Как прошить arduino

Установка Atmel Studio

Скачайте и установите Atmel Studio (включая драйверы) отсюда. После установки подключите Arduino к USB-кабелю. Оба светодиода (RX и TX) должны мигать два раза (это означает, что 16U2 находится в режиме Atmel Studio). Новое устройство будет распознано.

Установите драйверы. Если они не распознаются автоматически, вы найдете их в USB-драйверах: С:\Program Files\Atmel.

Перейдите в Диспетчер устройств, нажмите: Win + Pause -> Оборудование -> Диспетчер устройств. Проверьте, правильно ли установлен драйвер. Должно быть в Jungo Connectivity -> AVRISP MKII.

Вот теперь мы готовы прошить Arduino ATMEGA328P. Переходим к следующему шагу.

Что такое Arduino

Arduino — это платформа для создания электроники своими руками. К печатной плате, которая является миниатюрным компьютером, можно подсоединять различные компоненты, например датчики, экраны, переключатели. Или даже другие платы со своими функциями.

В Arduino можно загрузить программу (скетч), чтобы добиться определённого результата. Скажем, включать свет, когда на датчик поступает сигнал, или запускать мотор и ехать в нужном направлении.

Вот из чего состоит конструктор Arduino.

Основа

«Мозг» любого конструктора Arduino — это собственно одноимённая плата. На ней есть процессор, модули памяти и порты ввода‑вывода, к которым подключаются другие компоненты.

Самая популярная плата для начинающих — Arduino Uno. На ней 14 цифровых и 6 аналоговых входов, 32 КБ постоянной и 2 КБ оперативной памяти, процессор частотой 16 МГц, порт USB. Не сравнить с современными смартфонами и компьютерами, но для знакомства с конструктором и создания простых систем этого вполне достаточно.

Arduino Nano и Mini — одни из самых компактных в линейке. Nano аналогична Uno по производительности, Mini немного слабее. В Arduino Leonardo установлен новый контроллер (процессор) и вместо USB‑порта используется microUSB.

Фото: AlexCorv/Shutterstock

Если же вы заранее знаете, что на простых экспериментах не остановитесь, можно сразу смотреть в сторону плат побольше, например Arduino Mega. Здесь будет уже 54 цифровых выхода и 16 аналоговых, 256 КБ постоянной и 8 КБ оперативной памяти, а также процессор частотой 16 МГц и порт USB.

Конструктор постоянно развивается, появляются новые версии платформы — с более производительными микроконтроллерами, большим объёмом памяти, расширенным набором портов, дополнительными компонентами вроде Bluetooth или Wi‑Fi.

Обратите внимание: блока питания на плате нет, к розетке вы её не подключите. Электроэнергию можно подавать либо через порт USB/microUSB от компьютера или внешнего аккумулятора, либо на разъём Vin или 5V (плюс на Gnd — «земля») на плате (они промаркированы) — например, от батареи или блока питания для ПК

Дополнительные элементы

Фото: Schlyx/Depositphotos

Чтобы платформа Arduino не просто выполняла вычисления, а давала какие‑то наглядные и полезные результаты работы, к ней нужно подключить «обвес». Это могут быть:

  • Датчики. Они принимают информацию и передают её плате, бывают цифровыми и аналоговыми. К примеру, для Arduino есть датчики света, цвета, температуры, давления, влажности, уровня воды и другие. Выпускаются и более сложные сенсоры. Например, датчики препятствия и расстояния часто используют для создания управляемых роботов и машинок.
  • Светодиоды — самые простые элементы, которые покажут результат работы Arduino. Загорелся светодиод — что‑то произошло, например получили определённый сигнал с датчика.
  • Моторы и другие приводы. Они нужны для того, чтобы привести в движение части вашей конструкции: заставить колёса машины крутиться, а робота — шагать.
  • Экраны. Используются для вывода информации. Обычно это небольшие чёрно‑белые LCD‑дисплеи для пары строк текста, но есть и компактные цветные TFT‑экраны разрешением до 240 × 320 точек и диагональю до 3 дюймов.
  • Кнопки и переключатели. Позволяют управлять работой устройства на базе Arduino: включать и выключать его, задавать определённые сценарии поведения.
  • Резисторы. Нужны, чтобы менять яркость свечения светодиодов или создавать особые электрические схемы.
  • Потенциометры — резисторы с переменным сопротивлением. Их обычно используют, чтобы управлять напряжением, яркостью светодиодов, громкостью звуков и так далее.
  • Провода, перемычки и макетная плата. Нужны для простой сборки вашего Arduino без пайки. Достаточно вставлять ножки резисторов, коннекторов, проводников и других деталей в отверстия на плате. Так быстрее, безопаснее и легче — разберётся даже ребёнок.

