Arduino-DIYマイクロコントローラデバイスの紹介

最近は何でもコンピュータに変えることができます。キーパッド付きのLEDまたはLCDが表示された場合、おそらく誰かがそのデバイスの中にラップトップを入れます。これらのものの中には、マイクロコントローラと呼ばれる6台、7台以上の小型コンピュータが含まれているものもあります。その中で、アルドゥイノが最も人気があります。内蔵のコンピュータを使用して電子機器を作成するビジョンがある場合は、そのデバイスが何であるか、どのように機能するかを理解する必要があります。そうして初めて、PCBショップからいくつかのキットを購入してプロジェクトを開始することができます。あなたはArduinoが最近コンピュータに何かを回すことができます。キーパッド付きのLEDまたはLCDが表示された場合、おそらく誰かがそのデバイスの中にラップトップを入れます。これらのものの中には、マイクロコントローラと呼ばれる6台、7台以上の小型コンピュータが含まれているものもあります。

その中で、アルドゥイノが最も人気があります。内蔵のコンピュータを使用して電子機器を作成するビジョンがある場合は、そのデバイスが何であるか、どのように機能するかを理解する必要があります。

そうして初めて、PCBショップからいくつかのキットを購入してプロジェクトを開始することができます。

アルドゥイノとは何ですか?

これらの小型マイクロコントローラコンピュータは、通常、組み込みコントローラまたはマイクロコントローラユニット(MCU)と呼ばれます。彼らはあなたがコンピュータに入ると想像できるすべてを持つ完全なコンピュータシステムです。すべてのプログラム、一時的なRAMストレージ、永久ストレージシステム、周辺機器やアクセサリ用のポートを実行するための中央処理装置を備えています。

マイクロコントローラは、いくつかの特定のタスクを実行するように構築され、設計された、単なる個々の目的のコンピュータです。ほとんどの場合、これらのデバイスは、一部のROMに保存された単一のプログラムのみを実行します。ただし、外部ストレージをそれらにアタッチすることもできます。いずれにせよ、それらは低電力デバイスと見なされ、これが彼らの魅力です。あなたは完全に電池で1つを実行することができます。

Arduinoはマイクロコントローラのオープンソースバージョンです。これは、独自のデバイスを設計し、構築するために使用できるハードウェア開発ボードとして提供されます。ティンカー、愛好家、メーカーに最適なArduinoは、特定のタイプのボードデザインと、それらを製造する会社とそれらを使用する開発者のコミュニティの両方を指します。このため、ほぼすべての電子機器やPCB部品のショップやカタログで見つけることができます。

プラットフォームは、物理プログラマブル回路基板、マイクロコントローラ自体、およびデバイスが実行するプログラムを作成するために使用するソフトウェアまたはIDE(統合開発環境)として提供されます。新しい開発者の間で人気のあるArduinosは、別のプログラマデバイスを必要としないため、市場に出している他のマイクロコントローラキットよりもはるかにユーザーフレンドリーです。C++ プログラミング言語の簡略化されたバージョンを使用して、プログラミングも簡単で簡単に行えます。

1.1 アルドゥイノを構成するものは何ですか?

Microcontrollerキットとして、Arduinosボードには、単一のプリント基板(PCB)にあらかじめインストールされたコンポーネントとインターフェイスがいくつか付属しています。これらのコンポーネントは、マイクロコントローラをより使いやすくする標準フォームファクタを設定します。

基本コンポーネント

デザインは長年にわたって変更されていますが、基本的なArduinosキットには以下のコンポーネントが付属しています。

ピンコネクタ

特定のパターンに配置されたこれらのピンは、MCUをカスタムデバイスの他のボード缶のパーツに接続することができます。彼らはまた、あなたのデバイスに「シールド」と呼ばれる娘のアドオンボードを取り付けることができます。ピンには次の 2 種類があります。

デジタル: シングルステート入出力 (I/O) コネクタをオンまたはオフに設定できます。ほとんどのArduinosには14のデジタルピンがあります

アナログ – 値の範囲を読み取ることができるマルチステートコネクタ。あなたはよりきめ細かい制御のためにそれらを使用することができます。通常、そのうちの6つがあります。

グランド – GND とラベル付けされたこれらの 3 つのピンは、デバイスを接地することができます。

電源 – 4 つの 5 ボルトピンと 5 本の 3 ボルトピンは、アドオンやその他のアタッチメントに電源信号を提供します。

パルス幅変調(PWM) – デジタルピンの8本がPWMコネクタとして倍増します。彼らは、LEDを調光などのアプリケーションのためのアナログ出力信号をシミュレートすることができます

