Arduino nabízí mikroprocesorové desky a příslušný open-source software. Tyto desky jsou osazeny mikrokontroléry a paměťmi RAM, ROM a různými integrovanými obvody pro vytvoření jednoduchého nebo komplexního systému. Tento článek poskytuje úvod do světa Arduino Starter Kit na základě osobní zkušenosti autora.

Startovací sada Arduino

Arduino Starter Kit je dodáván se vším, co je potřeba ke zprovoznění až 15 projektů (obrázek 1).

Obrázek 1: Startovací sada Arduino obsahuje desku mikrokontroléru Arduino UNO s výběrem elektronických komponent a 171 stránek „Arduino Projects Book“ pro seznámení se se světem interaktivní elektroniky. (Zdroj obrázku: Arduino)

Startovací sada je vybavena populární deskou mikrokontroléru Arduino UNO, která je založena na mikrokontroléru ATmega328P od Microchip Technology (obr. 2).

Obrázek 2: Deska Arduino UNO obsahuje všechny prvky potřebné pro podporu mikrokontroléru ATmega328P. (Zdroj obrázku: Arduino, anotace Digi-Key Electronics)

Deska UNO má čtrnáct digitálních vstupních / výstupních pinů, z nichž šest podporuje pulzní šířkovou modulaci (PWM) pro řízení jasu LED a hlasitosti zvuku. K dispozici je šest analogových vstupů, které jsou podpořeny postupnou aproximací analogově-digitálního převodníku (ADC) s 10bitovým rozlišením při rychlosti konverze 15 kB / s při plném rozlišení. K dispozici jsou vestavěné hodiny s vlastním 16 MHz krystalem. Pro snadné připojení k počítači je k dispozici port USB. Napájení může být řešeno z USB portu nebo přes vestavěný napájecí konektor. Zdroj napájení se vybere automaticky.

UNO má integrovaný bootloader pro normální programování. To umožňuje mikrokontroléru být naprogramován přes in-circuit sériové programování (ICSP). UNO deska obsahuje reset tlačítko, které usnadní návrat do výchozího stavu v případě potřeby. Nízkopříkonový 8-bitový procesor ATmega328P s architekturou RISC (Obrázek 3) používá instrukce, které jsou prováděny v jediném hodinovém cyklu. To má za následek velmi vysokou výkonovou propustnost.

Obrázek 3: Funkční blokové schéma 8-bitového mikrokontroléru ATmega328P použitého v Arduino UNO. Má RISC architekturu s rychlým provedením jednoho cyklu. (Zdroj obrázku: Microchip Technology)

ATmega328P je vybaven vestavěnou pamětí včetně 32 kB paměti flash, 1 Kbyte paměti EEPROM a 2 kB SRAM paměti. ATmega328 na Arduino UNO je předprogramovaný s bootloaderem, který uživateli umožňuje nahrát nový kód bez nutnosti použití externího hardwarového programátoru. Bootloader zabírá 500 bajtů v paměti flash. K dispozici jsou sériové rozhraní UART, SPI a také dvouvodičové rozhraní I2C.

Startovací sada Arduino je k dispozici v pěti různých jazycích. Obsahuje mikroprocesorovou desku Arduino UNO a všechny komponenty potřebné k provedení 15 různých projektů. Uživatel je těmito projekty seznámen prostřednictvím 171 stranové knihy Arduino Projects Book, která je součástí kitu. Kniha pokrývá jak hardwarové, tak softwarové prvky používání Arduino UNO jako mozku pro všechny projekty.

Jasný popis zařízení a terminologie

Jedním z problémů, se kterými se začínající uživatelé často setkávají při prvním zkoumání světa elektroniky a programování, je jejich neznalost souvisejících zařízení a použitá terminologie. Kniha Arduino Projects Book odstraňuje tento problém tím, že začíná podrobným popisem různých částí sady, která zahrnuje 134 elektronických součástek a desku Arduino UNO. V této sekci je každý typ komponenty zobrazen na obrázku, je popsána jeho funkce a je uveden jeho schematický symbol.

