Arduino là gì? Tất tần tật về Arduino

Arduino là gì? Tất tần tật về Arduino sẽ được giải đáp qua bài viết sau đây. Hãy cùng PLC Schneider tìm hiểu nhé.

Khái quát về Arduino

1. Arduino là gì?

Arduino là nền tảng mã nguồn hay là nền tảng vi mạch thiết kế có chức năng tạo tính liên kết và tương tác với nhau giữa các ứng dụng điện tử được con người xây dựng. Arduino còn được sử dụng để thay thế các công cụ chuyện nạp code cho người lập trình giúp các dự án điện tử trở nên dễ dàng và đơn giản hơn. Một Arduino sẽ bao gồm phần cứng là Open – source hardware và phần mềm là Open – source softwave.

Một số ứng dụng của Arduino:

• Arduino giúp lập trình các mã lệnh vào robot, lập trình IoT, lập trình tự động AI cho xe hơi, máy bay,…
• Có thể đọc cảm biến để nhận biết và thu thập thông tin về trạng thái của 1 bo mạch, 1 hệ thống,…
• Là thành phần quan trọng tạo nên các hiệu ứng đèn nhấp nháy.
• Arduino còn được sử dụng để tương tác với joystick, màn hình chơi game,…
• Arduino ngoài khả năng kết nối với các thiết bị khác nhau còn có thể kết nối với chip điều khiển nhỏ hơn rất nhiều,…

2. Lịch sử phát triển

Arduino được khởi động vào năm 2005 như một dự án dành cho sinh viên. Cái tên Arduino đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi các nhà sáng lập cho dự án này gặp mặt và xây dựng chúng. Chính vì vậy chúng được đặt theo tên của quán là Arduino – một vị vua Italy từ năm 1002 đến 1014.

Phần cứng được xây dụng đến từ một sinh viên người Colombia tên Hernando Barragan và được các nhà nghiên cứu làm cho nền tảng Wiring trở nên nhẹ hơn và có giá thành phải chăng hơn, khả dụng cho cộng đồng mã nguồn mở. Sau cùng một trong số những nhà nghiên cứu đã mang ý tưởng này phổ biến rộng hơn.

Phần cứng của Arduino

Có nhiều Arduino với nhiều phiên bản và mục đích sử dụng khác nhau, nhưng hầu hết các phiên bản đều được cấu thành từ:

1. Nguồn ( USB Barrel Jack ).

Các Arduino đều có cổng riêng dùng để kết nối với nguồn điện. Mạch Arduino lấy được nguồn từ dây cáp USB của máy tính của bạn hoặc từ một số nguồn như DC và Jack DC. Như trong hình ta có thể thấy trong hình bên dưới thì USB và Jack DC được khoanh vùng. Chân kết nối USB còn là chân để tải code lên trên bo mạch Arduino.

Lưu ý khi sử dụng: Không được dùng nguồn <20V, khi điện áp lớn hơn 20V sẽ phá hủy mạch Arduino. Thông thường điện áp dùng cho Arduino từ 6 – 12V.

2. Chân ( nguồn ra của Arduino ).

Các chân là nguồn ra được dùng kết nối dây đầu ra với các tải và các mạch kết nối bên ngoài. Tùy vào các phiên bản Arduino mà sẽ có các loại chân khác nhau. Các chân sẽ được in nhãn và kỹ tự để khi sử dụng người dùng dễ nhận biết. Các chân bao gồm: 5V, 3.3V, GND, Digital, Analog, PWM, ISF.

• Chân 5V, 3.3V: Chân 5V cung cấp cho năng lượng 5 volt và chân 3.3V cung cấp cho năng lượng 3,3 volt. Các thành phần đơn giản sử dụng với Arduino đều sử dụng ở mức 5 volt và 3,3 volt.
• GND: đây là điểm dùng để nối mạch Arduino với các thiết bị, các chân GND trên Arduino có thể sử dụng để kết nối với mass. Điện áp của chân này bằng 0V nên được gọi là chân cắm trung tính.
• Digital: Chân Digital có thể sử dụng cho cả đầu vào Digital nếu các nút nhấn và đầu ra digital cung cấp nguồn cho LED.
• Analog: Chân Analog có thể đọc tín hiệu từ các cảm biến và chuyển chúng thành giá trị Digital để người dùng có thể đọc được.
• PWM: Các chân PWM chức năng tương tự như các chân Digital thông thường và được sử dụng để điều chế độ rộng xung.
• ISF: Các chân này ít khi được sử dụng, đôi lúc chúng sẽ được dùng để đặt điện áp tham chiếu trong khoảng 0 – 5V giới hạn cho các chân đầu vào Analog.