アナログリファレンス(AREF) – 外部電圧の調整に使用されることがありますが、これらのピンはめったに使用されません。

電源コネクタ

このコネクタは、デバイスに電力を供給し、LED、センサーなどのコンポーネントの低電圧電力を作成します。ACアダプタまたは小型バッテリでコネクタを使用できます。

メインプロセッサ

マイクロコントローラのCPUはプラットフォームの心臓部です。Arduinoは、コマンドを実行し、さまざまな入力や実行中のプログラムに基づいて意思決定を行うことができます。正確なチットはArduinosタイプによって異なりますが、ほとんどのキットはAtmelチップセットにさまざまなオンボードメモリを供給します。一般的なプロセッサモデルには、次のものがあります。

ATmega8

ATmega168

ATmega328

ATmega1280

ATmega2560

シリアルコネクタ

ほとんどのArduinoボードには、新しいプログラムをロードするためにMCUをコンピュータに接続できる標準のUSBポートが付属しています。一部のボードでは、USBポートも電源コネクタとして兼ねています。

リセットボタン

Arduinoボードにはリセットボタンも含まれています。ボタンを押すと、リセットピンがトリガーされます。現在実行中のコードを再起動しますが、何かをテストしたいが、プログラムに再起動機能がない場合に最適です。

電源LEDインジケータ

Arduino MCUs の一部には、ユニットがオンになっているかどうかを示す電源 LED が付属しています。一般に、ユニットを電源に接続すると LED が点灯します。このライトが点灯しない場合は、何かが間違っている可能性が高いです。

信号の送受信 LED

TX(送信)およびRX(受信)としてラベルを付け、これらのLEDはシリアル通信活動を示します。ユニットがデータを受信または送信する際に、微妙な視覚的手がかりを提供します。

電圧レギュレータ

ユーザーがプログラムできないが、Arduinoボードには電圧レギュレータが付属しています。レギュレータは、ボードを通過する電圧の量を制御します。もちろん限界がありますが、ほとんどのプロジェクトには20ボルト以上の電圧はありません。

1.2 Arduino アドオンとアクセサリ

上記のコンポーネントにはArduino MCUsがすべて付属していますが、プラットフォームで使用できる電子部品は唯一ではありません。ボードは、すべてのIEEEおよびISO規格に準拠しています。だから、あなたのArduinoプロジェクトを便利にするために、任意の既製の部品を使用することができます。しかし、Arduinos プラットフォーム仕様では、プラットフォームに準拠したアドオンが必要です。このため、ほとんどのArduinosサプライヤーは、いくつかのArduinoセンサーとシールドを運びます。彼らなしではArduinoプロジェクトも完了しません。

センサー

Arduinos を制御し、一連のセンサーと対話するコードを少し使用できます。

Arduino ベンダーの多くは、測定用のセンサーを提供しています。

光
温度
フレックスの度合い
圧力
間近
加速度
一酸化炭素
放射能
湿度
気圧

アルドゥイノブレッドボード

プロジェクトのはんだ付けのないブレッドボードも手に入れることができます。このボードを使用すると、コンポーネントを基板に恒久的に半田付けすることなく、回路の設計とレイアウトをプロトタイプ化して実験することができます。レイアウトやデザインのアイデアを試してテストできます。ブレッドボードには電源アダプタがありません。したがって、ジャンパーワイヤーを使用してメインボードを通して電力を供給する必要があります。

盾

アルドゥイノパズルの最後のピースはアルドゥイノの盾です。これらの事前に構築された娘のボードは、追加の機能を提供するために、メインのArduinoボードの上に収まります。

一般的なシールド機能には、次のようなものがあります。

制御モータ

インターネット接続

モバイルおよびセルラーネットワークと通信

液晶画面コントローラ

Arduinoの開発者は、公式のArduino統合開発環境(IDE)を使用して、Arduinoプログラムを作成しました。オープンソースの Java ベースの IDE は、Windows、Mac、および Linux を実行しているすべてのプラットフォームで動作します。デバイスにアップロードする前に、プロセッシングプログラミング言語で記述されたコードを書き、テストするためのユニークな環境を提供します。

アルドゥイノ・ウノ – 最も人気のあるアルドゥイノ

2つのプロジェクトが似たわけではないため、ArduinoグループはいくつかのArduinoボードタイプの仕様をリリースしました。これらのボードタイプの中で最も人気のあるの一つは、アルドゥイノウノです。