Vzhledem k tomu, že noví uživatelé nemusí být obeznámeni s elektronickými částmi, příručka ukazuje, jak spojit jednotlivé komponenty, abychom realizovali příslušný projekt. Za obecným popisem komponent následuje přehled rozložení desky UNO, který se zaměřuje na připojení desky, indikátory a interaktivní přepínače. Tato část obsahuje hardwarový slovník, který se používá v následujících sekcích.

Další část obsahuje základní pokyny k nastavení softwaru Arduino v operačním systému Windows, Mac nebo Linux. Primárním softwarem je integrované vývojové prostředí Arduino (IDE), které lze stáhnout z webových stránek Arduino. IDE je softwarové prostředí používané k vytvoření spustitelného kódu, který lze nahrát přímo do desky Arduino UNO.

Spuštění projektu

Jakmile je IDE software spuštěn, průvodce pokračuje kroky k navázání komunikace mezi hostitelským počítačem a deskou UNO prostřednictvím USB. Od tohoto okamžiku může uživatel zahájit práci s projekty.

Každý projekt má podrobné instrukce. Jak vybrat požadované komponenty a jak je propojit na prototypové desce. Například projekt 02 se nazývá „Spaceship Interface”. Spojuje spínač a tři LED diody pro vytvoření “ovládacího panelu ”. Stisknutí spínače určuje, jakou akci LED dioda provede. V příručce je pro každý projekt uveden odhadovaný čas realizace projektu - v tomto případě 45 minut. Seznam součástek pro projekt 02 zahrnuje tlačítkový spínač, tři LED diody, tři odpory 220 Ω a jeden odpor 10 kΩ. Obvod je zapojen do prototypové desky pomocí předřezaných a odizolovaných propojovacích vodičů.

Vše je názorně nakresleno v příručce viz. obrázek 4. Jak obrazově, tak i schematicky.  Porovnání obou obrazů pomáhá uživateli se rychle naučit interpretovat schematické symboly a propojení komponent.

Obrázek 4: Pokyny pro zapojení naleznete v knize Arduino Projects Book. Pokyny jsou uvedeny v obrazové i schematické podobě. (Zdroj obrázku: Digi-Key Electronics)

Softwarová stránka tohoto projektu je konečnou fází procesu. Programování se provádí ve vyšším jazyku v nástroji IDE Arduino, který byl zmíněn dříve. Projekt 02 pokračuje podrobným popisem softwarového kódu, který Arduino označuje jako "sketches - náčrtky". Prochází každým požadovaným krokem v náčrtu a vysvětluje, co budou dělat jednotlivé příkazy (Obrázek 5).

Obrázek 5: Program nebo „sketch - náčrtek“ pro projekt 02 zobrazený v editoru programu Arduino IDE. (Zdroj obrázku: Digi-Key Electronics)

Uživatel může buď zadat kód ručně, nebo jej stáhnout z rozbalovací nabídky (Obrázek 6).

Obrázek 6: Náčrtky pro všechny projekty jsou k dispozici v rámci Arduino IDE. Uživatel může buď vybrat nebo zadat kód ručně. (Zdroj obrázku: Digi-Key Electronics)

Pokud je kód dokončen, lze jej zkompilovat pomocí příkazu Verify / Compile v rozevírací nabídce Sketch v rozhraní IDE. Kompilátor zkontroluje syntaxi a další chyby. Rozhraní IDE indikuje, kdy je kompilace dokončena a kód je připraven k nahrání do paměti flash programu na desce UNO. Funkce nahrávání je také přístupná z rozbalovací nabídky Sketch. Po naprogramování desky UNO by se měla rozsvítit zelená LED dioda. Stisknutím tlačítka se rozsvítí zelená LED dioda a střídavě blikají červené LED diody.

Závěr

S open-source platformou, řadou elektronických komponentů a snadno použitelným softwarem má Arduino Starter Kit vše, co inženýři a bastlíři potřebují pro začátek ve světě elektroniky.

Článek vyšel v originále „Join the Maker World with an Easy-to-Use Arduino Starter Kit“ na webu DigiKey.com, autorem je Art Pini