Wprowadzenie do Arduino Nano

Witam Przyjaciele! Mam nadzieję, że masz się dobrze. Dzisiaj, mam zamiar dać ci szczegółowe wprowadzenie do Arduino Nano. Jest to mikrokontroler opracowany przez Arduino.cc i oparty na Atmega328p / Atmega168.

Płyty Arduino są szeroko stosowane w robotyce, systemach wbudowanych i projektach elektronicznych, gdzie automatyzacja jest istotną częścią systemu. Płyty te zostały wprowadzone dla studentów i ludzi, którzy pochodzą z nie techniczne background.

Dowolny rodzaj wsparcia i pomocy jest łatwo dostępne przez społeczność Arduino, że jest zbyt łatwe do podejścia i ustawia cię wolny od zależności od innych, które mogą kosztować Ci garść dolarów. Zaprojektowałem również ten video tutorial na temat podstaw Arduino Nano:

W dzisiejszym tutorialu, postaram się omówić każdy i wszystko związane z Arduino Nano tj. jego główne cechy, Pinout, pracę, aplikacje itp. Tak więc zaczynajmy:

• Jeśli planujesz nauczyć się programowania Arduino Nano, to musisz zajrzeć do Wstępu do Arduino IDE.

Wprowadzenie do Arduino Nano

• Arduino Nano jest małym, kompatybilnym, elastycznym i przyjaznym dla płyty montażowej mikrokontrolerem, opracowanym przez firmę Arduino.cc we Włoszech, oparta na ATmega328p (Arduino Nano V3.x) / Atmega168 (Arduino Nano V3.x).
• Posiada dokładnie taką samą funkcjonalność jak Arduino UNO, ale jest dość małych rozmiarów.
• Posiada napięcie robocze 5V, jednak napięcie wejściowe może się zmieniać od 7 do 12V.
• Rozkład pinów Arduino Nano zawiera 14 pinów cyfrowych, 8 pinów analogowych, 2 piny resetujące & 6 pinów zasilania.
• Każdy z tych pinów cyfrowych & pinów analogowych jest przypisany do wielu funkcji, ale ich główną funkcją jest bycie skonfigurowanym jako wejście lub wyjście.
• Działają one jako piny wejściowe, gdy są połączone z czujnikami, ale jeśli prowadzisz jakieś obciążenie, wtedy użyj ich jako wyjścia.
• Funkcje takie jak pinMode() i digitalWrite() są używane do kontrolowania operacji na pinach cyfrowych, podczas gdy analogRead() jest używany do kontrolowania pinów analogowych.
• Piny analogowe mają całkowitą rozdzielczość 10 bitów, które mierzą wartość od zera do 5V.
• Arduino Nano jest wyposażone w oscylator kryształowy o częstotliwości 16 MHz. Jest on używany do wytwarzania zegara o precyzyjnej częstotliwości przy użyciu stałego napięcia.
• Jest jedno ograniczenie przy użyciu Arduino Nano, tj. nie posiada ono gniazda zasilania DC, co oznacza, że nie można zasilać go z zewnętrznego źródła poprzez baterię.
• Płytka ta nie używa standardowego USB do połączenia z komputerem, zamiast tego posiada obsługę Mini USB.
• Niewielki rozmiar i przyjazny dla płytki montażowej charakter czynią to urządzenie idealnym wyborem dla większości aplikacji, w których rozmiar elementów elektronicznych jest bardzo istotny.
• Pamięć flash wynosi 16KB lub 32KB, co zależy od płyty Atmega, tzn. Atmega168 posiada 16KB pamięci flash, podczas gdy Atmega328 posiada pamięć flash o pojemności 32KB. Pamięć flash jest używana do przechowywania kodu. 2KB pamięci z całkowitej pamięci flash jest używane dla bootloadera.
• Możesz pobrać Arduino Nano Datasheet klikając poniższy przycisk:

• SRAM może się różnić od 1KB lub 2KB a EEPROM to 512 bajtów lub 1KB odpowiednio dla Atmega168 i Atmega328.
• Płytka ta jest dość podobna do innych płytek Arduino dostępnych na rynku, ale mały rozmiar sprawia, że ta płytka wyróżnia się spośród innych.
• Następny rysunek przedstawia specyfikację Arduino Nano Board.

• Programuje się ją za pomocą Arduino IDE, które jest zintegrowanym środowiskiem programistycznym działającym zarówno w trybie offline jak i online.
• Nie są wymagane żadne wcześniejsze ustalenia, aby uruchomić płytkę. Wszystko czego potrzebujesz to płytka, kabel mini USB i oprogramowanie Arduino IDE zainstalowane na komputerze. Kabel USB służy do przeniesienia programu z komputera na płytkę.
• Nie jest wymagana osobna nagrywarka do skompilowania i wypalenia programu, ponieważ płytka posiada wbudowany boot-loader.