Платы расширения

Фото: Baladapat/Depositphotos

Такие платы, которые иногда называют шилдами (Shield), расширяют возможности Arduino. Они устанавливаются на платформу или друг на друга по принципу бутерброда.

Назначение плат обычно отражено в названии. Например, Ethernet Shield позволяет подключить систему к сети Ethernet, GPRS Shield — к мобильной сети. Для управления мощными моторами выпускается Motor Shield, для работы Arduino от бытовой электросети напряжением 220 вольт — AC/DC Shield.

Плата Arduino Nano

Описание платы Arduino Nano

Технические характеристики Arduino Nano:

  • Напряжение питания 5В;
  • Входное питание 7-12В (рекомендованное);
  • Количество цифровых пинов – 14, из них 6 могут использоваться в качестве выходов ШИМ;
  • 8 аналоговых входов;
  • 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;
  • Частота 16 МГц;
  • Размеры 19 х 42 мм;
  • Вес 7 г.

Питание платы может осуществляться двумя способами:

  1. Через mini-USB или microUSB при подключении к компьютеру;
  2. Через внешний источник питания, имеющий напряжение 6-20 В с низким уровнем пульсаций.

Стабилизация внешнего источника выполняется при помощи схемы LM1117IMPX-5.0 на 5В. При подключении через кабель от компьютера подключение к стабилизатору происходит через диод Шоттки. Схемы обоих типов питания приведены на рисунке.

При подключении двух источников напряжения плата выбирает с наибольшим питанием.

У платы Arduino Nano имеются такие же ограничения по напряжению и току на входы и выходы платы. Все цифровые и аналоговые контакты работают в диапазоне от 0 до 5 В. При подаче питания, выходящего за рамки этих значений, напряжение будет ограничиваться защитными диодами. В этом случае сигнал должен подключаться через резистор, чтобы не вывести контроллер из строя. Наибольшее значение втекающего или вытекающего тока не должно превышать значение 40 мА, а общий ток контактов должен быть не более 200 мА.

На плате имеются 4 светодиода, которые показывают состояние сигнала. Они обозначены как TX, RX, PWR и L. На первых двух светодиод загорается, когда уровень сигнала низкий, и показывает, что сигнал TX или RX активен. Светодиод PWR загорается при напряжении в 5 В и показывает, что подключено питание. Последний светодиод – общего назначения, загорается, когда подается высокий сигнал.

На настоящий момент выпускается несколько видов Arduino Nano. Есть версии 2.X, 3.0., которые отличаются только чипом, на котором они работают. В версии 2.Х. используется чип ATmega168 с меньшим объемом памяти (флэш, энергонезависимой) и пониженной тактовой частотой, версия 3.0. работает на чипе ATmega328.

Критерии выбора хорошего биокамина и принцип его работы

Программирование на Ардуино про мини

Используется стандартная среда разработки Arduino IDE

Используется стандартная среда разработки Arduino IDE. После того как устройство подключено к компьютеру, нужно правильно выбрать плату в списке. Главное не перепутать Ардуино на 3,3 В и на 5 В. Какая именно используется, должно быть написано на корпусе. 

В пункте Serial Port выбирается нужный порт, к которому подключена плата. Затем можно загружать на плату программу, путем нажатия на кнопку Upload. 

Загрузка может длиться долго и в итоге выдать ошибку. Чтобы ее избежать, во время заливки скетча нужно нажать кнопку reset, когда появится надпись Binary sketch size: xxx bytes. Во время загрузки на плате будут загораться светодиодные индикаторы. После заливки скетча нужно отсоединить микроконтроллер и подать на него напряжение. 

Загрузка прошивки

В этом уроке мы рассмотрим загрузку прошивки в ардуино через внешние “программаторы”. Давайте вспомним, о чем уже говорили в одном из первых уроков: загрузка прошивки в Arduino возможна двумя способами:

  • “Напрямую” во flash память микроконтроллера при помощи ISP (In System Programming) внутрисистемного программатора.
  • При помощи загрузчика (bootloader), который живёт в конце Flash памяти МК, принимает программный код по протоколу TTL (UART) и записывает его во Flash память.

