Когда меня спрашивают: "Хочу научится программировать микроконтроллеры, с чего начать, что купить?", то с моей точки зрения ответ однозначен: "Покупаем Arduino Pro Mini и пробуем, если все получается — переходим к более сложным вещам".
Что такое Ардуино
Несмотря на название раздела не буду рассказывать, что такое Ардуино и откуда оно взялось, так как привел в свое время неплохую статью об этом — www.drive2.ru/b/2520138/ . Просто вспомним, что под понятием Ардуино обычно понимают совокупность трех вещей: платы или платформы Arduino (в данном случае Arduino Pro Mini), среды разработки Arduino IDE и языка программирования C++ с набором специальных библиотек. Любую из этих трех вещей мы можем подменить на аналог, но об этом мы поговорим позже. А пока просто скачаем Arduino IDE с официального сайта — www.arduino.cc/en/Main/Software и установим его на компьютер.
Что же мы купили?
Если мы все купили правильно, то перед собой мы увидим две платки
Верхняя плата — это собственно и есть Arduino Pro Mini, нижняя — USB-UART / USB-TTL конвертер
Последний может выглядеть не так, как на фото, а иметь вид готового кабеля.
(Лично я советовал бы выбрать первый вариант, но это как говорится на вкус и цвет …)
Теперь о плате/платформе Arduino Pro Mini: Конструктивно она представляет собой плату с распаянным на ней микроконтролером, кнопкой RESET, микросхемой питания и прочей, не существенной для нас на данном этапе, периферией.
Существует две версии Pro Mini: одна работает от 3.3В при частоте 8 МГц, другая — от 5В при 16 МГц. В основе платы лежит микроконтроллер Atmega 168 или Atmega 328 — отличие между ними заключается в объеме внутрисистемно программируемой Flash памяти — 16 или 32 кБайта. Это так называемая "память программ", т.е. память в которую будет записана программа и содержимое ее не будет изменятся в процессе работы. Напомню, что Atmega построен по так называемой Гарвардской архитектуре (www.drive2.ru/b/2506495/) в которой "память программ" и "память данных" реализованы отдельно, для большего быстродействия и надежности. "Память данных" делится на 2 части: оперативную SRAM, которая что у 168, что у 328 составляет 1 Кб, и постоянную EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) объемом 512 байт, данные из которой не "теряются" при отключении питания.
В зависимости от исполнения на плате может быть 30, 32 или 34 вывода (PIN). На картинке ниже показана"максимальный" 34 пиновый вариант
Посмотрели? Страшно? Давайте разберемся что где.
GND — это у нас выводы куда подключается "земляные" провода, т.е. приходит/выводится "-" питания
VCC — плюсовые выводы для питания платы напряжением 5В (иногда 3,3В). Таке этот вывод моно использовать для подачу "наружу" опорного напряжение для цифровых входов.
RAW — вывод используется, если у нас нет стабилизированного напряжения 5В, но есть постоянное в диапазоне от 7 до 12В. Иногда указывают максимальное значение 30В — т.е. то напряжение которое микросхема питания может выдержать непродолжительное время не перегреваясь.
Помним, что в автомобиле диапазон напряжений от 12 до 15,5В, поэтому подключать RAW к "+" авто напрямую нельзя и нужно собрать схему по питанию следующего вида:
В принципе, заменив микросхему 7812 на 7805, можно питать Pro Mini и через вывод VCC
TXD и RXD — выводы UART/USART — www.drive2.ru/b/2602560/
RST — он же RESET — в мануале написано насчет него написано следующее "низкий уровень сигнала на выводе перезагружает микроконтроллер. Обычно применяется для подключения кнопки перезагрузки на плате расширения, закрывающей доступ к кнопке на самой плате Arduino". На деле это означает что когда этот вывод подключается к земле, происходит перезапуск (сброс) Arduino Pro Mini.
Выводы обозначенные на плате цифрами с 2 до 13 — цифровые выводы (Обязательно читаем — www.drive2.ru/b/2528993/), могут настраиваться как вход или выход. Выводы работают при напряжении 3,3 В. Каждый вывод имеет нагрузочный резистор (стандартно отключен) 20-50 кОм и может пропускать до 40 мА. Они могут выводить значения только высокого (3,3В или 5В в зависимости от версии) или низкого (0В) уровня. Некоторое из них обозначенные на схеме выше как PWM могут выводить ШИМ сигнал (www.drive2.ru/b/2558797/) с разрешением 8 бит (от 0 до 255)
Выводы А0-А7 — аналоговые входы с 10 битным АЦП (www.drive2.ru/b/2558839/). В зависимости от исполнения платы их может быть от 4 до 8. Эти выводы могут также работать как цифровые.
DTR (Data Terminal Ready) — Готовность приемника данных.
