Uvod u Arduino platformu

Arduino je mikrokontrolerska platforma koja već desetak godina zaokuplja
maštu elektroničara entuzijasta. Lakoća kojom se koristi i zasnovanost
na otvorenom kodu učinili su je odličnim izborom za sve koji žele
da realizuju najrazličitije elektronske projekte.
Ukratko, preko njenih pinova možete povezati elektronske komponente
tako da može da upravlja raznim stvarima – na primer, da uključuje i isključuje
svetla ili motore, ili da detektuje svetlost i temperaturu. Zbog toga
se korišćenje Arduina ponekad opisuje kao fizičko računarstvo (engl. physical
computing). Pošto se Arduino pločice mogu povezati s računarom preko
kabla univerzalne serijske magistrale (USB), Arduino možete koristiti i
kao interfejs karticu pomoću koje možete upravljati istom tom elektronikom
sa svog računara.

Mikrokontroleri

Srce Arduino pločice je mikrokontroler. Skoro sve ostalo što postoji na pločici
služi za njeno napajanje i omogućavanje njene komunikacije s vašim
stonim računarom.

Mikrokontroler je – u suštini – mali računar na čipu. On ima sve što su
imali prvi kućni računari – pa i više od toga. Ima procesor, jedan ili dva kilobajta
RAM memorije (memorije s nasumičnim pristupom, engl. random
access memory) za skladištenje podataka, nekoliko kilobajta EEPROM ili
fleš memorije u kojoj se čuvaju vaši programi i ima ulazne i izlazne pinove.

Ti ulazno/izlazni (U/I) pinovi povezuju mikrokontroler sa ostatkom vaše
elektronike.
Ulazi mogu da budu digitalni (da li je prekidač uključen ili isključen?) i
analogni (koliki je napon na određenom pinu?). To otvara mogućnost povezivanja
mnogih vrsta senzora – za svetlost, temperaturu, zvuk itd.
Izlazi takođe mogu biti analogni ili digitalni. Znači, možete podesiti da
određeni pin bude uključen ili isključen (5 volti odnosno 0 volti) i tako
uključivati ili isključivati LED diode direktno, a izlaz možete koristiti i za
upravljanje uređajima veće snage – kao što su motori.

Na izlazu možete dobiti i analogni signal. To jest, možete podesiti neki pin na određenu vrednost
izlaznog napona, i tako upravljati brzinom motora ili jačinom izvora
svetlosti – umesto da ih samo uključujete ili isključujete.
Na pločici Arduino Uno, mikrokontroler je 28-pinski čip postavljen u
utičnicu na sredini pločice. Ovaj čip sadrži memoriju, procesor i svu elektroniku
za ulazno/izlazne pinove. Proizvodi ga kompanija Atmel – jedan
od najvećih proizvođača mikrokontrolera. Svaki proizvođač mikrokontrolera
proizvodi na desetine različitih mikrokontrolera grupisanih u porodice.
Nisu svi mikrokontroleri namenjeni za nas koji se bavimo elektronikom
kao hobijem. Mi smo samo mali deo tog širokog tržišta.

Mikrokontrolerisu u stvari namenjeni za ugrađivanje u komercijalne proizvode široke potrošnje
– uključujući automobile, mašine za pranje veša, DVD plejere, dečije
igračke, pa čak i osveživače vazduha.
Odlično je to što Arduino smanjuje te zbunjujuće velike mogućnosti izbora
tako što standardno koristi samo jedan mikrokontroler i drži se njega.
(Kao što ćemo kasnije videti, ova tvrdnja nije baš potpuno tačna, ali je dovoljno
blizu.)
To znači da kada započinjete nov projekat, ne morate prvo procenjivati
prednosti i mane različitih vrsta mikrokontrolera.

Razvojne ploče

Rekli smo da je mikrokontroler u stvari samo jedan čip. Taj čip neće raditi
sam od sebe bez prateće elektronike koja mu obezbeđuje regulisano i precizno
napajanje električnom energijom (mikrokontroleri su veoma zahtevni
po tom pitanju) kao i način za komunikaciju s računarom preko kojeg
će se mikrokontroler programirati.

