Arduino - Une introduction aux dispositifs de microcontrôleur DIY

Vous pouvez Arduin transformer n'importe quoi en ordinateur de nos jours. Si vous voyez une LED ou un écran LCD avec un clavier, quelqu'un a probablement mis un ordinateur portable à l'intérieur de cet appareil. Certaines de ces choses contiennent même six, sept ou plus petits ordinateurs, appelés microcontrôleurs.

À l'intérieur d'eux, dont l'Arduino est le plus populaire. Si vous envisagez de créer votre appareil électronique avec un ordinateur intégré, vous devez comprendre ce qu'ils sont et comment ils fonctionnent.

Ce n'est qu'alors que vous pourrez acheter quelques kits dans un magasin de circuits imprimés et démarrer vos projets.

Qu'est-ce qu'Arduino ?

Ces petits ordinateurs à microcontrôleur sont généralement appelés contrôleurs intégrés ou unités de microcontrôleur (MCU). Ce sont des systèmes informatiques complets avec tout ce que vous pouvez imaginer qui entrerait dans un ordinateur. Ils disposent tous d'une unité centrale de traitement pour l'exécution des programmes, d'un stockage RAM temporaire, de systèmes de stockage permanents et de ports pour périphériques et accessoires.

Les microcontrôleurs ne sont que des ordinateurs à usage individuel construits et conçus pour effectuer seulement quelques tâches spécifiques. La plupart du temps, ces appareils n'exécutent qu'un seul programme stocké sur une ROM. Cependant, vous pouvez également leur attacher un stockage externe. Quoi qu'il en soit, ils sont considérés comme des appareils à faible consommation d'énergie, et c'est leur charme. Vous pouvez en faire fonctionner un entièrement sur piles.

Un Arduino n'est qu'une version open source d'un microcontrôleur. Il s'agit d'une carte de développement matériel que vous pouvez utiliser pour concevoir et construire vos propres appareils. Parfait pour les bricoleurs, les amateurs et les fabricants, Arduino fait référence à la fois à un type spécifique de conception de cartes et à la société qui les fabrique, ainsi qu'à la communauté de développeurs qui les utilisent. Pour cette raison, vous pouvez les trouver dans presque tous les magasins ou catalogues de pièces électroniques ou de circuits imprimés.

La plate-forme se présente sous la forme d'une carte de circuit imprimé programmable physique, du microcontrôleur lui-même et du logiciel ou IDE (environnement de développement intégré) que vous utilisez pour créer le programme exécuté par l'appareil. Populaire parmi les nouveaux développeurs, l'Arduinos ne nécessite pas de dispositif de programmation séparé, ce qui le rend beaucoup plus convivial que les autres kits de microcontrôleur sur le marché. Il utilise même une version simplifiée du langage de programmation C++, ce qui le rend facile à programmer.

1.1 Qu'est-ce qui compose un Arduino ?

Les cartes Arduinos sont livrées avec quelques composants et interfaces préinstallés sur une seule carte de circuit imprimé (PCB) en tant que kit de microcontrôleur. Ces composants définissent un facteur de forme standard qui rend le microcontrôleur plus accessible.

Les composants de base

Bien que la conception ait changé au fil des ans, un kit Arduinos de base est livré avec les composants suivants :

Connecteurs à broches

Il existe deux types de broches :disposées selon un motif spécifique, ces broches vous permettent de connecter le MCU aux autres cartes peuvent faire partie de votre appareil personnalisé. Ils vous permettent également de connecter une carte complémentaire fille, appelée "bouclier", à votre appareil.

Numérique – Connecteurs d'entrée/sortie (E/S) à un seul état que vous pouvez activer ou désactiver. La plupart des Arduinos ont 14 broches numériques.

Analogique – Connecteurs multi-états pouvant lire une plage de valeurs. Vous pouvez les utiliser pour un contrôle plus précis. Il y en a généralement six.

Terre – Étiquetées GND, ces trois broches vous permettent de mettre votre appareil à la terre.

Puissance – Les quatre broches de 5 volts et les cinq broches de 3 volts fournissent des signaux d'alimentation aux modules complémentaires et autres accessoires.

Modulation de largeur d'impulsion (PWM) - Huit des broches numériques servent également de connecteurs PWM. Ils peuvent simuler des signaux de sortie analogiques pour des applications telles que la gradation de LED

Référence analogique (AREF) - Parfois utilisé pour réguler les tensions externes, mais ces neuf broches sont rarement utilisées.

Connecteur d'alimentation

Ce connecteur alimente l'appareil et crée une alimentation basse tension pour les LED, les capteurs et autres. Vous pouvez utiliser le connecteur avec un adaptateur secteur ou une petite batterie.

