Arduino

Arduino Software

Arduino IDE с примером простой программы.
Тип	Интегрированная среда разработки
Разработчик	Arduino Software
Написана на	Java
Операционная система	Кроссплатформенная
Последняя версия	1.6 (9 февраля 2015 года)
Лицензия	LGPL или GPL license
Сайт	arduino.cc
Arduino Software на Викискладе

Arduino — торговая марка аппаратно-программных средств для построения простых систем автоматики и робототехники, ориентированная на непрофессиональных пользователей. Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры. Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат, продающихся как официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции Ардуино.

Arduino может использоваться как для создания автономных объектов автоматики, так и подключаться к программному обеспечению на компьютере через стандартные проводные и беспроводные интерфейсы.

В концепцию Ардуино не входит корпусной или монтажный конструктив. Разработчик выбирает метод установки и механической защиты плат самостоятельно. Сторонними производителями выпускаются наборы робототехнической электромеханики, ориентированной на работу совместно с платами Ардуино.

Проект Arduino был удостоен почётного упоминания при вручении призов Prix Ars Electronica 2006 в категории Digital Communities.

Аппаратная часть

Список процессорных плат, поддерживаемых Arduino IDE v1.0.6

Стандартный конструктив Ардуино с платами расширения

Плата Arduino Diecimila

Под торговой маркой Ардуино выпускается несколько плат с микроконтроллером (англ. boards) и платы расширения (так называемые шилды — варваризм от англ. shields). Большинство плат с микроконтроллером снабжены минимально необходимым набором обвязки для нормальной работы микроконтроллера (стабилизатор питания, кварцевый резонатор, цепочки сброса и т. п.).

Конструктив

Ардуино и Ардуино-совместимые платы спроектированы таким образом, чтобы их можно было при необходимости расширять, добавляя в устройство новые компоненты. Эти платы расширений подключаются к Ардуино посредством установленных на них штыревых разъёмов. Существует ряд плат с унифицированным конструктивом, допускающим конструктивно жесткое соединение процессорной платы и плат расширения в стопку через штыревые линейки. Кроме того, выпускаются платы уменьшенных габаритов (например, Nano, Lilypad) и специальных конструктивов для задач робототехники. Независимыми производителями также выпускается большая гамма всевозможных датчиков и исполнительных устройств, в той или иной степени совместимых с базовым конструктивом Ардуино.

Микроконтроллер

В линейке устройств Arduino в основном применяются микроконтроллеры Atmel AVR ATmega328, ATmega168, ATmega2560, ATmega32U4 с частотой тактирования 16 или 8 МГц. В старых изделиях применялись ATmega8, ATmega1280 и другие. Есть также плата на процессоре ARM Cortex M3 AT91SAM3X8E с частотой тактирования 84 МГц. В микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик (BootLoader), поэтому внешний программатор не нужен. Тем не менее большинство плат имеет штыревой разьем для внутрисхемного программирования (ICSP).

Периферия

Порты ввода-вывода микроконтроллеров оформлены в виде штыревых линеек. Никакого буферизирования, защиты, конвертации уровней или подтяжек, как правило, нет. Микроконтроллеры питаются от 5В или 3,3В, в зависимости от модели платы. Соответственно порты имеют такой же размах допустимых входных и выходных напряжений. Программисту доступны некоторые специальные возможности портов ввода-вывода микроконтроллеров, например широтно-импульсная модуляция (ШИМ), аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), интерфейсы UART, SPI, I2C. Количество и возможности портов ввода-вывода определяются конкретным вариантом микропроцессорной платы.

Помимо портов на платах микроконтроллеров иногда устанавливается периферия в виде интерфейсов USB или Ethernet. Опциональный набор внешней периферии на модулях расширения включает в себя:

• USB Device (чаще всего как виртуальный COM порт через FTDI FT232, имеются также версии с эмуляцией USB HID Class клавиатур и мышек).
• Проводной и беспроводной Ethernet как на основной плате так и на платах расширения.
• Модуль GSM и другие беспроводные интерфейсы.
• USB Host.
• SD card.
• Модуль управления низковольтным мотором на базе L298. Поддерживаются шаговый и коллекторный двигатели с напряжением до 12В и током до 2А на канал. Могут подключаться также реле, электромагниты и т. п. Модуль не имеет гальванической развязки.
• Графический ЖКИ индикатор.
• Модуль с макетным полем.