Некоторые из описанных выводов могут выполнять намного больше функций, что видно из схемы, но об этом мы поговорим позже, по мере того как будем использовать эти функции.
Схема подключения достаточно простая и ошибиться достаточно сложно
После подключения у меня получилось так
Можно выпаять гребенку на конвертере и припаяться проводами непосредственно к плате — это позволит отказаться от одного из разьемных соединений и защитить конвертер, одев на него термоусадку.
Как видно используется только по 4 провода — это связано с тем, что у меня на обоих конвертерах нет вывода DTR
Что такое DTR и что делать если его нет?
Данный вывод предназначен для того, чтобы USB-serial контроллер Arduino перезагружал МК каждый раз, когда терминальная программа (в т.ч. Serial monitor, встроенный в ПО Arduino IDE) устанавливает соединение. Реализовано это следующим образом: у USB-serial контроллера вывод DTR (Data Terminal Ready) связан с выводом RESET. Если программа, работающая с виртуальным последовательным портом, использует DTR, то при установке соединения МК перезагружается.
Само по себе это обеспечивает беспроблемную загрузку скетча из Arduino IDE — МК перезагружается перед загрузкой кода. В этом смысле автоматическая перезагрузка облегчает жизнь. Кроме того, перезагрузка при подключении терминала тоже может оказаться удобной, т.к. довольно много скетчей выводят какую-то полезную информацию через последовательный порт, при этом скетч выполняется сразу после загрузки в МК, когда терминал еще не подключен (т.к. недавно порт был занят), так что увидеть вывод скетча в первые секунды его работы было бы нельзя. Перезагрузка в момент подключения терминала позволяет получить весь вывод, начиная с момента загрузки МК.
В случае, если этот вывод отсутствует, то у нас есть 3 варианта
1) Купить другой конвертер 🙂
2) Распаять вывод самому. (Как это сделать написано здесь — new-tech.in.ua/tips/109-usb-uart-converter)
3) Отправлять на перезагрузку вручную при помощи кнопки RESET расположенной на плате — об этом ниже.
Подключаем плату к компьютеру
Я не буду рассказывать как устанавливать драйвера конвертера и Arduino IDE — все достаточно стандартно.
Если все сделали правильно, то при подключении конвертера в системе появится виртуальный СОМ — порт. Это легко увидеть:
На правой картинке появляется дополнительный порт СОМ10 (у вас номер может быть другим) — его нужно выбрать, клацнув по нему мышкой.
Далее проверяем правильность указания платы, программатора — все должно быть как на картинке выше.
Указываем микроконтроллер 168 или 328, 5В или 3,3В
Почувствуем себя программистами
Попробуем залить простейшую программу. Для этого воспользуемся библиотекой примеров и тем, что у нас на самой плате на 13 выводе припаян светодиод. Скорее всего программа мигания этим светодиодом будет загружена в качестве тестовой, но мы все равно загрузим свою :). Находится этот пример тут:
//Процедура инициализации
void setup() <
// инициализируем вывод 13 на вывод.
pinMode(13, OUTPUT);
>
// Основное тело программы
void loop() <
digitalWrite(13, HIGH); // включаем светодиод (Подаем сигнал высокого уровня на вывод 13)
delay(500); // ждем 500 милисекунд (в стандартном примере 1000, что означает одну секунду)
digitalWrite(13, LOW); // выключаем светодиод (Подаем сигнал низкого уровня на вывод 13)
delay(500); // ждем 500 милисекунд после чего идем опять в начало основной программы
>
Данная программа будет выполняться по кругу пока включен микроконтроллер.
Тут все просто — нажимаем на кнопочку "вгрузить"
Если вывод DTR не подключен, то нажимаем на плате кнопку RESET и не отпускаем пока внизу окна Arduino IDE не появится надпись "вгружаем" — этот момент важно не пропустить, иначе микроконтроллер не будет своевременно перезагружен и заливка программы не состоится. Если DTR подключен, то просто ждем
Загрузить прошивку на этот микроконтроллер можно несколькими способами:
- Через другую плату ардуино, у которой есть встроенный USB-UART
- С помощью специального программатора
- Используя USBasp-программатор
Последние два способа очень похожи. Они отличаются лишь типом программатора. Поэтому в этой статье мы рассмотрим только прошивку с помощью другой Arduino и с помощью специального программатора.
Прошивка ардуино про мини с помощью Arduino Uno или Nano
Для того что бы прошить одну ардуинку через другую, нам понадобятся 2 платы Arduino, соединительные провода, USB кабель и компьютер. Я покажу как прошить Arduino Pro Mini с помощью Arduino Nano, но по этой же инструкции можно использовать и другие платы Arduino, такие как Uno, Mega и тд.
Для начала надо настроить нашу плату, которая будет выступать в роли программатора. Для этого подключим ее к USB компьютера и перейдем в Arduino IDE. В примерах уже есть готовый скетч, написанный специально для этой цели.