Загрузчик (bootloader)

Загрузчик живёт в самом конце Flash памяти МК и позволяет записывать прошивку, отправляемую через UART. Загрузчик стартует при подаче питания на МК, ждёт некоторое время (вдруг кто-то начнёт слать код прошивки по UART), затем передаёт управление основной программе. И так происходит каждый каждый раз при старте МК.

  • Загрузчик позволяет прошивать МК через UART;
  • Загрузчик замедляет запуск МК, т.к. при каждом запуске ждёт некоторое время для потенциальной загрузки прошивки;
  • Загрузчик занимает место во Flash памяти. Стандартный старый для Arduino NANO занимает около 2 кБ, что весьма существенно!
  • Именно загрузчик мигает светодиодом на 13 пине при включении, как индикация работы.

Программатор

Помимо записи прошивки во flash память, программатор позволяет:

  • Считывать содержимое Flash памяти (скачать прошивку на компьютер)
  • Полностью очищать чип от всех данных и настроек
  • Записывать и читать загрузчик
  • Считывать/записывать EEPROM память
  • Читать и настраивать фьюзы (fuses, fuse-bits) и лок биты.

Программатор – ваш единственный друг при работе с “голым” микроконтроллером, то есть для его низкоуровневой настройки и загрузки прошивки.

Работа в Arduino IDE

Прошивка загрузчика

Из Arduino IDE при помощи ISP программатора мы можем записать другой загрузчик (по факту загрузчик + фьюзы) и загрузить скетч, а также настроить/прошить фьюзы и лок-биты, но не очень удобным способом. Когда мы выбираем плату в Инструменты > Плата и загрузчик в Инструменты > Плата (загрузчик, bootloader), Arduino IDE автоматически делает “активным” нужный загрузчик. Нажимая Инструменты > Записать загрузчик мы прошиваем загрузчик, соответствующий выбранной плате и её настройкам. Также одновременно с загрузчиком прошиваются фьюзы и лок-биты, соответствующие выбранной плате в Arduino IDE. Как и где их поменять, смотрите чуть ниже.

Рассмотрим на примере записи загрузчика для atmega328, стоящей на китайской плате Arduino NANO. На данный момент китайцы прошивают в МК старую версию загрузчика, которая называется old bootloader в меню платы. Оригинальные платы идут с более современным загрузчиком, поэтому при работе с китайскими платами нам приходится выбирать old bootloader для загрузки прошивки через бортовой usb порт. Подключим usbasp по схеме выше, выберем его как программатор в Инструменты > Программатор, выберем плату Arduino NANO, загрузчик для atmega328 (первый в списке). Нажмём записать загрузчик. Всё! Теперь плату можно шить через бортовой usb порт, выбирая первый загрузчик. Он кстати легче, быстрее “прошивает” и сама прошивка быстрее “запускается”.

Как убрать загрузчик?

В стандартном “ядре” Arduino не предусмотрен вариант “без загрузчика”. Для того, чтобы вручную убрать поддержку загрузчика, нужно уметь работать с boards.txt и фьюзами: нужно будет изменить фьюз BOOTRST и подправить максимальный размер скетча. Есть более простой вариант – найти и установить ядро, в котором реализован выбор загрузчика с вариантом “без загрузчика”, например для ATmega328 это miniCore и наше GyverCore. Нужно установить поддержку ядра по рассмотренной ранее инструкции, выбрать плату, указать вариант “без загрузчика” и нажать “Записать загрузчик”. В МК будут прошиты соответствующие фьюзы.

Загрузка скетча

В Arduino IDE можно зашить скетч через программатор, для этого надо нажать Скетч > Загрузить через программатор. Это очень удобно в том случае, когда МК используется без загрузчика, или просто голый МК.

Фьюзы

Конфигуратор платы в Arduino IDE устроен следующим образом: каждой плате в Инструменты > Плата соответствует свой набор настроек, включая фьюзы, которые прошиваются вместе с загрузчиком. Некоторые из них:

  • Загрузчик (путь к файлу)
  • Скорость загрузки (через загрузчик)
  • Объем доступной flash и sram памяти
  • Весь набор фьюзов и лок-биты

Файл конфигурации называется boards.txt и найти его можно в папке с ядром Arduino: C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\boards.txt. Документацию на boards.txt можно почитать здесь. При желании можно вывести нужные фьюзы через калькулятор (читайте выше), изменить их в boards.txt (главное не запутаться, для какой выбранной конфигурации платы делается изменение) и прошить в МК, нажав Инструменты > Записать загрузчик.