Processeur principal

Le processeur du microcontrôleur est le cœur de la plate-forme. Il permet à l'Arduino d'exécuter des commandes et de prendre des décisions en fonction de diverses entrées et programmes en cours d'exécution. Le même chit variera entre les types d'Arduinos, mais la plupart des kits fournissent des chipsets Atmel avec une mémoire embarquée différente. Les modèles de processeur standard incluent :

• ATmega8
• ATmega168
• ATmega328
• ATmega1280
• ATmega2560

Connecteur série

La plupart des cartes Arduino sont livrées avec un port USB standard qui vous permet de connecter le MCU à votre ordinateur pour charger de nouveaux programmes. Sur certaines cartes, le port USB sert également de connecteur d'alimentation.

Bouton de réinitialisation

Les cartes Arduino contiennent également un bouton de réinitialisation. Appuyer sur le bouton déclenche la broche de réinitialisation. Il redémarre tout code en cours d'exécution., parfait lorsque vous voulez tester quelque chose mais que votre programme n'a pas de fonction de redémarrage.

Indicateur LED d'alimentation

Certains microcontrôleurs Arduino sont livrés avec une LED d'alimentation qui indique si l'unité est allumée. Généralement, la LED s'allume lorsque vous connectez l'équipe à une source d'alimentation. Si ce voyant ne s'allume pas, il y a de fortes chances que quelque chose ne va pas.

DEL de transmission et de réception de signal

Étiquetez comme TX (transmission) et RX (réception); ces voyants indiquent l'activité de communication série. Ils fournissent un indice visuel subtil lorsque l'unité reçoit ou transmet des données.

Régulateur de tension

Bien qu'elles ne soient pas programmables par l'utilisateur, les cartes Arduino sont livrées avec un régulateur de tension. Le régulateur contrôle la quantité de tension traversant la carte. Il a des limites, bien sûr, mais la plupart des projets n'auront pas de tensions supérieures à 20 volts.

1.2 Modules complémentaires et accessoires Arduino

Les composants ci-dessus sont fournis avec tous les microcontrôleurs Arduino, mais ce ne sont pas les seuls composants électroniques que vous pouvez utiliser avec la plate-forme. Les cartes sont conformes à toutes les normes IEEE et ISO. Ainsi, vous pouvez utiliser n'importe quelle pièce du commerce pour rendre votre projet Arduino intéressant. Cependant, la spécification de la plate-forme Arduinos nécessite certains modules complémentaires compatibles avec la plate-forme. Pour cette raison, la plupart des fournisseurs Arduino proposent également des capteurs et des blindages Arduino. Aucun projet Arduino ne sera complet sans eux non plus.

Capteurs

Vous pouvez utiliser un peu de code pour contrôler votre Arduinos et interagir avec une série de capteurs.

La plupart des fournisseurs Arduino proposent des capteurs pour mesurer :

• Lumière
• Température
• Degré de flexibilité
• Pression
• Proximité
• Accélération
• Monoxyde de carbone
• Radioactivité
• Humidité
• Pression barométrique

Planche à pain Arduino

Vous pouvez également obtenir une maquette sans soudure pour votre projet. Cette carte vous permet de prototyper et d'expérimenter vos conceptions et dispositions de circuits sans souder de manière permanente vos composants à votre PCB. Vous pouvez expérimenter et tester vos idées de mise en page et de conception. La planche à pain n'a pas d'adaptateur secteur. Donc, il serait utile que vous utilisiez des fils de connexion pour l'alimenter via la carte mère.

Boucliers

Les dernières pièces du puzzle Arduino sont les boucliers Arduino. Ces cartes filles pré-construites s'adaptent au-dessus de la carte Arduino principale pour offrir des fonctionnalités supplémentaires.

Certaines fonctions de bouclier standard incluent

Contrôle des moteurs

Connectivité Internet

Réseaux et communications mobiles et cellulaires

Contrôleurs d'écran LCD

Les développeurs Arduino ont utilisé l'environnement de développement intégré (IDE) Arduino officiel pour écrire leurs programmes Arduino. L'IDE open source basé sur Java fonctionne sur toutes les plates-formes exécutant Windows, Mac et Linux. Il vous offre un environnement unique pour écrire et tester du code écrit dans le langage de programmation Processing avant de le télécharger sur votre appareil.

L'Arduino Uno - L'Arduino le plus populaire

Parce qu'il n'y a pas deux projets identiques, le groupe Arduino a publié des spécifications pour certains types de cartes Arduino. L'un des types de cartes les plus populaires est l'Arduino Uno.

En tant qu'excellent choix pour les débutants, le MCU Arduino Uno à 22 $ est une carte simple. Il ne contient que les composants essentiels, mais il vous permet de concevoir votre projet à votre façon. À 25 grammes, ce circuit imprimé de 68,5 x 53,4 millimètres est suffisamment léger pour tenir également dans un boîtier.