Pinout Arduino Nano

Następujący rysunek przedstawia pinout płytki Arduino Nano.

• Każdy pin na płytce Nano ma określoną funkcję z nim związaną.
• Możemy zobaczyć piny analogowe, które mogą być użyte jako konwerter analogowo-cyfrowy, gdzie piny A4 i A5 mogą być również użyte do komunikacji I2C. Podobnie, istnieje 14 pinów cyfrowych, z których 6 pinów jest używanych do generowania PWM.

Opis pinów

Vin. Jest to wejściowe napięcie zasilające płytkę w przypadku korzystania z zewnętrznego źródła zasilania o wartości od 7 do 12 V.

5V. Jest to regulowane napięcie zasilania płytki, które służy do zasilania kontrolera i innych elementów umieszczonych na płytce.

3,3V. Jest to minimalne napięcie generowane przez regulator napięcia na płytce.

GND. Są to piny uziemienia na płytce. Na płycie znajduje się wiele pinów uziemienia, które mogą być odpowiednio połączone, gdy wymagane jest więcej niż jeden pin uziemienia.

Reset. Reset pin jest dodany na płytce, który resetuje płytkę. Jest to bardzo pomocne, gdy uruchomiony program jest zbyt skomplikowany i zawiesza płytkę. Wartość LOW na pinie reset resetuje kontroler.

Piny analogowe. Na płytce znajduje się 8 pinów analogowych oznaczonych jako A0 – A7. Piny te służą do pomiaru napięcia analogowego w zakresie od 0 do 5V.

Rx, Tx. Te piny są używane do komunikacji szeregowej, gdzie Tx reprezentuje nadawanie danych, podczas gdy Rx reprezentuje odbiornik danych.

13. Ten pin jest używany do włączania wbudowanej diody LED.

AREF. Ten pin jest używany jako napięcie odniesienia dla napięcia wejściowego.

PWM. Sześć pinów 3,5,6,9,10, 11 może być wykorzystanych do dostarczenia 8-wyprowadzeniowego wyjścia PWM (Pulse Width Modulation). Jest to metoda używana do uzyskania analogowych wyników przy użyciu źródeł cyfrowych.

SPI. Cztery piny 10(SS),11(MOSI),12(MISO),13(SCK) są używane dla SPI (Serial Peripheral Interface). SPI jest magistralą interfejsu i służy głównie do przesyłania danych pomiędzy mikrokontrolerami i innymi urządzeniami peryferyjnymi, takimi jak czujniki, rejestry i karty SD.

Zewnętrzne przerwania. Piny 2 i 3 są używane jako zewnętrzne przerwania, które są używane w nagłych przypadkach, kiedy musimy zatrzymać główny program i wywołać ważne instrukcje w tym momencie. Program główny jest wznawiany po wywołaniu i wykonaniu instrukcji przerwania.

I2C. Komunikacja I2C odbywa się za pomocą pinów A4 i A5, gdzie A4 reprezentuje linię danych szeregowych (SDA), która przenosi dane, a A5 reprezentuje linię zegara szeregowego (SCL), która jest sygnałem zegarowym, generowanym przez urządzenie nadrzędne, używanym do synchronizacji danych pomiędzy urządzeniami na magistrali I2C.

Komunikacja i programowanie

• Urządzenie Nano posiada możliwość nawiązania komunikacji z innymi kontrolerami i komputerami. Komunikacja szeregowa odbywa się za pomocą pinów cyfrowych takich jak pin 0 (Rx) i pin 1 (Tx), gdzie Rx służy do odbierania danych, a Tx do ich przesyłania. Monitor szeregowy jest dodany w oprogramowaniu Arduino, który jest używany do przesyłania danych tekstowych do lub z płytki. Sterowniki FTDI są również zawarte w oprogramowaniu, które zachowują się jak wirtualny port com do oprogramowania.
• Piny Tx i Rx są wyposażone w diodę LED, która miga, gdy dane są przesyłane między FTDI i połączeniem USB do komputera.
• Biblioteka Serial Software Arduino jest używana do przeprowadzania komunikacji szeregowej między płytką a komputerem.
• Oprócz komunikacji szeregowej płytka Nano obsługuje również komunikację I2C i SPI. Biblioteka Wire w oprogramowaniu Arduino jest używana do korzystania z magistrali I2C.
• Arduino Nano jest programowane przez oprogramowanie Arduino zwane IDE, które jest wspólnym oprogramowaniem używanym dla prawie wszystkich dostępnych typów płytek. Wystarczy pobrać oprogramowanie i wybrać płytkę, której używasz. Istnieją dwie opcje programowania kontrolera tj. albo przez bootloader, który jest dodany w oprogramowaniu, które uwalnia cię od użycia zewnętrznej nagrywarki do kompilacji i wypalania programu w kontrolerze i inna opcja jest przez użycie ICSP (In-circuit serial programming header).
• Arduino board software jest równie kompatybilny z Windows, Linux lub MAC, jednak Windows są preferowane do użycia.