Сторонние производители выпускают широкую гамму датчиков и исполнительных устройств, подключаемых к Ардуино. Например, гироскопы, компасы, манометры, гигрометры, термометры, релейные модули, индикаторы, клавиатуры и т. п.

Некоторые модели микроконтроллерных плат

См. также Список Arduino-совместимых плат.

Некоторые модели микроконтроллерных плат:

Список популярных микроконтроллерных плат проекта Ардуино

1. Serial Arduino, программируется через последовательное соединение (разъём DB-9), используется ATmega8.
2. Arduino Extreme, с USB-интерфейсом для программирования, используется ATmega8.
3. Arduino Mini, миниатюрная версия Arduino, использующая поверхностный монтаж ATmega328. Не содержит конвертера USB-UART.
4. Arduino Nano 3.0, ещё миниатюрнее, с питанием от USB и поверхностным монтажом ATmega328.
5. LilyPad Arduino, минималистичный дизайн для носимых применений с поверхностным монтажом ATmega168 (в новых версиях ATmega328).
6. Arduino NG, с USB-интерфейсом для программирования, используется ATmega8.
7. Arduino NG plus, с USB-интерфейсом для программирования, используется ATmega168.
8. Arduino BT, с Bluetooth-интерфейсом для программирования, используется ATmega168 (в новых версиях ATmega328).
9. Arduino Diecimila, использует USB-интерфейс и Atmega168 в DIP28 корпусе.
10. Arduino Duemilanove («2009»), на основе ATmega168 (в новых версиях ATmega328), с автоматическим выбором питания от USB или внешнего источника.
11. Arduino Mega («2009»), на основе ATmega1280.
12. Arduino Mega2560 R3 («2011»), на основе ATmega2560. Используется конвертер USB-UART на базе ATmega16U2.
13. Arduino Uno R3 (2011), на основе ATmega328. Используется конвертер USB-UART на базе ATmega16U2.
14. Arduino Ethernet (2011), на основе ATmega328. Конвертера USB-UART нет. Ethernet чип — W5100, также содержит модуль MicroSD.
15. Arduino Mega ADK for Android (2011), на основе ATmega2560. Содержит USB-хост для соединения с телефонами на базе ОС Android (м/с MAX3421e). Конвертер USB-UART на базе ATmega8U2.

Характеристики популярных микроконтроллерных плат проекта Ардуино (таблица)

Arduino	Процессор	Напряжение питания	Флеш-память, КБ	EEPROM, КБ	SRAM, КБ	Двоичные входы/выходы	…c ШИМ	Аналоговые входы	USB-интерфейс	Прочие интерфейсы	Размеры, мм
Due	Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3	3.3 В	512	Нет	256	54	12	12 + 2ЦАП	ATmega16U2	CAN, JTAG, I2C	101,6 × 53.3
ADK	ATmega2560	5 В	256	4	8	54	14	16	ATmega8U2	MAX3421E USB хост	101,6 × 53.3
BT (Bluetooth)	ATmega328	5 В	32	1	2	14	4	6	Нет	Bluegiga WT11 Bluetooth
Diecimila	ATmega168	5 В	16	0.5	1	14	6	6	FTDI		68,6 × 53.3
Duemilanove	ATmega168/328P	5 В	16/32	0.5/1	1/2	14	6	6	FTDI		68,6 × 53.3
Ethernet	ATmega328	5 В	32	1	2	14	4	6	Нет	Wiznet Ethernet MicroSD
Fio	ATmega328P	3.3 В	32	1	2	14	6	8	Нет		40,6 × 27.9
Leonardo	Atmega32u4	5 В	32	1	2	14	6	12	Atmega32u4		68,6 × 53.3
LilyPad	ATmega168V или ATmega328V	2.7-5.5 В	16	0.5	1	14	6	6	Нет		50 ⌀
Mega	ATmega1280	5 В	128	4	8	54	14	16	FTDI		101,6 × 53.3
Mega2560	ATmega2560	5 В	256	4	8	54	14	16	ATmega8U2 ATmega16U2		101,6 × 53.3
Nano	ATmega168 или ATmega328	5 В	16/32	0.5/1	1/2	14	6	8	FTDI		43 × 18
Uno	ATmega328P	5 В	32	1	2	14	6	6	ATmega8U2 ATmega16U2		68,6 × 53.3

Концепция программирования

Программирование ведется целиком через собственную программную оболочку (IDE), бесплатно доступную с сайта Ардуино. В этой оболочке имеется текстовый редактор, менеджер проектов, препроцессор, компилятор и инструменты для загрузки программы в микроконтроллер. Оболочка написана на Java на основе проекта Processing, работает под Windows, Mac OS X и Linux.