  • Фьюзы подписаны как low/high/extended fuses, можно вставлять полученное в калькуляторе значение.
  • Локбиты работают следующим образом: unlock_bits это локбиты, которые прошьются до записи загрузчика (при нажатии на кнопку Записать загрузчик). А вот после прошивки загрузчика будут автоматически прошиты lock_bits, которые и определят доступ к памяти контроллера во время его работы. Чтобы защитить прошивку от чтения – ставим lock_bits 0x3C.

Такая работа с фьюзами максимально неудобна, но есть и другие варианты:

  • Ядро GyverCore для atmega328, в нем мы сделали кучу готовых настроек фьюзов прямо в настройках платы, читайте в уроке про GyverCore. Несколько загрузчиков, включая вариант без загрузчика, выбор источника тактирования и другие настройки в один клик мышкой.
  • Программа AVRdudeprog, про нее поговорим ниже

Проект на голом МК

Зачем делать проект на своей плате и голом микроконтроллере?

Конечно же размер, своя плата получится компактнее в большинстве случаев.
Энергопотребление. Ни для кого не секрет, что всякие удобные штуки на плате ардуино потребляют огромный по меркам энергосбережения ток, и для автономного устройства лучше взять голый камушек.
Работая с голым камнем мы можем выбрать микроконтроллер под свои задачи. Например для мелкого проекта необязательно брать 328 мегу, если с задачей справится аттини13, которая стоит 20 рублей.
Возможная экономия. Ардуино нано стоит условно 170 рублей без доставки. Голая 328 мега на том же алиэкспресс – 100 рублей. Если брать десяток. В дорогущем российском чип и дип – 190 рублей. То есть если очень приспичит – можно и тут купить без особых потерь, потому что оригинальная нано стоит 3 тысячи рублей в том же ЧИДе.
Удобство разводки платы. Микросхема в корпусе под поверхностный монтаж находится на одном слое и не мешает дорожкам на другом слое.
Удобство монтажа. Даже если делать свою плату прототип лутом, то припаять на неё чип в 100 раз удобнее и быстрее, чем сверлить три десятка отверстий под ардуину, а потом их запаивать.
Мелкосерийное производство готовых или почти готовых плат, для себя если нужно несколько или на продажу

На том же jlcpcb можно заказать изготовление плат с распайкой внимание smd компонентов. То есть ардуину вам никто не припаяет, а вот ту же 328 мегу припаяют за 100 рублей, тиньку 13ю – за 35 рублей, а чем больше партия – тем дешевле

К этому вопросу мы вернёмся ближе к концу этого урока.

Итак, я на личном опыте убедился, что МК способен работать вообще без какой-либо обвязки. Это был проект “Читалка файлов с SD карты” на базе ATmega328. Проект достаточно непростой: МК читал текстовые файлы с карты памяти microSD и выводил их на OLED дисплей. Никаких лишних компонентов на плате нет, МК тактируется от внутренних 8 МГц и всё работает отлично. Даже карта памяти подключена напрямую к МК =) Но в надёжных устройствах делать так не рекомендуется! Что следует помнить и делать по возможности:

Соединять все ноги VCC максимально толстыми дорожками между собой
Соединять все ноги GND максимально толстыми дорожками между собой (а ещё лучше делать заливку полигоном GND)
Поставить керамический конденсатор (~100 нФ) по питанию МК (между VCC и GND) максимально близко к пинам питания
Поставить электролит или тантал на 10-47 мкФ по питанию. Особенно если МК питается от одного источника с другими потребителями

Рекомендуется подтягивать пин RSTЕсли нужна кнопка сброса (reset), цепляем её к RST и на GND к питанию (VCC) резистором на 10 кОм
Если нужен внешний тактовый генератор – подключаем его между пинами XTAL1 и XTAL2 Не забываем в настройках платы или напрямую во фьюзах поставить внешнее тактирование

ВНИМАНИЕ! Если фьюзы настроены на внешнее тактирование и внешний генератор не подключен к пинам – вы не сможете прошить МК даже при помощи ISP программатора!
(см. распиновку своего МК), и оба пина подключаем к GND через керамические конденсаторы на 18-22 пФ (схема ниже)

Например как-то так, питание соединяем, плюс пара конденсаторов и подтяжка RST:

Схема подключения внешнего осциллятора (если нужен). Пины 9 и 10 тут соответственно XTAL1 и XTAL2

Я думаю теперь вы готовы к созданию проекта на своей плате!