初心者のための優れた選択肢として、$ 22 Arduino Uno MCUは裸骨ボードです。必須コンポーネントのみが付属していますが、プロジェクトを自分の方法で設計できます。25グラムで、この68.5の53.4ミリメートルのPCBはエンクロージャ内に収まるほど軽い。

現在のバージョン、アルドゥイノウノR3は、付属しています:

ATmega328Pマイクロプロセッサ
14デジタル入出力ピン
6 PWM アウト
内蔵 LED (ピン 13 に接続)
5ボルト、3.3ボルト、グランドピン電圧
6 つのアナログピン
USB ポート
パワージャック
リセットボタン
5ボルトの動作電圧
32 KB のフラッシュメモリ
2 KB のスRAMと 1 KB EEPROM

宇野は最初のArduinoボードではないかもしれませんが、それははるかに積極的に使用されています。また、インターネット全体のプロジェクトチュートリアルやフォーラムのトンと同様に、最も文書化されたフォームファクター。

アルドゥイノメガ – BIGプロジェクトのためのMCU

事実上、1つの中に4つの宇野MCU、Arduinoメガはあなたの大規模なプロジェクトのためのボードです。Atmel ATmega2560チップを搭載したメガは、電源とコンピュータとのインターフェース用の別のUSBポートを備えた4つのシリアルポートをテーブルに持ち込みます。それも余分なUSBポートのための専用のATmega16U2プロセッサを誇っています。バッテリーを使用してMCUに電源を供給することもできます。

メガは持っています:

54 PWM 互換のピンを備えたデジタル入出力 (I/O) ピン

16のアナログIOピン

USB ポート

パワージャック

リセットボタン

メガのピンの数が多いのがボードになります。多くのデジタル I/O 接続、LED、またはボタンを必要とするプロジェクトで使用できます。

メガMCUの電力の残りの部分は、そのプロセッサから来ています。ATmega2560マイクロプロセッサは、あなたがそれに投げることができることを何でもすることができます。16 MHz クロッキング速度、256 KB のフラッシュ、8 KB の SRAM、および 4 KB の EEPROM を搭載しています。このすべては、3Dプリンタやロボット工学のためのゴーツーボードとしてArduinoメガを作ります。

Arduino ESP8266 は、プロジェクトをワイヤレスにします。

Arduinoボードには、ボード自体にワイヤレスネットワーキングが付属していません。利用可能なシールドでも見つけられないでしょう。プロジェクトをワイヤレスにしたい場合は、Arduino ESP8266 Wi-Fiモジュールが必要です。

新しいモジュールが存在する一方で、ESP2866はオリジナルです。スタンドアロンの MCU として機能するようには設計されていないかもしれませんが、今日のモバイル市場ではプロジェクトに必要です。

しかし、それはいくつかのまともなワイヤレス接続を提供しています。ボードには、電源、グランド、送信、受信ピンが付属しており、これらの機能をメインのArduinoに接続し、オンオフの「チップ制御パワーダウン」(CH_PD)ピンが付属しています。また、リセットと 2 つの GPIO データピンがあります。

1つの欠点があります。ESP8266には5ボルトの電力信号が必要です。それはArduino標準3.5ボルトでは動作しません。

アルドゥイノPWMサブシステムとフレームワーク

5.1 アルドゥイノPWM

パルス幅変調(PWM)は、周波数と振幅の変化を伴う方形波信号を使用してアナログ信号をシミュレートする方法です。Arduinoプラットフォームは、これらの信号を使用して、デジタル出力でアナログ回路を調整します。

Arduino PWM プラットフォームは、ハードウェアの別の部分ではありません。すべてのArduinoボードには、システムコールが内蔵されています。それらを使用するプログラムを作成する必要があります。このコマンドは、互換性のあるピンを通して方波を作成します。

5.2 小型デバイスやプロジェクトに最適

Arduinoプラットフォームの最小バージョンとして、Arduinoナノは、

ナノには以下が付属しています:

14 個のデジタル I/O ピン(6 PWN 互換ピン付き)
8 つのアナログピン
5ボルトの動作電圧
リセットボタン
USB ポート
シリアルポート
32kbフラッシュメモリ
8 kb SRAM
1 kb EEPROM
そのサイズにもかかわらず、ナノは次のプロジェクトの種類で優れた作品:
組み込みシステム
オートメーション
ロボティックス
制御システム
計装

なぜラズベリーパイの上にArduinoを選択しますか?