Jak zresetować płytkę Arduino Nano Board?

Są dwa sposoby zresetowania płytki, tj. elektronicznie lub programowo.

Aby zresetować płytkę elektronicznie, musisz połączyć pin resetujący płytki z dowolnym pinem cyfrowym w kontrolerze. Nie zapomnij dodać rezystora 1K lub 2K Ohm podczas konfigurowania tego połączenia. Teraz użyj tego pinu cyfrowego jako wyjścia i utrzymuj go w stanie HIGH przed resetem. Gdy reset jest wymagany, ustaw ten pin cyfrowy na LOW. Ta metoda jest bardzo przydatna, ponieważ jej użycie wysyła sygnał resetu sprzętowego do kontrolera, gdy pin cyfrowy jest ustawiony na LOW. Możesz użyć następującego programu do elektronicznego zresetowania kontrolera.

Po załadowaniu programu, otwórz Arduino Serial Monitor, który pokazuje wyjście jak poniżej.

Inną metodą, której możemy użyć do zresetowania płytki jest metoda programowa, bez użycia jakichkolwiek pinów sprzętowych. Płytka Nano posiada wbudowaną funkcję znaną jako resetFunc(). Płytka zresetuje się automatycznie, gdy zdefiniujemy tę funkcję, a następnie ją wywołamy. Bez użycia jakichkolwiek pinów sprzętowych możesz załadować następujący program, aby zresetować płytkę programowo.

Jak otworzysz terminal szeregowy Arduino otrzymasz poniższe wyjście.

Jednakże ta metoda ma pewne ograniczenia. Po podłączeniu tablicy do komputera, tablica zostanie zresetowana za każdym razem, gdy połączenie zostanie ustanowione między tablicą a komputerem. Tak więc, preferowane jest elektroniczne resetowanie kontrolera za pomocą cyfrowego pinu.

Różnica między Arduino Uno i Arduino Nano

• Oba Arduino Uno i Arduino Nano posiadają tę samą funkcjonalność z niewielką różnicą w zakresie układu PCB, rozmiaru i współczynnika kształtu.
• Arduino Uno jest mikrokontrolerem opartym na Atmega328 i posiada 14 cyfrowych pinów I/O, z których 6 to PWM. Istnieje 6 pinów analogowych włączonych na płycie. Ta płyta pochodzi z wszystko, co jest wymagane do obsługi mikrokontrolera, jak połączenie USB, gniazdo zasilania, 16MHz oscylator, przycisk reset i ICSP nagłówek. Nie wymagasz dodatkowych peryferiów z płytą, aby działała ona w automatyce.
• Jest to kompletne, gotowe do użycia urządzenie, które nie wymaga żadnych wcześniejszych umiejętności technicznych, aby uzyskać praktyczne doświadczenie z nim. Można go zasilać za pomocą gniazda zasilania DC, baterii lub po prostu podłączyć go do komputera za pomocą kabla USB, aby rozpocząć.
• Arduino Nano jest małe i kompaktowe w porównaniu do Arduino Uno. Brakuje mu gniazda zasilania DC i jest wyposażony w Mini USB zamiast zwykłego USB. Ponadto, płytka Nano posiada dwa dodatkowe piny analogowe, tj. 8 pinów w porównaniu do 6 pinów analogowych w płytce Uno. Płytka Nano jest przyjazna płytce drukowanej, podczas gdy płytce Uno brakuje tej właściwości.
• Jednakże oba urządzenia pracują przy napięciu 5V, mają prąd znamionowy 40mA i częstotliwość zegara 16MHz.

Zastosowania

Arduino Nano jest bardzo użytecznym urządzeniem, które posiada szeroki zakres zastosowań i zajmuje mniej miejsca w porównaniu do innych płytek Arduino. Przyjazna natura płytki sprawia, że wyróżnia się ona spośród innych płytek. Poniżej przedstawiamy główne zastosowania płytki.

• Arduino Metal Detector
• Real-Time Face Detection
• Medical Instruments
• Industrial Automation
• Android Applications
• GSM Based Projects
• Embedded Systems
• Automation and Robotics
• Home Automation and Defense Systems
• Virtual Reality Applications

To wszystko na dzisiaj. Mam nadzieję, że masz jasne pojęcie o Nano Board. Jednakże, jeśli nadal czujesz się sceptyczny lub masz jakiekolwiek pytania, możesz zwrócić się do mnie w sekcji komentarzy poniżej. Chętnie pomogę Ci zgodnie z moją najlepszą wiedzą i doświadczeniem. Nie krępuj się nas informować o swoich cennych uwagach i sugestiach, pomogą nam one zapewnić Ci wysoką jakość pracy, która będzie odpowiadać Twoim wymaganiom i pozwoli Ci wrócić do tego, co mamy do zaoferowania. Dzięki za przeczytanie artykułu.