Структура памяти Ардуино, где располагается скетч и данные

На микроконтроллере Ардуино имеется 3 вида памяти – флеш-память, которая используется для хранения скетчей, ОЗУ для хранения переменных и EEPROM для хранения постоянной информации. Из этих типов памяти флеш-память и EEPROM являются энергонезависимыми, то есть информация сохраняется при выключении питания. ОЗУ используется только для хранения данных, которые имеют отношение к исполняемой программе.

Микроконтроллер ATmega168, который используется на части плат Ардуино, имеет 16 Кб флеш-памяти, 1024 байта для ОЗУ и 512 байт EEPROM

Важно обратить внимание на малый объем ОЗУ. Большие программы могут полностью ее израсходовать, что приведет к сбою в программе. По этой причине нужно следить за тем, сколько строк занимает программа, и по возможности удалять лишнее

Уменьшить объем кода можно несколькими способами:

По этой причине нужно следить за тем, сколько строк занимает программа, и по возможности удалять лишнее. Уменьшить объем кода можно несколькими способами:

  • Можно отправить часть информации на компьютер.
  • Для таблиц и других крупных массивов использовать минимальный тип данных для хранения.
  • Данные, которые остаются неизменными, можно объявить константами при помощи слова const перед объявлением переменной.
  • Меньше использовать рекурсию. При ее вызове в памяти, называемой стеком, выделяется фрагмент, в котором хранятся различные данные. Если часто вызывать рекурсию, стеки будут занимать большой объем памяти и могут израсходовать ее.
  • Неизменяемые строки можно сохранять во флеш-памяти во время работы программы. Для этого используется функция PROGMEM.

На объем памяти не влияют размер имени переменных и комментарии. Компилятор устроен таким образом, что не включает эти данные в скомпилированный скетч.

Для измерения объема занимаемой памяти ОЗУ используется скетч из библиотеки MemoryFree. В ней имеется специальная функция free­Memory, которая возвращает объем доступной памяти. Также эта библиотека широко используется для диагностики проблем, которые связаны с нехваткой памяти.

Оптимизация флеш-памяти. Как только будет окончена процедура компиляции, в окне появится информация о занимаемой памяти кодом. Если скетч занимает большую часть памяти, нужно произвести оптимизацию использования флеш-памяти:

  • Использование констант. Аналогично как и для ОЗУ задавать неизменяющиеся значения константами.
  • Удалить ненужные Serial.println. Эта команда используется, когда нужно увидеть значения переменных в разных местах программы, нередко эта информация просто не нужна. При этом команды занимают место в памяти, поэтому, убедившись в корректной работе программы, некоторые строки можно удалить.
  • Отказ от загрузчика – можно программировать микроконтроллер через контакты ICSP на плате с использованием аппаратных программаторов.

Флеш память является безопасным и удобным способом хранения данных, но некоторые факторы ограничивают ее использование. Для флеш-памяти характерна запись данных блоками по 64 байта. Также флеш-память гарантирует сохранность информации для 100000циклов записи, после чего информация искажается. Во флеш-памяти имеется загрузчик, который нельзя удалять или искажать. Это может привести к разрушению самой платы.

EEPROM память используется для хранения всех данных, которые потребуются после отключения питания. Для записи информации в EEPROM нужно использовать специальную библиотеку EEPROM.h, которая входит в число стандартных библиотек в Arduino IDE. Чтение и запись информации в EEPROM происходит медленно, порядка 3 мс. Также гарантируется надежность хранения данных для 100000 циклов записи, потому лучше не выполнять запись в цикле.

Перепрограммируемый загрузчик ATtiny85 с использованием платы Arduino Uno

Для программирования ATtiny85 без использования платы Arduino мы сначала должны загрузить в него загрузчик используя плату Arduino Uno. Этот процесс выполняется один раз и в дальнейшем у нас не будет необходимости в использовании платы Arduino для программирования микроконтроллера ATtiny85. Загрузчик (bootloader) – это специальная программа, которая выполняется в микроконтроллере, который необходимо запрограммировать. Использование загрузчика – это один из самых удобных способов загрузки программы в микроконтроллер. Загрузчик находится в микроконтроллере и выполняет поступающие команды, а затем записывает новую программу в память микроконтроллера.

Перепрограммируемый загрузчик в микроконтроллере устраняет необходимость в использовании специальных внешних аппаратных средств (плат программирования, программаторов) для программирования микроконтроллера и позволяет загружать программу в микроконтроллер непосредственно с помощью USB соединения. Платы Digispark ATtiny85 (а выбор подобных плат сейчас достаточно большой) работают на загрузчике “micronucleus tiny85”, первоначально написанным Bluebie. Загрузчик – это программный код, который заранее загружен в плату Digispark и позволяет работать ей как USB устройство, которое можно программировать с помощью Arduino IDE. Мы будем использовать аналогичный подход и загружать загрузчик digispark attiny85 в наш микроконтроллер ATtiny85.