Tu stupaju na scenu razvojne ploče (engl. development boards). Arduino
Uno je pločica za razvoj mikrokontrolera, ali istovremeno i nezavisan hardverski
uređaj zasnovan na otvorenom kodu. To znači da su sve projektne
datoteke za štampanu ploču (engl. printed circuit board, PCB) i sve električne
šeme javno dostupne, pa svako može slobodno koristiti te resurse za
izradu i prodaju sopstvenih Arduino pločica.

Svi proizvođači mikrokontrolera – uključujući Atmel, koji pravi mikrokontroler
ATmega328 za Arduino pločice – obezbeđuju i sopstvene razvojne
ploče i softver. Mada su one obično relativno jeftine, ipak su pre svega
namenjene profesionalcima – inženjerima elektronike – a ne hobistima. To
znači da se razvojne ploče i pripadajući softver svakako teže koriste i zahtevaju
detaljniju obuku da bi se moglo dobiti nešto korisno od njih.

Osnovni elementi na ploči

Slika 1-1

Izvor napajanja

Na slici 1-1, neposredno ispod USB priključka nalazi se regulator napona
od 5 volti (5V). On pretvara svaki napon (između 7 V i 12 V) koji dolazi iz
utičnice izvora DC napajanja u konstantan napon od 5 V.

Čip za regulaciju napona od 5 V u stvari je prilično velik za komponentu
koja se površinski montira. To je zato da bi mogao da emituje toplotu
potrebnu za regulisanje napona pri razumno velikoj jačini struje – što je
korisno kada se napaja spoljna elektronika.

Mada je napajanje Arduina preko utičnice izvora DC napajanja korisno
kada Arduino radi na baterije ili povezan pomoću odgovarajućeg kabla s
konektorom, Arduino Uno se može napajati i preko USB priključka, koji se
koristi i za programiranje Arduina.

Konektori za napajanje

Pogledajmo sada konektore na dnu slike 1-1, pored kojih su i njihove oznake.
Namena konektora Reset ista je kao dugmeta Reset na Arduino pločici.
Slično kao ponovno pokretanje PC računara, korišćenje konektora Reset
resetuje mikrokontroler tako da on započinje svoj program iz početka. Da
biste resetovali mikrokontroler preko konektora Reset, postavite ga na nizak
naponski nivo (povezujući ga na napon od 0 V).

Ostali konektori u ovom delu samo obezbeđuju različite napone, u skladu
s njihovim oznakama (3.3V, 5V, GND i Vin). GND – tj. uzemljenje
(engl. ground) – znači nula volti. To je referentni napon u odnosu na koji se
mere svi ostali naponi na pločici.

Analogni ulazi

Šest pinova sa oznakama od Analog In A0 do A5 mogu se upotrebiti za
merenje napona povezanih na njih, tako da se izmerena vrednost može
koristiti u programu za Arduino. Imajte na umu da se na njima meri napon
a ne struja. Kroz njih može da protiče samo veoma slaba struja – i to ka zemlji
– zato što su njihovi unutrašnji otpori vrlo veliki.

Drugim rečima, krozpin s velikim unutrašnjim otporom može da teče samo sasvim slaba struja.
Mada su pomenuti ulazni priključci označeni kao analogni – a podrazumevano
i jesu analogni – mogu se koristiti i kao digitalni ulazi ili izlazi.

Digitalne veze

Prelazimo na gornji konektor i počinjemo od desne strane na slici 1-1. Tu
se nalaze pinovi sa oznakama od Digital 0 do 13 a mogu se koristiti i kao
ulazi i kao izlazi. Kada se koriste kao izlazi, ponašaju se slično kao konektori
za napajanje opisani ranije u ovom odeljku, osim što su svi na 5 V i
mogu se uključivati i isključivati iz programa. Znači, ako ih uključite iz
programa biće na 5 V a ukoliko ih isključite biće na 0 V. Kao i u slučaju konektora
za napajanje, morate paziti da ne prekoračite maksimalno dozvoljenu
struju.

Prva dva pina (0 i 1) označena su i sa RX i TX – za prijem
(engl. receive) odnosno predaju (engl. transmit). Rezervisani su za korišćenje
u komunikaciji i indirektno predstavljaju prijemni i predajni priključak
za USB vezu ka vašem računaru.

Ovi digitalni priključci mogu da obezbede 40 mA (miliampera) pri naponu
od 5 V. To je više nego dovoljno za napajanje standardne LED diode,
ali nedovoljno za direktno pokretanje električnog motora.

 

 

Leave a Comment