Язык программирования

Язык программирования Ардуино является стандартным C++ (используется компилятор AVR-GCC) с некоторыми особенностями, облегчающими новичкам написание первой работающей программы.

• Программы, написанные программистом Ардуино называются наброски (или иногда скетчи - варваризм от англ. sketch) и сохраняются в файлах с расширением ino. Эти файлы перед компиляцией обрабатываются препроцессором Ардуино. Также существует возможность создавать и подключать к проекту стандартные файлы C++.
• Обязательную в C++ функцию main() препроцессор Ардуино создает сам, вставляя туда необходимые «черновые» действия.
• Программист должен написать две обязательные для Ардуино функции setup() и loop(). Первая вызывается однократно при старте, вторая выполняется в бесконечном цикле.
• В текст своей программы (скетча) программист не обязан вставлять заголовочные файлы используемых стандартных библиотек. Эти заголовочные файлы добавит препроцессор Ардуино в соответствии с конфигурацией проекта. Однако пользовательские библиотеки нужно указывать.
• Менеджер проекта Arduino IDE имеет нестандартный механизм добавления библиотек. Библиотеки в виде исходных текстов на стандартном C++ добавляются в специальную папку в рабочем каталоге IDE. При этом название библиотеки добавляется в список библиотек в меню IDE. Программист отмечает нужные библиотеки и они вносятся в список компиляции.
• Arduino IDE не предлагает никаких настроек компилятора и минимизирует другие настройки, что упрощает начало работы для новичков и уменьшает риск проблем.

Простейшая Ардуино-программа состоит из двух функций:

• setup(): функция вызывается однократно при старте микроконтроллера.
• loop(): функция вызывается после setup() в бесконечном цикле все время работы микроконтроллера.

Так выглядит полный текст простейшей программы (скетча) мигания светодиодом:

#define LED_PIN 13
 
void setup () {
  pinMode (LED_PIN, OUTPUT); // Enable pin 13 for digital output
}
 
void loop () {
  digitalWrite (LED_PIN, HIGH); // Turn on the LED
  delay (1000); // Wait one second (1000 milliseconds)
  digitalWrite (LED_PIN, LOW); // Turn off the LED
  delay (1000); // Wait one second
}

Все используемые в примере функции являются библиотечными. В комплекте Arduino IDE имеется множество примеров программ. Существует перевод документации по Arduino на русский язык.

Загрузка программы в микроконтроллер

Закачка программы в микроконтроллер Ардуино происходит через предварительно запрограммированный специальный загрузчик (все микроконтроллеры от Ардуино продаются с этим загрузчиком). Загрузчик создан на основе Atmel AVR Application Note AN109. Загрузчик может работать через интерфейсы RS-232, USB или Ethernet в зависимости от состава периферии конкретной процессорной платы. В некоторых вариантах, таких как Arduino Mini или неофициальной Boarduino, для программирования требуется отдельный переходник.

Пользователь может самостоятельно запрограммировать загрузчик в чистый микроконтроллер. Для этого в IDE интегрирована поддержка программатора на основе проекта AVRDude. Поддерживается несколько типов популярных дешёвых программаторов.

Альтернативные IDE

Fritzing

Язык Minibloq

• Visualmicro — плагин к Microsoft Visual Studio для работы с Ардуино.
• Fritzing — простая Ардуино-ориентированная система проектирования и документирования схемотехники.

Графические языки программирования

• Minibloq.
• Ardublock.
• Modkit — платный, среди прочих поддерживает аппаратуру Ардуино.

Открытые архитектура и код

Документация, прошивки и чертежи Arduino распространяются под лицензией Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5 и доступны на официальном сайте Arduino. Рисунок печатной платы для некоторых версий Arduino также доступен. Исходный код для интегрированной среды разработки и библиотек опубликован и доступен под лицензией GPLv2.