Выбираем этот скетч и прошиваем. Теперь мы готовы подключать Arduino Pro Mini. Подключаем следующим образом:
Arduino Nano -> Arduino Pro Mini
У меня это выглядит так:
Далее нам нужно выставить в меню «Инструменты» нашу прошиваемую плату и тип программатора «Arduino as ISP»:
Теперь мы можем прошить нашу Arduino Pro Mini. Откройте или напишите нужную вам прошивку. Будьте внимательны! Стандартная кнопка загрузки скетча нам не подходит. По умолчанию она заливает прошивку без использования программатора. Таким образом мы прошьем микроконтроллер, который должен выступать в качестве программатора. Чтобы этого не произошло нужно перейти в меню Скетч >> Загрузить через программатор.
Прошивка Arduino Pro Mini с помощью специального программатора
Купить специальный программатор можно здесь. Стоит он меньше одного доллара. Если вы часто используете ардуино про мини, то этот программатор сильно упростит и ускорит прошивку.
Для преобразования USB-to-Serial используется микросхема CH340. Что бы она определялась компьютером правильно необходимо установить специальный драйвер. Скачать и установить драйвер CH340
Прошить ардуино с помощью программатора очень просто. Нужно подключить программатор к Arduino Pro Mini следующим образом:
Подключаем программатор к компьютеру и проверяем, что он не требует драйверов. Если же он определяется как «неопознанное устройство» скачайте и установите драйвер. Его легко найти, набрав в поисковике «*модель вашего программатора* драйвер». Например «CP2102 драйвер». Далее запускаем Arduino IDE. Выбираете модель вашей платы. Потом переходим в меню Инструменты -> Программатор и выбираете ваш программатор. Далее открываете нужный вам скетч и загружаете его с помощью пункта в меню Скетч -> Загрузить через программатор.
Если ваш программатор не поддерживает программный сброс, то вам придется вручную нажать кнопку перезагрузки на вашей Arduino Pro Mini в момент компиляции скетча. Это нужно сделать сразу как только в Arduino IDE появится строка, что скетч скомпилирован.
Вот и все. Мы успешно прошили Arduino Pro Mini с помощью программатора.
Вы скачали драйвер, установили, но ардуино все равно не шьется. Проблема может быть как и с завода, так и по вине пользователя, это не суть важно. Что делаем. Переходим ко второму способу.
Но на всякий прикрепляю дрова для CP2102
Программатор требует установки драйверов, проблем с этим не у меня, не у других замечено не было, просто ставьте драйвер на CP2102, либо тот, который предлагает производитель.
Это обычный USBasp, самый распространённый программатор AVR микроконтроллеров. Стоит на али те же копейки.
Программатор имеет стандартный 10-ти контактный разъем, однако в комплекте можно купить переходник на 6-ти контактный. Его конечно можно изготовить и самому или подключить просто проводами, однако так значительно проще и удобнее.
Прошивка осуществляется не стандартным способом. Для начала идем в Инструменты>Программатор>USBasp
Далее Скетч/Загрузить через программатор.
Как и говорил, тут я описываю проблемы, с которыми столкнулся я. Этот программатор так же требует драйверов. Найти их не сложно. Однако связываясь с китайцами с целью экономии, нужно быть готовым к неожиданным поворотам. Лично я, при работе с этим программатором, столкнулся со следующей проблемой, которую когда-то описывал на радиокоте:
Над решением беды бился долго, и нашел лишь на забугорных форумах. И так:
1)По следующей ссылке скачиваем архив LibUSB-64bit.zip
2)Подключаем программатор к USB порту.
3)Распаковываем архив и переходим по пути куда распаковалиLibUSB-64bitlibusb-win32-bin-1.2.1.0inx86
4) Запускаем inf-wizard.exe
5)Жмем Next
6)Выбираем USBasp и жмем Next
7)Следующие поля заполняем таким образом:
vendor >product >mi (hex format) = оставить пустым
manufacturer name = VOTI
device name = USBasp
8 )Сохраняем сгенерированный файл по пути:
LibUSB-64bitlibusb-win32-bin-1.2.1.0inamd64 — если у вас 64-х разрядная система или
LibUSB-64bitlibusb-win32-bin-1.2.1.0inx86 — если 32-х разрядная
9)Жмем install now
10) Система уведомит, что драйвер не из проверенных источников. Жмем "Все равно установить"
11)Начнется установка драйвера. В процессе установки услышим звук отключения и подключения USB устройства. По окончанию установки жмем ОК.
Ещё несколько советов
Если на выводах RX и TX висит какое-то исполняющее устройство — ардуинка не прошьется. Сначала прошивайте, потом подключайте на эти выводы необходимое устройство.
На этом все, Надеюсь информация будет кому-то полезна.
Всем удачи в творчестве!