Для реализации этой задачи необходимо выполнить следующую последовательность шагов.

Шаг 1. Конфигурирование платы Arduino Uno в качестве ISP программатора.

Поскольку ATtiny85 является всего лишь микроконтроллером, для его программирования требуется ISP (In-System Programming — внутрисистемное программирование). Поэтому для программирования ATtiny85 нам необходимо сначала сконфигурировать плату Arduino Uno в качестве ISP программатора. Для этого подключите плату Arduino Uno к компьютеру и запустите Arduino IDE. После этого откройте пункт меню File > Example > ArduinoISP и загрузите в Arduino ISP код.

Шаг 2. Схема перепрограммируемого загрузчика ATtiny85.

Схема перепрограммируемого загрузчика ATtiny85 представлена на следующем рисунке.

Конденсатор 10 мкФ подключен между контактами Reset и GND платы Arduino. Все соединения схемы представлены в следующей таблице:

ATtiny85 Pin Arduino Uno Pin
Vcc 5V
GND GND
Pin 2 13
Pin 1 12
Pin 0 11
Reset 10

После сборки схемы подключите плату Arduino Uno и запустите Arduino IDE. Определите к какому COM порту подключена плата Arduino Uno (в диспетчере устройств Windows). В нашем случае это COM5.

После этого скопируйте отредактированный файл «Burn_AT85_bootloader.bat» и файл ATtiny85.hex» в корневой каталог Arduino IDE (C:\Program Files (x86)\Arduino).

После этого сделайте клик правой кнопкой мыши на файле «Burn_AT85_bootloader.bat» и выберите «Run as Admin» (запуск от администратора). Необходимо примерно 5-6 секунд чтобы загрузчик загрузился. Если все прошло успешно, то вы должны увидеть сообщение «AVRdude done. Thank you. Press any key to continue…».

После выполнения этой операции загрузчик будет успешно установлен в микроконтроллер ATtiny85. После этого микроконтроллер ATtiny85 можно будет программировать через USB с помощью нашего самодельного программатора, который описан далее в статье.

Схема и распиновка Pro Mini

Принципиальная схема платы Ардуино изображена ниже.

Схема и распиновка Pro Mini

Пинов у микроконтроллера 14, каждый из которых может настраиваться как вход или выход. Выводы помечены цифровым номером, аналоговые имеют маркировку А. Рабочее напряжение – 3,3 В или 5 В.

Назначение пинов:

  • Последовательная шина – 0 и 1 (RX, TX). Предназначены для приема и передачи данных. 
  • Внешнее прерывание – 2 и 3. Могут использоваться для вызова прерывания.
  • ШИМ выводы – 3, 5, 6, 9, 10, 11. 
  • SPI – 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). 
  • Светодиодный индикатор – 13. 

6 аналоговых контактов имеют разрешение 10 бит. Некоторые выводы имеют дополнительный функционал:

I2C – A4 (SDA), A5 (SCL).  

Также плата оснащена дополнительным выводом Reset. При низком уровне перезагружает микроконтроллер.  

Чипы CH340g, FTDI FT232, ATMEGA 16U2 / 8U2

Зачем нужен USB / UART TTL преобразователь

Когда вы подключаете Ардуино к компьютеру или любому другому устройству по USB, вы связываете между собой сразу два мира: микропроцессорный, сосредоточенный на плате Arduino и мир внешних устройств. Подходы к организации взаимодействия между элементами в этих мирах сильно отличаются. Для работы внутри платы используется особый протокол со своими правилами взаимодействия – UART. И для того, чтобы “внутреннюю” линию соединить с “внешней” нужен определенный преобразователь-посредник, который будет хорошо понимать физические сигналы, используемые как для USB, так и для платы контроллера. Вот этим посредником и являются чипы USB- UART (иногда их еще обозначают называют USB-TTL, хотя это не совсем корректно) преобразователей, самыми популярными из которых являются микросхемы FTDI, CH340G,  ATMEGA U16.

USB преобразователи в Ардуино

Мы должны использовать внешние чипы, потому что контроллер ATMEGA328, являющийся сердцем большинства современных плат Arduino, не содержит в своих кристаллических внутренностях встроенного преобразователя. Если вы посмотрите на плату ардуино, то увидите корпус чипа, на нем можно разобрать и его тип.

