Повышение компетенции программирования микроконтроллеров при использовании отладочной платы arduino nano

Аннотация

В статье описана плата Arduino Nano. которая может применяться в учебном процессе у студентов инженерных специальностей при изучении программирования микроконтроллеров.

Использование последних достижений в области программирования микроконтроллеров, таких как платформа Arduino Nano, позволяет качественно менять образовательный процесс - делает его интенсивнее, повышает мотивацию студентов, дает возможность осуществить индивидуальный подход, что является немаловажным. А это в свою очередь позволяет повысить эффективность и качество программирования микроконтроллеров.

Arduino Nano - это Open Source платформа, т.е. платформа с открытым программным кодом. Проекты, разрабатываемые для неё, доступны в открытом доступе в сети Интернет. Любой начинающий программист Arduino может воспользоваться готовыми кодами и использовать их в своих проектах, либо модернизировать их.

На рисунке 1 показана отладочная плата Arduino Nano, которая имеет довольно скромные размеры(1,85 х 4,2 см), сравнимые с USB-флеш-накопителем.

Повышение компетенции программирования микроконтроллеров при использовании отладочной платы Arduino Nano

Платформа Arduino Nano, построенная на микроконтроллере ATmega328 (Arduino Nano 3.0) или ATmegal68 (Arduino Nano 2.x), имеет небольшие размеры и может использоваться в лабораторных работах. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 8 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи. Основные характеристики платы вынесены в таблицу 1.

Микронтроллер

ATmega328

Рабочее напряжение

Входное рекомендуемое напряжение

7-12 В

Входное предельное напряжение

6-20 В

Цифровые входы/выходы

14 (6-ШИМ)

Аналоговые входы

8

Постоянный ток через вход/выход

40 мА

Флеш-память

32 Кб

ОЗУ

2 Кб

EEPROM

1 Кб

Тактовая частота

16 МГц

Таблица 1. Основные характеристики платы Arduino Nano

Питание Arduino Nano может получать через подключение Mini-B USB (рисунок 2), или от нерегулируемого 6-20 В (вывод 30), или регулируемого 5 В (вывод 27), внешнего источника питания. Автоматически выбирается источник с самым высоким напряжением.

Микросхема FTDI FT232RL получает питание, только если сама платформа запитана от USB. Таким образом при работе от внешнего источника (не USB), будет отсутствовать напряжение 3.3 В, генерируемое микросхемой FTDI, при этом светодиоды RX и TX мигают только при наличие сигнала высокого уровня на выводах 0 и 1 [1].

Arduino Nano программируется с помощью среды Arduino, которую можно скачать с официального сайта поддержки аппартных платформ www.arduino.cc. Интерфейс программы, изображенный на рисунке 1, имеет русифицированную версию, что делает его применение очень удобным для начинающих программистов, в т.ч. для обучающихся, впервые столкнувшихся с микроконтроллерами.

Перейдя на вкладку «Инструменты» необходимо указать тип платы, с которым предстоит работать («Nano»), а также COM-порт, на котором установилась плата (можно посмотреть через диспетчер устройств).

В программу Arduino интегрировано большое количество готовых проектов, включающих как программные коды, так и схемы соединения (рисунок 3). Таким образом, можно их использовать как для отладки платы, так и для разработки различных устройств.

Повышение компетенции программирования микроконтроллеров при использовании отладочной платы Arduino Nano

Как правило, работа с любой платой Arduino, начинается с программы «Blink», находящейся во вкладке «Basics». Суть программы заключается в том, что подключенный к 13-му выводу практически любой платы Arduino, отладочный светодиод можно «заставить» мигать с определенной частотой [2, с. 36-39]. Таким образом, проверяется корректность работы платы и самого подключения между ней и последовательным портом ноутбука или персонального компьютера. Код программы для тестирования платы изображен на рисунке 4.

При помощи функциональной клавиши «Загрузить» программа записывается в микроконтроллер ATmega328, находящийся на плате. После некоторого времени, светодиод ,подключенный к 13-му выводу платы, начинает мигать с периодичностью в одну секунду.

Сам программный код на языке Arduino имеет визуально и интуитивно понятную структуру. Всего существует два основных цикла программ: цикл void setup и цикл void loop. В первом цикле устанавливаются априорные настройки, во втором рабочие настройки, чьи параметры могут меняться в процессе выполнения программы.

Платы Arduino отлично подходят для людей, впервые столкнувшихся с микроконтроллерами и их программированием. Плата Arduino Nano идеально подходит для первых шагов в этой области, т.к. обладает компактными размерами и несложной схемотехникой.

Arduino служит для решения одной сложной проблемы - как научить студентов создавать электронные устройства. Arduino гибкий инструмент для

проектирования автоматизированных и автоматических систем управления на физическом и программном уровнях.

Понимание принципов работы микроконтроллеров, является основой эффективной профессиональной деятельности специалистов данного направления. Решением данной задачи может послужить использование отладочной платы Arduino Nano в процессе обучения студентов специальности 5В071900 - радиотехника, электроника и телекоммуникации программированию микроконтроллеров.

Использование данной платы при подготовке студентов специальности 5В071900 - радиотехника, электроника и телекоммуникации позволит сформировать у студентов знания касающиеся устройства и принципов работы электронных автоматизированных систем, а также будет способствовать развитию навыков по проектированию и программированию таких систем.

 

Литература:

  1. http://arduino.ru/Hardware/ArduinoBoardNano
  2. Джереми Блум. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. - СПб.: БХВ-Петербург, 2016. - 336 с.: ил.
Год: 2016