3. Nút Reset ( Reset Button )

Nút Reset có nhiệm vụ khởi động lại bất kỳ đoạn cốt nào cần tải lên Arduino hoặc xóa các dữ liệu đã nạp vào bo mạch Arduino. Điều này giúp cho quá trình thực hiện chương trình không có vòng lắp và phải kiểm tra lại nhiều lần.

4. Đèn LED báo nguồn ( Power LED Indicator )

Là một chiếc đèn LED nhỏ được dán nhãn ON được lắp ngay bên phải chữ UNO. Khi nguồn cấp đưa vào Arduino thì đèn báo có sẽ sáng lên để báo hiệu. Khi đèn không sáng thì nguồn cấp đã xảy ra vấn đề. Hãy kiểm tra lại các bộ phận.

5. LED TX và RX

TX là đèn LED hiển thị tín hiệu được truyền đi và RX là hiển thị tín hiệu được nhận về. Hai tín hiệu này xuất hiện nhiều trong các thiết bị điện tử để phân biệt được những chân đang thực hiện nhiệm vụ truyền tải nối tiếp. Thông báo cho người dùng bất cứ lúc nào khi Arduino nhận và truyền dữ liệu.

6. IC Main

Đây là bộ não của Arduino. Việc xác định IC chủ giúp cho bạn nhận biết được Arduino đang dùng thuộc loại nào để nạp các chương trình và code thích hợp.

7. Bộ điều chỉnh điện áp

Bộ điều chỉnh điện áp thường không được sử dụng nhiều. Chúng có nhiệm vụ là điều chỉnh và kiểm soát nguồn điện áp khi đưa vào mạch Arduino.

Phần mềm của Arduino

Phần mềm của Arduino sử dụng cho ngôn ngữ lập trình xử lý và Project Wiring là IDE ( môi trường phát triển tích hợp, đây là một ứng dụng đa nền tảng được viết bằng Java. Chúng được thiết kế dành cho những người mới bắt đầu về lĩnh vực phát triển phần mềm. Bao gồm 1 chương trình code editor và các chức năng đánh dấu cú pháp, tự động brace matching, căn lề, biên dịch, upload chương trình bằng một bước nhấp chuột. 1 chương trình hay một code viết cho Arduino được gọi là Sketch.

Chương trình Arduino được viết bằng C hay C ++. Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm là Wiring. Người dùng nắm bắt được định nghĩa của 2 hàm sau là có thể tạo ra một chương trình vòng thực thi ( cyclic executive ).

• setup (): Hàm chạy khi khởi động 1 chương trình, được sử dụng để thiết lập các cài đặt.
• loop (): hàm này lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch.

Đây là một chương trình điển hình làm cho bóng LED sáng và tắt đèn như sau:

Arduino sử dụng GNU toolchain và AVR Libc để biên dịch chương trình và avrdude để upload chương trình lên board.

Các loại mạch Arduino phổ biến

1. Arduino Uno R3

Arduino Uno R3 được phát triển bởi Arduino.cc – một nền tảng điện tử mã nguồn mở dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P. Hiện tại, phiên bản Arduino Uno R3 có đi kèm với USB gồm có 6 chân đầu vào analog, 14 cổng kỹ thuật số I/O. Trong 14 cổng kỹ thuật số I/O có 6 chân đầu ra xung PWM.

Arduino Uno R3 kết nối trực tiếp với máy tính qua USB và để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE. Chúng tương thích với windows, MAC, linux systems,…

2. Arduino Nano

Arduino Nano là board mạch sử dụng vi điều khiển ATmega328P hoặc ATmega168 tích hợp các chân I/O được phát triển bởi Arduino.cc. Arduino Nano hoạt động độc lập, tương tác hiệu quả với các thiết bị điện tử. Có thể kết nối với PC, phối hợp cùng Flash, xử lý, max/msp, FD,…

Arduino Nano có chức năng giống như Arduino Uno nhưng kích thước nhỏ gọn hơn. Bao gồm tất cả 14 chân digital, 8 chân analog, 2 chân reset, 6 chân nguồn.

3. Arduino Leonardo

Arduino Leonardo có kích thước tương tự như các Arduino trên được phát triển bởi Arduino.cc và dựa trên ATmega32U4 với 23 chân đầu vào/ ra kỹ thuật số.

Ngoài các chức năng chính, Arduino Leonardo còn có thêm một chức năng là USB host. Bạn có thể giả lập một thiết bị như chuột, bàn phím, game cầm tay,…

>> Tham khảo thêm: Tại sao cần phải lập trình PLC