Arduinoプラットフォームは、市場で唯一のMCUではありません。他のMCUsの多くは、同じ機能を提供しています Arduino, ラズベリーパイを含みます.しかし、PIはArduinoとは非常に異なる製品です。

1つには、ラズベリーPIは完全なコンピュータです。アルドゥイノはそうではない。マイクロコンピュータは、コンピュータを構成する1つの小さなコンポーネントに過ぎません。このため、Arduino プラットフォームは PI が提供する必要があるものの小さなサブセットのみを提供します。たとえば、本格的なコンピュータオペレーティングシステムではなく、小さなアプリケーションを実行できます。

6.1 アルドゥイノの強みと弱み

だからといってArduinoが役に立たないわけではありません。完全なコンピュータを必要としないエレクトロニクスプロジェクトに最適です。コンポーネントやセンサーに直接接続し、セットアップがほとんどまたはまったく行われずにすべてがそのまま使用できます。

ArduinoはArduinoファームウェアの仕組みのためにこれを行うことができます。ファームウェアはArduinoのボードラインを実行するコアソフトウェアです。また、USB経由でコンピュータと通信して、すべてのプログラム可能な機能にアクセスできます。ファームウェアはいつでも交換できますが、決してファームウェアを交換する必要はありません。再起動する必要はありません。コードをアップロードすると、すぐにどこでも実行できます。アプリケーションを選択するためのキーボード、ディスプレイ、または手段は必要ありません。ボードは、あなたがそれを与える1つの仕事をします。

6.2 ラズベリーパイは完全なコンピュータです

対照的に、ラズベリーパイは完全に機能するコンピュータです。オペレーティングシステムを実行する必要があり、動作を維持するには再起動が必要です。ボードには内部ストレージもありません。実行するプログラムを保存するには、外部の micro-SD ケアを提供する必要があります。しかし、それは内蔵のイーサネットを持っているので、カードを取り外すことなくソフトウェアを更新することができます。

Piは、メモリとHDMIグラフィックスプロセッサを搭載したBroadcom Arm-v6 CPUで動作します。ボードは、キーボードとマウスで優れた動作をし、Linuxのバリアントをロードし、誰もあなたがすべてを駆動するために、このような小さなマシンを使用したことを知ることができないようにそれを持っている。それがそれがいかに強力であるかです。完全なユーザーの対話性とすべての処理能力を必要とするプロジェクトに最適なプラットフォームです。

しかし、このパワーはPiを小さなプロジェクトに適さないものにします。たとえば、ARDuino ボードに LED を接続して、8 行のコードのみで点灯する必要があります。Piは、あなたのコードに加えて、あなたのコードに加えて余分なライブラリを必要とします、そしてそれはあなたがすでにボードにインストールされているオペレーティングシステムを持っている場合です。

それはあなたがプロジェクトの同じタイプのためにラズベリーパイとArduinoを使用することはできませんという意味ではありません。Pi に Arduino と同じ機能を提供するフレームワークライブラリをインストールできます。プロジェクトで Pi を使用するには、より多くの時間と労力が必要です。

Arduinoはまた、開発者のより大きなコミュニティを持っています。エレクトロニクスプロジェクトの最も人気のあるプラットフォームとして、Arduinoはあなたが始めるのを助けるために初心者のための多くのチュートリアルを持っています。

いずれにせよ、あなたはこれらの2つのボードの間で選択する必要はありません。彼らは一緒に素晴らしい仕事をします。右の添付ファイルを使用すると、Arduinoは、お互いの機能への両方のカードアクセスを与え、あなたのラズベリーパイのための娘の延長ボードになることができます。

結論

Arduinosは、日曜大工のエレクトロニクスプロジェクト専用のマイクロコントローラプラットフォーム設計のファミリーです。これらの使い捨て用ボードには、プロジェクトを自動化するために必要なものがすべて付属しています。コンピュータに接続し、コードを作成して実行する必要があります。それは残りの部分を行います。

プロジェクトのコンポーネントを入手するには、すぐにお問い合わせください。アウトの代表者はArduinoを理解し、どのボードとアドオンがあなたに適しているか決定するのに役立ちます。私たちは、あなたが次のレベルにあなたのデバイスをもたらすためにラズベリーパイにあなたのArduinoをフックするために必要な部分を得るのを助けることさえできます。