La version actuelle, l'Arduino Uno R3, est livrée avec :

• Microprocesseur ATmega328P
• 14 broches d'entrée/sortie numériques
  • 6 sorties PWM
  • DEL intégrée (connectée à la broche 13)
  • Sortie de tension de 5 volts, 3,3 volts et broche de terre

• Six broches analogiques
• Port USB
• Prise d'alimentation
• Bouton de réinitialisation
• Tension de fonctionnement de 5 volts
• Mémoire flash de 32 Ko
• SRAM 2 Ko et EEPROM 1 Ko

L'Uno n'est peut-être pas la première carte Arduino, mais c'est la plus activement utilisée. C'est également le facteur de forme le plus documenté avec des tonnes de didacticiels de projet et de forums sur Internet.

Arduino Mega – Le MCU pour les GRANDS projets

En fait, quatre microcontrôleurs Uno en un, l'Arduino Mega est la carte idéale pour vos projets de grande envergure. Alimenté par une puce Atmel ATmega2560, le Mega apporte quatre ports série à la table avec un port USB séparé pour l'alimentation et les interfaces avec les ordinateurs. Il dispose même d'un processeur ATmega16U2 dédié uniquement pour le port USB supplémentaire. Vous pouvez également alimenter le MCU avec une batterie.

Le Méga a :

• 54 broches d'entrée/sortie (E/S) numériques dont 14 compatibles PWM
• 16 broches d'E/S analogiques
• Port USB
• Prise d'alimentation
• Bouton de réinitialisation

Le grand nombre de broches du Mega fait le tableau. Vous pouvez les utiliser dans des projets nécessitant de nombreuses connexions d'E/S numériques, des voyants ou des boutons.

Le reste de la puissance du Mega MCU provient de son processeur. Le microprocesseur ATmega2560 peut faire tout ce que vous pouvez lui lancer. Il dispose d'une vitesse d'horloge de 16 MHz, de 256 Ko de mémoire flash, de 8 Ko de SRAM et de 4 Ko d'EEPROM. Tout cela fait de l'Arduino Mega la carte idéale pour les imprimantes 3D et la robotique.

Arduino ESP8266 rend vos projets sans fil

Aucune carte Arduino n'est livrée avec un réseau sans fil sur la carte elle-même. Vous ne le trouverez également sur aucun des boucliers disponibles. Vous avez besoin d'un module Wi-Fi Arduino ESP8266 si vous souhaitez rendre votre projet sans fil.

Bien qu'il existe des modules plus récents, l'ESP2866 est l'original. Il n'est peut-être pas conçu pour fonctionner comme un microcontrôleur autonome, mais votre projet en a besoin sur le marché mobile actuel.

Il offre cependant une connectivité sans fil décente. La carte est livrée avec des broches d'alimentation, de mise à la terre, de transmission et de réception pour connecter ces fonctionnalités à votre Arduino central, ainsi qu'une broche de mise hors tension contrôlée par puce (CH_PD). Vous avez également une réinitialisation et deux broches de données GPIO.

Il y a un inconvénient. L'ESP8266 nécessite un signal d'alimentation de 5 volts. Cela ne fonctionnera pas avec la norme Arduino 3,5 volts.

Sous-système et cadre PWM

5.1 PWM Arduino

La modulation de largeur d'impulsion (PWM) simule un signal analogique à l'aide de signaux d'onde carrée avec des fréquences et des amplitudes variables. La plate-forme Arduino utilise ces signaux pour réguler les circuits analogiques avec ses sorties numériques.

La plate-forme Arduino PWM n'est pas un élément matériel distinct. Toutes les cartes Arduino sont livrées avec les appels système intégrés. Vous devez écrire un programme qui les utilise. La commande crée l'onde carrée via une broche compatible.

5.2 Arduino Nano - Parfait pour les petits appareils et projets

En tant que version la plus miniature de la plate-forme Arduino, l'Arduino Nano offre les mêmes fonctionnalités que l'Uno dans un boîtier beaucoup plus petit alimenté par un processeur ATmega328P et un coprocesseur Atmega168. Il utilise également le même logiciel Arduino IDE que les autres cartes Arduino.

Le Nano est livré avec :

• 14 broches d'E/S numériques avec 6 broches compatibles PWN
• Huit broches analogiques
• Tension de fonctionnement de 5 volts
• Bouton de réinitialisation
• Port USB
• Port série
• Mémoire flash de 32 Ko
• SRAM de 8 Ko
• 1 ko EEPROM

Malgré sa taille, le Nano fonctionne parfaitement avec les types de projets suivants :

• Systèmes embarqués
• Automatisation
• Robotique
• Systèmes de contrôle
• Instrumentation

Pourquoi choisir un Arduino plutôt qu'un Raspberry Pi ?