Исторически наиболее популярным вариантом чипов USB/UART конвертера была линейка микросхем от шотландского производителя  FTDI. Главным ее недостатком была стоимость и весьма странная политика в области контроля контрафакта, зачастую приводящая к тому, что легальные купленные устройства блокировались драйверами компании. Сегодня существенную конкуренцию FTDI составляют микросхемы семейства CH340, массово производимые многочисленными китайскими производителями. Они гораздо дешевле и достаточно надежны и это постепенно привело к тому, что в большинстве недорогих контроллеров Arduino и адаптеров установлены именно чипы CH340 (CH340g).

Наверное, единственной, но очень важной проблемой при использовании CH340g взамен FTDI является необходимость в некоторых случаях установки USB драйвера. “Респектабельная” FTDI давно уже тесно интегрирована в Windows и при подключении устройства с FTDI-преобразователем никаких драйвером устанавливать не нужно – они уже есть в системе

Для подключения CH340g иногда нужно скачать драйвер и установить его – только после этого система увидит наше устройство.

Процедура установки драйвера для CH340g на самом деле очень проста и почти всегда проходит без ошибок на самых популярных операционных системах Windows7, Windows10. Именно поэтому никаких проблем с использованием недорогих ардуино плат, несущих на себе чип CH340, почти никогда не возникает.

Остается только вопрос – а зачем вообще нужен какой-то USB драйвер для подключения ардуино  к компьютеру? Давайте разберемся.

USB драйвер для ардуино

Мы не будем уходить в теоретические дебри, разбирая многочисленные коммуникационные протоколы, поддерживаемые современными компьютерными системами. Главное, что нужно понимать: когда мы присоединяем какое-то устройство к компьютеру, оно может передавать или получать данные только если его “поймут” с другой стороны. На стороне компьютера таким переводчиком является специальная программа, называемая драйвером. Драйвер USB работает в режиме эмуляции последовательного, COM-порта. Это означает, что при подключении операционная система создает виртуальные, программные COM-порты, с которыми и работает драйвер. В Windows их можно посмотреть в диспетчере устройств.

Если мы подключаем Ардуино к компьютеру, то чип с помощью драйвера попросит систему открыть порт и начнет взаимодействие . И для чипов разных  производителей потребуются разные драйвера. Проблемы возникают, когда драйвера нет. Система пытается найти его для подключенного устройства, не находит и мы никогда не  увидим его в списке устройств. Для решения проблемы надо найти и скачать соответствующие драйвера, а затем установить их на компьютер. Ниже мы рассмотрим, как это делается на примере USB драйвера CH340.

Прошивка ESP 8266 в Arduino IDE

Почему для прошивки ESP 8266 многие предпочитают использовать Arduino IDE? Есть целый ряд причин, которые оправдывают использование именно данной среды разработки. Во-первых, она очень проста. Скетчи в Arduino IDE пишутся на языке, который в плане синтаксиса напоминает С/С++. Большинство функций, которые используются для программирования платы Ардуино, можно применять для написания прошивки к ESP8826 (к примеру, pinMode(), digitalRead() и пр.). Поэтому если вы писали скетчи для платы Arduino, то проблем с написание прошивки возникнуть не должно.

Во-вторых, Arduino IDE поддерживает множество различных библиотек, которые значительно облегчают процесс программирования. Некоторые из них можно использовать для того, чтобы писать прошивку для ESP8266. К примеру, при создании софта наверняка пригодятся такие модули, как:

  • WiFi ESP8266. Объемная библиотека для работы с беспроводной сетью. Позволяет получать IP и MAC адрес в различных режимах (клиент, точка доступа), выводить диагностическую информацию, создавать открытую точку доступа и пр.
  • Программный модуль, с помощью которого можно выполнять различные операции через заданное количество времени.
  • Библиотека используется для работы с ПЗУ.
  • Программный модуль, которые обеспечивает поддержку нескольких, специфических для ESP 8266 функций. К примеру, библиотека позволяет активировать режим глубокого сна и управлять сторожевым таймером. Кроме этого, в состав программного модуля входят функции для перезагрузки девайса, определения размера свободной памяти и т.д.

И это лишь верхушка айсберга. У Arduino IDE есть еще несколько менее значимых преимуществ.

Чтобы использовать среду разработки Ардуино с ESP8266, для начала необходимо произвести предварительную настройку. Именно о ней мы сейчас и поговорим.

