliká při přenosu dat mezi FTDI a připojením USB k počítači.
• Seriálová knihovna softwaru Arduino slouží k provádění sériové komunikace mezi deskou a počítačem.
• Kromě sériové komunikace podporuje deska Nano také komunikaci I2C a SPI. Pro použití sběrnice I2C je přístupná knihovna Wire Library uvnitř softwaru Arduino Software.
• Programování desky Arduino Nano se provádí pomocí softwaru Arduino Software zvaného IDE, což je běžný software používaný pro téměř všechny dostupné typy desek. Stačí si stáhnout software a vybrat desku, kterou používáte. Existují dvě možnosti programování řadiče, tj. buď pomocí zavaděče, který je přidán v softwaru, který vás osvobodí od použití externí vypalovačky pro kompilaci a vypálení programu do řadiče, a další možností je použití ICSP (In-circuit serial programming header).
• Software pro desky Arduino je stejně kompatibilní s operačními systémy Windows, Linux nebo MAC, nicméně pro použití jsou preferovány Windows.

Jak desku Arduino Nano resetovat?

Existují dva způsoby, jak desku resetovat, tj. elektronicky nebo programově.

Chcete-li desku resetovat elektronicky, musíte propojit resetovací pin desky s některým z digitálních pinů na řadiči. Při nastavování tohoto spojení nezapomeňte přidat odpor 1K nebo 2K Ohm. Nyní použijte digitální pin jako výstup a před resetem jej udržujte v poloze HIGH. Jakmile je požadován reset, nastavte tento digitální pin na LOW. Tato metoda je velmi užitečná, protože při jejím použití se po nastavení digitálního pinu na LOW odešle do řídicí jednotky signál hardwarového resetu. K elektronickému resetu řadiče můžete použít následující program:

Po nahrání programu otevřete Arduino Serial Monitor, který zobrazuje následující výstup:

Další metoda, kterou můžeme použít k resetu desky, je pouze softwarová bez použití jakéhokoli hardwarového pinu. Deska Nano je vybavena vestavěnou funkcí známou jako resetFunc(). Deska se resetuje automaticky, když tuto funkci definujeme a pak ji zavoláme. Bez použití jakéhokoli hardwarového pinu můžete nahrát následující program pro programové resetování desky.

Po otevření sériového terminálu Arduino se zobrazí níže uvedený výstup.

Tato metoda má však určitá omezení. Jakmile je deska připojena k počítači, deska se resetuje pokaždé, když je spojení mezi deskou a počítačem rozloženo. Proto je vhodnější resetovat řadič elektronicky pomocí digitálního pinu.

Rozdíl mezi Arduino Uno a Arduino Nano

• Obě desky Arduino Uno a Arduino Nano jsou vybaveny stejnými funkcemi s malým rozdílem, pokud jde o uspořádání desky plošných spojů, velikost a tvar.
• Arduino Uno je deska mikrokontroléru založená na Atmega328 a je vybavena 14 digitálními I/O piny, z nichž 6 je PWM. Na desce je zabudováno 6 analogových pinů. Tato deska je vybavena vším potřebným pro podporu mikrokontroléru, jako je připojení USB, napájecí konektor, 16MHz oscilátor, tlačítko reset a hlavička ICSP. K desce nepotřebujete žádné další periferie, abyste ji zprovoznili pro automatizaci.
• Jedná se o kompletní zařízení připravené k použití, které nevyžaduje žádné předchozí technické dovednosti, abyste s ním získali praktické zkušenosti. Můžete jej napájet pomocí stejnosměrného napájecího konektoru, baterie nebo jej jednoduše připojit k počítači pomocí kabelu USB a začít pracovat.
• Arduino Nano je ve srovnání s Arduino Uno malé a kompaktní. Chybí mu konektor stejnosměrného napájení a místo běžného USB je vybaveno podporou Mini USB. Deska Nano je také vybavena dvěma analogovými piny navíc, tj. 8 piny oproti 6 analogovým pinům na desce Uno. Deska Nano je vhodná pro breadboard, zatímco deska Uno tuto vlastnost postrádá.
• Obě zařízení však pracují při napětí 5 V, dodávají se s proudovou hodnotou 40 mA a 16MHz taktovací frekvencí.

Použití

Arduino Nano je velmi užitečné zařízení, které přichází s širokou škálou aplikací a zabírá méně místa ve srovnání s ostatními deskami Arduino. Breadboard friendly povaha ji odlišuje od ostatních desek. Následují hlavní aplikace této desky.

• Detektor kovů Arduino
• Real-Time Face Detection
• Medicínské přístroje
• Průmyslová automatizace
• Android aplikace
• Projekty založené na GSM
• Embedded systémy
• Automatizace a robotika
• Domácí automatizace a obranné systémy
• Aplikace virtuální reality

To je pro dnešek vše. Doufám, že jste získali jasnou představu o desce Nano. Pokud se však stále cítíte skeptičtí nebo máte nějaký dotaz, můžete se na mě obrátit v níže uvedeném komentáři. Rád vám pomohu podle svých nejlepších znalostí a zkušeností. Neváhejte nás informovat o svých cenných připomínkách a návrzích, pomohou nám poskytnout vám kvalitní práci, která bude rezonovat s vašimi požadavky a umožní vám vracet se pro to, co nabízíme. Děkuji za přečtení článku.