Клоны

Несмотря на то, что документация на аппаратную часть и программный код опубликованы под лицензией «copyleft», разработчики выразили желание, чтобы название «Arduino» (и производные от него) было торговой маркой для официального продукта и не использовалось для производных работ без разрешения. В официальном документе об использовании названия Arduino подчеркивается, что проект открыт для всех желающих работать над официальным продуктом.

Результатом защиты названия стало ответвление от версии платы Arduino Diecimila, сделанное группой пользователей, что привело к выпуску эквивалентной платы, названной Freeduino. Название Freeduino не является торговой маркой и может использоваться в любых целях.

Некоторые программно и аппаратно совместимые продукты избегают названия «Arduino», используя в вариантах собственного названия только «duino». Они были коммерчески выпущены другими производителями.

Команда разработчиков

Ядро команды разработчиков Arduino составляют: Массимо Банци (Massimo Banzi), Девид Куартиллье (David Cuartielles), Том Иго (Tom Igoe), Джанлука Мартино (Gianluca Martino), Девид Меллис (David Mellis) и Николас Замбетти (Nicholas Zambetti).

См. также

• Mbed — проект онлайн компилятора, ориентированный на платформу ARM Cortex-M. Как и Arduino, упрощает для программиста работу с низким уровнем аппаратуры и предлагает набор библиотек для работы со сложной периферией. Процессорные платы для платформы делают различные производители под своими торговыми марками. Например, Nucleo от ST Microelectronics конструктивно совместим с платами расширения Arduino, а платы Mbed и LPCXpresso от NXP конструктивно похожи на Arduino Nano.
• Simplecortex — проект, аналогичный Arduino, но с собственным процессором и IDE. Совместим с Arduino по платам расширения.
• pcDuino — набор плат с процессором Allwinner A1X под управлением ОС Linux или Android, совместимых с периферийными платами Ардуино.
• Intel Galileo — Arduino-совместимая плата на Intel x86 архитектуре (процессор Intel Quark X1000 400 МГц). Плата совместима с периферийными платами Ардуино. Программное обеспечение включает ОС Linux, поверх которой работает приложение, позволяющее загружать и исполнять скетчи Ардуино. Для работы с платой предназначена специальная сборка Arduino IDE for Intel Galileo.

Литература

• Александрович П. В. Проекты с использованием контроллера Arduino. — БХВ-Петербург, 2014. — 400 p. — ISBN 9785977533379.

Ссылки

• Arduino (англ.). — Официальный сайт. Проверено 23 июля 2010. Архивировано из первоисточника 12 марта 2012.
• Arduino Russian (рус.). — Неполная русская документация по языку и библиотекам. Проверено 23 июля 2010. Архивировано из первоисточника 15 мая 2012.
• LXF100-101:Arduino (рус.). — Цикл статей по Arduino на wiki.linuxformat.ru. Проверено 23 июля 2010. Архивировано из первоисточника 12 марта 2012.
• Интервью LXF Джанлука Мартино (Gianluca Martino, проект Arduino) (рус.). — О проекте, его развитии. Архивировано из первоисточника 12 марта 2012.
• Arduino Fever (англ.). — Статья про Arduino в журнале Make. Проверено 23 июля 2010. Архивировано из первоисточника 12 марта 2012.
• Tópico: Índice do Arduino passo-a-passo (порт.). — Обучающие материалы по Arduino с исходными кодами и видео.. Проверено 23 июля 2010. Архивировано из первоисточника 12 марта 2012.

Одноплатные компьютеры Устройства Arduino • Arndale Board • Banana Pi • BeagleBoard • Cotton Candy • Cubieboard • Gumstix • Hawkboard • IGEPv2 • Micro Bit • PandaBoard • Parallella • Rascal • Raspberry Pi • Rockchip • Snowball • UDOO • Virt2Real SoC ARM Allwinner • Ax • Exynos • i.MX • K3V3 • MT • Nomadik • NovaThor • OMAP • Snapdragon • Tegra • VIA MIPS Jz x86/x86-64 Bonnell-based SoCs • Jaguar-based SoCs • Puma-based SoCs ПО Apache Hadoop • Linaro