La plate-forme Arduino n'est pas le seul MCU sur le marché. Beaucoup d'autres MCU offrent les mêmes fonctionnalités que l'Arduino, y compris le Raspberry Pi. Cependant, le PI est un produit très différent de l'Arduino.

D'une part, le Raspberry PI est un ordinateur complet. L'Arduino ne l'est pas. Un micro-ordinateur n'est qu'un petit composant qui constitue un ordinateur. Pour cette raison, la plate-forme Arduino ne fournit qu'un petit sous-ensemble de ce que le PI a à offrir. Par exemple, il peut simplement exécuter de petites applications et non un système d'exploitation complet.

6.1 Forces et faiblesses du

Cela ne signifie pas que l'Arduino est inutile. Il est parfait pour les projets électroniques qui n'ont pas besoin d'un ordinateur complet pour fonctionner. Vous pouvez le connecter directement à vos composants et capteurs et tout fonctionner immédiatement avec peu ou pas de configuration.

L'Arduino peut le faire en raison du fonctionnement du micrologiciel Arduino. Le firmware est le logiciel de base qui exécute la gamme de cartes Arduino. Il communique également avec votre ordinateur via USB pour vous donner accès à toutes ses fonctionnalités programmables. Bien que vous puissiez toujours remplacer le firmware, vous n'aurez jamais à le faire. Vous n'avez même pas besoin de le redémarrer. Une fois que vous avez téléchargé votre code, vous pouvez l'exécuter n'importe où immédiatement. Il n'est pas nécessaire d'avoir un clavier, un écran ou un moyen pour choisir une application. Le conseil d'administration fera le travail que vous lui confiez.

6.2 Le Raspberry Pi est un ordinateur complet

En revanche, le Raspberry Pi est un ordinateur entièrement fonctionnel. Il a besoin d'un système d'exploitation pour fonctionner, ce qui nécessite un redémarrage pour rester opérationnel. La carte n'a pas non plus de stockage interne. Il serait utile que vous fournissiez des soins micro-SD externes pour stocker les programmes que vous souhaitez exécuter. Bien qu'il dispose d'Ethernet intégré, vous pouvez mettre à jour le logiciel sans avoir à retirer la carte.

Le Pi fonctionne sur un processeur Broadcom Arm-v6 complet avec de la mémoire et un processeur graphique HDMI. La carte fonctionne également très bien avec un clavier et une souris, vous permettant de charger une variante Linux et de l'avoir pour que personne ne puisse dire que vous avez utilisé une si petite machine pour tout piloter. C'est à quel point c'est puissant. C'est la plate-forme idéale pour les projets qui nécessitent une interactivité complète de l'utilisateur et toute cette puissance de traitement.

Cependant, cette puissance rend le Pi mal adapté aux petits projets. Par exemple, vous devez brancher une LED sur une carte Arduino pour l'allumer avec seulement huit lignes de code. Le Pi nécessitera des bibliothèques supplémentaires en plus de votre code juste pour commencer, et c'est si vous avez déjà un système d'exploitation déjà installé sur la carte.

Cela ne signifie pas que vous ne pouvez pas utiliser le Raspberry Pi et l'Arduino pour les mêmes types de projets. Vous pouvez installer des bibliothèques de framework qui donneront au Pi les mêmes fonctionnalités qu'à l'Arduino. L'utilisation d'un Pi dans un projet prend simplement beaucoup plus de temps et d'efforts.

L'Arduino a également une plus grande communauté de développeurs. En tant que plate-forme la plus populaire pour les projets électroniques, l'Arduino propose de nombreux tutoriels pour les débutants pour vous aider à démarrer.

Quoi qu'il en soit, vous n'aurez jamais à choisir entre ces deux cartes. Ils fonctionnent très bien ensemble. Avec la bonne fixation, votre Arduino peut devenir une carte d'extension fille pour votre Raspberry Pi, permettant aux deux cartes d'accéder aux fonctions de l'autre.

Conclusion

L'Arduino est une famille de plates-formes de microcontrôleurs conçues spécifiquement pour les projets électroniques à faire soi-même. Ces tableaux à usage unique sont livrés avec tout ce dont vous avez besoin pour automatiser votre tâche et plus encore. Vous devez le brancher sur votre ordinateur, créer du code et simplement l'exécuter. Il fera le reste.

Pour obtenir l'un ou l'autre composant pour vos projets, contactez-nous immédiatement. Nos représentants comprennent Arduino et sont prêts à vous aider à choisir la carte et les add-ons qui vous conviennent. Nous pouvons même vous aider à obtenir les pièces dont vous avez besoin pour connecter votre Arduino à un Raspberry Pi afin de faire passer vos appareils au niveau supérieur.