Подготовка Arduino IDE

Затем нужно перейти в Инструменты > Плата. Там будем представлен список доступных плат. Но на интересует пункт Менеджер плат. Это приведет к запуску нового диалога. В нем необходимо найти пункт под названием esp8266 by ESP8266 Community и кликнуть по нему. Вышеописанные манипуляции приведут к появлению кнопочки Установка. Нужно выбрать подходящую версию (лучше всего крайнюю). Далее надо нажать на кнопку, отвечающую за установку. После этого среда разработки начнет скачивать необходимые файлы. Это не займет много времени, так как нужный пакет весит всего 150 МБ.

Возвращаемся к списку плат. После инсталляции программного модуля там появилось несколько новых пунктов, которые соответствуют рассматриваемому микроконтроллеру. Надо выбрать вариант Generic ESP8266 Module. Затем следует определить входящий пункт, через уже знакомый раздел Инструменты. Там же следует задать параметры модуля (частота, объем flash-паммяти). На этом настройка программной среды завершена.

Подключение ESP8266

Для подключения ESP8266 не потребуется много коннекторов, так как рассматриваемый аппаратный модуль использует всего несколько пинов. Выходы TX/RX и землю нужно подключить к конвертору TTL-USB (его, в свою очередь, надо подключить к USB). Далее следует подсоединить питание в 3.3В к пину VCC.

Важно! Не стоит использовать питание от USB-TTL конвертера, так как это может привести к нестабильной работе аппаратного модуля. Лучше используйте внешний источник питания.. Чтобы иметь возможность загружать на микроконтроллер прошивку, необходимо подсоединить GPIO0 к земле

При таком подключении аппаратный модуль загружает прошивку во flash-память. Запуск программы происходит сразу же, без отсоединения от GPIO

Чтобы иметь возможность загружать на микроконтроллер прошивку, необходимо подсоединить GPIO0 к земле. При таком подключении аппаратный модуль загружает прошивку во flash-память. Запуск программы происходит сразу же, без отсоединения от GPIO.

Важно! Перед загрузкой прошивки для ESP8266 необходимо перезагрузить модуль. Сделать это можно, передёрнув питание или же подав землю на RESET.

Последовательность действий при загрузке скетча

Процесс загрузки скетча элементарен. В самой программе необходимо заполнить SSID, а также указать пароль вай-фай. После этого следует клацнуть на кнопочку компиляции и загрузить скетч на устройство.

Важно! Если аппаратный модуль был подключен без автопрошивки, то надо отсоединить пин GPIO0 от земли и передернуть питание.

Далее следует перейти в Инструменты > Монитор последовательного порта. Надо выбрать скорость 115200

После этого стоит обратить внимание на терминал. Если модуль подключен к сети, то в таком случае на мониторе должны появится соответствующие надписи

Внизу будет расположен IP адрес аппаратного модуля.

Способы программирования

Запрограммировать плату можно с помощью как рукописного, так и графического кода.

Графический метод программирования заключается в применении плагина ArduBlock (поддерживает русский язык), который встраивается в Arduino IDE. Программа изначально оформляется в виде блок-схемы, а затем автоматически конвертируется в код Arduino IDE (подойдет для начинающих программистов).

Чтобы установить плагин Arduino IDE, следует:

  1. Установить среду программирования Arduino IDE (доступна на официальном сайте Arduino).
  2. Скачать плагин ArduBlock с сайта разработчиков.
  3. Переименовать скачанный файл в ardublock-all.
  4. Создать в разделе «Документы» папки Arduino, затем tools, ArduBlock и tool.
  5. В папку tool переместить скачанный и переименованный файл.

Чтобы работать с этим плагином, нужно:

  1. Запустить среду программирования.
  2. Зайти во вкладку «Инструменты».
  3. Нажать на раздел ArduBlock.

Под программированием платы подразумевают и способы загрузки прошивки в микроконтроллер. Самым популярным методом является внутрисхемное программирование (ISP), при котором ATmega прошивается через программатор, подключенный через SPI-интерфейс к плате и через USB-кабель к ПК. Этим же методом можно перепрошить AN.

Платы, использующие в составе микросхему CH340, могут прошиваться через USB.

Проверить работоспособность кода можно в таких программах, как:

  • Proteus;
  • AutoCAD 123D;
  • Tinkercad.

У всех утилит удобный графический интерфейс и большой набор компонентов. В «Протеусе» и AutoCAD можно проектировать печатные платы. Для работы с Tinkercad потребуются только браузер и устойчивое интернет-соединение, т. к. этот софт запускается онлайн.

Изготовление теплоаккумулятора

Особенности конструкции вертикально фрезерного станка

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий