Arduino UNO - co warto wiedzieć?

Arduino UNO to obecnie najpopularniejsza płytka do nauki elektroniki i programowania, która posiada 14 uniwersalnych pinów GPIO (wejść/wyjść) i 6 wejść analogowych. Dzięki temu modułowi praktycznie każdy może zacząć budować ciekawe, programowalne urządzenia elektroniczne.

Arduino UNO - co to jest?

Arduino UNO jest najpopularniejszym zestawem do nauki elektroniki i programowania z serii Arduino. Głównym założeniem autorów było udostępnienie małego i taniego zestawu uruchomieniowego, który na swoim pokładzie będzie zawierał niezbędne minimum do nauki programowania. Płytka ta powstała jako pomoc dydaktyczna dla włoskich studentów, szybko stała się jednak międzynarodowym hitem, który używany jest obecnie przez miliony osób z całego świata.

To własnie taka płytka jest bohaterem naszego darmowego kursu Arduino, dzięki któremu każdy może poznać podstawy programowania i tworzenia ciekawych projektów elektronicznych.

Arduino UNO R3

Pełna nazwa najnowszej wersji tej płytki to Arduino UNO R3, ostatni człon oznacza trzecią rewizję, czyli wersję płytki. Człon "R3" jest jednak przeważnie pomijamy, bo nie są dostępne żadne inne wersje.

Na płytce znajdziemy 8-bitowy mikrokontroler AVR ATmega328P, którego piny (w większości) zostały wyprowadzone na, charakterystyczne dla Arduino, złącza dla shieldów, czyli nakładek rozszerzających możliwości płytki. Na płytce znajduje się również drugi mikrokontroler (ATmega16U2), który pozwala na komunikację z komputerem PC oraz na wgrywanie programów.

Płytka Arduino UNO

Dzięki zastosowaniu 8-bitowego mikrokontrolera AVR, Arduino UNO jest stosunkowo tanie i proste w obsłudze. Zaś dzięki dedykowanemu środowisku – Arduino IDE oraz licznym bibliotekom i przykładom, możliwe jest szybkie uruchomienie różnych urządzeń peryferyjnych (np. wyświetlaczy i czujników).

Arduino UNO klon - o co z tym chodzi?

Arduino UNO jest całkowicie otwartą platformą. Oznacza to, że każdy ma wgląd w warstwę sprzętową, jak i programistyczną. W teorii miało to sprawić, że każdy elektronik będzie mógł zbudować swoją wersję płytki lub rozwijać we własnym zakresie kompatybilny projekt. Więcej informacji na ten temat znaleźć można w serii artykułów, które dokładnie opisują budowę i sposób działania tej płytki:

Arduino, co w środku piszczy – #1 – schemat

Wakacyjny upał ma czasem swoje zalety. Mając dosyć urlopu można poświęcić chwilę lub dwie na hobby, a nawet napisać mały…... Czytaj dalej »

W praktyce okazało się, że na otwartości projektu zyskały głównie chińskie firmy, które zaczęły na masową skalę tworzyć płytki przypominające oryginalne Arduino UNO (zdarzały się nawet identyczne kopie - łącznie z informacją o "produkcji we Włoszech"). Firmy te nie ponoszą kosztów związanych z rozwijaniem ekosystemu Arduino, nie wspierają prac nad rozwojem platformy i nie badają płytek pod kątem niezbędnych norm.

Oprócz tego stosują one "sztuczki", które pozwalają obniżyć cenę modułów - np. korzystają z tańszych komponentów, nie testują wykonanych płytek lub rezygnują z umieszczania na płytce drugiego mikrokontrolera. Zmiany te sprawiają, że niektórzy początkujący napotykają wiele problemów zanim uda im się wgrać pierwszy program.

Sprzedaż takich kopii (jeśli nie mają logotypu Arduino) jest całkowicie legalna - w końcu projekt jest otwarty. Warto jednak pamiętać, że wybór tańszego klona może powodować pewne trudności. Dlatego jeśli jest tylko taka możliwość to warto (przynajmniej na początku) kupować oryginalne płytki Arduino.

Specyfikacja płytki Arduino UNO R3

• Zasilanie:
  • złącze koncentryczne 5,5/2,1 mm – napięcie od 7 – 12 V,
  • złącze USB typu B – napięcie 5V.
• Mikrokontroler: ATmega328P w obudowie DIP-28:
  • pamięć SRAM: 2 kB,
  • pamięć Flash: 32 kB (0,5 kB zarezerwowane dla bootloadera),
  • pamięć EEPROM: 1 kB,
  • częstotliwość zegara: 16 MHz.
• 20 uniwersalnych wyprowadzeń wejść/wyjść:
  • 14 cyfrowych wejść/wyjść (w tym 6 z możliwością generowania 8-bitowego sygnału PWM),
  • 6 wejść analogowych o rozdzielczości 10 bitów (mogących pełnić funkcję cyfrowych wejść/wyjść).
• Interfejsy komunikacyjne: UART, I2C, SPI.
• Zewnętrzne przerwania: 2.
• Maksymalny prąd:
  • dla wyjścia 5 V: 500 mA,
  • dla wyjścia 3,3 V: 50 mA,
  • dla poszczególnych GPIO: 20 mA.
• Rozmiary płytki: 68,6 × 53,4 mm.

Budowa Arduino UNO - co jest na płytce?

Decydując się na korzystanie z Arduino warto poznać podstawy elektroniki, dzięki którym łatwiej będzie nam zrozumieć budowę Arduino. Skrótowy opis najważniejszych elementów, które znajdziemy na PCB umieszczony został poniżej:

Opis elementów na Arduino UNO

1. Złącze USB - wykorzystywane do zasilania, programowania oraz komunikacji z komputerem
2. Koncentryczne złącze zasilania (7V - 12V)
3. Stabilizator napięcia - napięcie wejściowe ze złącza nr 2 obniżane jest do 5V dzięki temu układowi
4. Przycisk resetu - resetuje płytkę Arduino
5. Mikrokontroler odpowiedzialny za komunikację z komputerem przez USB
6. Złącze programowania do mikrokontrolera z punktu 5.
7. Złącze sygnałowe*
8. Złącze sygnałowe*
9. Dioda LED sygnalizująca podłączenie zasilania do Arduino
10. Wyjście programatora dla mikrokontrolera z punktu 13.
11. Złącze sygnałowe*
12. Złącze zasilania*
13. Serce Arduino, główny mikrokontroler AVR ATmega328
14. Diody LED sygnalizujące transmisję do/z komputera
15. Dioda LED do dyspozycji użytkownika
16. Rezonator ceramiczny taktujący mikrokontroler (punkt 13) z częstotliwością 16 MHz
17. Zworka, której przecięcie wyłącza automatyczne resetowanie Arduino.
18. Pola lutownicze z wyprowadzonymi sygnałami mikrokontrolera z punktu 5, używane ekstremalnie rzadko w bardzo specyficznych i niestandardowych sytuacjach.

*Poszczególne złącza sygnałowe zostały omówione szczegółowo podczas kolejnych ćwiczeń opisanych w poniższym, darmowym kursie podstaw Arduino:

Kurs podstaw Arduino – #0 – spis treści, wstęp

Jak najłatwiej rozpocząć przygodę z elektroniką, robotyką i budową programowalnych urządzeń?Oczywiście od Arduino! Tania, prosta platforma,... Czytaj dalej »

Zasilanie Arduino UNO

Jak zasilać Arduino UNO? Sprawa jest całkiem prosta. W większości przypadków wystarczy zasilanie z przewodu USB, który służy jednocześnie do programowania układu. Jeśli nasza płytka będzie pobierała większy prąd (lub nie możemy zasilać jej przez USB) to do dyspozycji mamy jeszcze minimum 2 opcje.

Po pierwsze, układ możemy zasilać za pomocą złącza koncentrycznego (5,5/2,1 mm), do którego podłącza się napięcie z zakresu od 7 do 12 V (optymalnie około 9 V). Po drugie, można podłączyć się bezpośrednio do pinów 5 V i GND na złączach Arduino. Trzeba jednak pamiętać, że zasilanie podane na te piny musi być odpowiednio stabilizowane (np. przez stabilizator napięcia lub przetwornicę). Jeśli w te miejsca podłączymy zbyt wysokie napięcie to od razu uszkodzimy płytkę.

Arduino UNO pinout - opis wyprowadzeń

Pinout Arduino UNO to opis wszystkich wyprowadzeń znajdujących się na płytce. Taki rysunek przyda się każdemu, kto chce podłączać do Arduino własne komponenty elektroniczne. Z takiego schematu można się dowiedzieć jaka jest lokalizacja pinów (od 0 do 13 oraz od A0 do A5) oraz jakie dodatkowe funkcje mogą one pełnić.

Pinout Arduino UNO - opis wyprowadzeń

Arduino UNO i pin mapping (mapowanie pinów)

Twórcy Arduino nadali pinom mikrokontrolera wygodne numery, które widoczne były powyżej. Jednak tak naprawdę piny AVR ATmega328P mają zupełnie inną numerację. W związku z tym osoby, które są bardziej doświadczone w programowaniu czasami potrzebują dostać się do informacji na temat tego jak naprawdę ponumerowane są piny Arduino. Tu przydaje się poniższy pin mapping Arduino UNO, czyli opis prawdziwych oznaczeń pinów.

Arduino UNO - pin mapping, czyli opis prawdziwych wyjść mikrokontrolera

Schemat Arduino UNO

Jak już zostało wspomniane, Arduino jest projektem w pełni otwartym. W związku z tym bez problemu znajdziemy schemat Arduino UNO. Wszystkie informacje są do pobrania ze strony producenta. Jest tam udostępniony schemat w formacie dla programu EAGLE oraz schemat w formie PDFa, którego podgląd widoczny jest poniżej:

Schemat płytki Arduino UNO

Bardzo dokładne omówienie powyższego schematu (wraz z opisaniem poszczególnych bloków) znaleźć można w poniższej serii artykułów opisującej budowę Arduino:

Arduino, co w środku piszczy – #1 – schemat

Wakacyjny upał ma czasem swoje zalety. Mając dosyć urlopu można poświęcić chwilę lub dwie na hobby, a nawet napisać mały…... Czytaj dalej »

Arduino UNO datasheet - dokumentacja zestawu

Nie istnieje oficjalna nota katalogowa, czyli datasheet Arduino UNO. Na szczęście w przypadku tego zestawu nie jest ona niezbędna. Działanie układu zostało opisane w książkach oraz kursie Arduino. Do tego warto pamiętać, że w dedykowanym środowisku (Arduino IDE) znaleźć można ogromną liczbę przykładowych programów, które pozwalają zrozumieć działanie poszczególnych peryferiów.

W kontekście Arduino, datasheetem może być jedynie dokumentacja głównego mikrokontrolera, czyli ATmegi328P. Plik ten ma jednak 662 strony i przyda się wyłącznie zaawansowanym osobom, które chcą skorzystać z funkcji mikrokontrolera, które nie zostały zaimplementowane w bibliotekach Arduino.

Projekty na Arduino UNO

Przy pomocy tej platformy można zrealizować mnóstwo projektów, zarówno tych prostych, jak i tych dużo bardziej zaawansowanych. Od prostych zegarków i stacji pogodowych, aż po małe roboty:

Kurs budowy robotów – #1 – wstęp, spis treści

Podczas tego kursu wracamy do korzeni Forbota, czyli do budowy robotów. Skupimy się na kilku typach konstrukcji, od których zaczyna... Czytaj dalej »

Ile osób, tyle pomysłów na wykorzystanie Arduino UNO. Na blogu regularnie publikujemy DIY bazujące na tej platformie, które naszym zdaniem są ciekawe. Przykładowe zestawienie projektów jest dostępne w serii artykuł pod tytułem: Co można zrobić z Arduino? Lista inspirujących projektów.

Co można zbudować z Arduino? Lista inspirujących projektów

Za nami tegoroczny Dzień Arduino, czyli święto tej niesamowicie popularnej platformy oraz jej fanów. Co dokładnie można stworzyć z... Czytaj dalej »

Arduino UNO - jaka cena, gdzie kupić?

Podczas zakupu Arduino UNO należy pamiętać o sytuacji z wcześniej opisanymi klonami. Decyzja co do zakupu klona lub oryginału zależy od każdego użytkownika - my rekomendujemy zakup przynajmniej jednego oficjalnego Arduino, aby wesprzeć cały projekt. W związku z tym zdecydowaliśmy się też, aby zestawy do naszego kursu Arduino były wyposażane wyłącznie w oryginalne płytki.

Oryginalne Arduino to obecnie koszt od 85 zł do 100 zł. Warto pamiętać, że wszystkie tańsze oferty dotyczą na 99,99% klonów - nawet, jeśli sprzedawcy starają się to sprytnie ukryć. Przykładowo kupując Arduino UNO na Allegro można trafić na aukcje z informacją typu płytka zgodna z Arduino UNO, a to są właśnie oferty sprzedaży klonów. Jeśli chce się zamówić oryginalne Arduino to najlepiej kierować się ceną (która nie może być podejrzanie niska) oraz listą oficjalnych dystrybutorów Arduino.