Arduino IDE с примером простой программы. |
|
| Тип | |
|---|---|
| Разработчик |
Arduino Software |
| Написана на | |
| Операционная система | |
| Последняя версия |
1.6.7[1] (17 декабря 2015 года) |
| Лицензия | |
| Сайт |
arduino.cc |
| 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 Arduino.
Arduino может использоваться как для создания автономных объектов автоматики, так и подключаться к программному обеспечению на компьютере через стандартные проводные и беспроводные интерфейсы.
С 2008 года в компании-разработчике начался раскол, выразившийся в существовании двух независимых ветвей развития и продаж под одной торговой маркой: одна на сайте arduino.cc, другая на arduino.org. Докризисные изделия на обоих сайтах продаются под одинаковыми названиями. Набор новых изделий на сайтах различается. Также существует две ветви Arduino IDE, поддерживающие разный набор плат и библиотек. Одинаковые названия и пересекающиеся номера версий IDE вносят путаницу.
Под торговой маркой Arduino выпускается несколько плат с микроконтроллером (англ. boards) и платы расширения (так называемые шилды[2] — 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.).
Arduino и Arduino-совместимые платы спроектированы таким образом, чтобы их можно было при необходимости расширять, добавляя в устройство новые компоненты. Эти платы расширений подключаются к Arduino 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.
В концепцию Arduino 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 Arduino.[3]
Помимо стандартных конструктивов Ардуино сторонние разработчики создали множество миниатюрных клонов, сохранив только архитектурную и программную совместимость. Среди этих клонов выделяется линейка продуктов Microduino[4][5]. Линейка содержит полноценный набор конструктивно совместимых процессорных модулей, модулей связи, сенсоров и исполнительных устройств, практически не уступая ассортименту классических модулей Arduino. Как и Arduino, сборка плат производится в стопки. Линейка оформлена в двух оригинальных конструктивах:
Самый миниатюрный клон был выпущен под торговой маркой Femtoduino[6]. Его размеры всего 15*20 мм, включая разъем micro USB, стабилизатор напряжения и полный комплект ввода-вывода Arduino UNO. Той же компанией выпущен самый нафаршированный миниатюрный клон под торговой маркой IMUduino. Это клон Arduino Leonardo с поддержкой USB Host (клавиатура и мышь), Bluetooth 4 Low Energy, шестиосный гироскоп/акселерометр, трехосный магнитометр (компас), барометр. Размер устройства 16*40 мм. К сожалению, проект на данный момент не предлагает совместимых по цоколевке плат расширения.
Микроконтроллеры для Arduino отличаются наличием предварительно прошитого в них загрузчика (bootloader). С помощью этого загрузчика пользователь загружает свою программу в микроконтроллер без использования традиционных отдельных аппаратных программаторов. Загрузчик соединяется с компьютером через интерфейс USB (если он есть на плате) или с помощью отдельного переходника UART-USB. Поддержка загрузчика встроена в Arduino IDE и выполняется в один щелчок мыши.
На случай затирания загрузчика или покупки микроконтроллера без загрузчика разработчики предоставляют возможность прошить загрузчик в микроконтроллер самостоятельно. Для этого в Arduino IDE встроена поддержка нескольких популярных дешевых программаторов, а большинство плат Arduino имеет штыревой разъем для внутрисхемного программирования (ICSP для AVR, JTAG для ARM).
В Arduino IDE от компании, базирующейся на сайте arduino.cc, встроена возможность создания своих программно-аппаратных платформ. Этой возможностью пользуются сторонние компании, добавляющие в Arduino IDE свои наборы плат и компиляторов-загрузчиков к ним. Компания на сайте arduino.org не поддерживает такую возможность.
В линейке устройств Arduino в основном применяются микроконтроллеры Atmel AVR ATmega328, ATmega168, ATmega2560, ATmega32U4, ATTiny85 с частотой тактирования 16 или 8 МГц. В старых изделиях применялись ATmega8, ATmega1280 и другие.
Есть также платы на процессоре ARM Cortex M.[7]
Сторонние разработчики портировали в Arduino поддержку популярного Wi-Fi микроконтроллера здесь, пример работы здесь.
В рамках сотрудничества со сторонними производителями в Arduino IDE была включена поддержка некоторых аппаратных средств Intel x86. Intel Galileo (процессор Intel Quark X1000 400 МГц), Intel Edison и Arduino 101[8] — Arduino-совместимые платы на Intel x86 архитектуре. Платы механически и электрически совместимы с периферийными платами Ардуино. Платы функционируют под собственной ОС Linux, поверх которой работает приложение, позволяющее загружать и исполнять скетчи Arduino.[9]
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[10]:
Сторонние производители выпускают широкую гамму датчиков и исполнительных устройств, подключаемых к Arduino. Например, гироскопы, компасы, манометры, гигрометры, термометры, релейные модули, индикаторы, клавиатуры и т. п.
См. также Список Arduino-совместимых плат.
Некоторые модели микроконтроллерных плат:[14]
| Arduino | МК | 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 |
Программирование ведется целиком через собственную программную оболочку (IDE), бесплатно доступную на сайте Arduino. 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 Arduino является стандартным C++ (используется компилятор AVR-GCC) с некоторыми особенностями, облегчающими новичкам написание первой работающей программы.
main() препроцессор Arduino создает сам, вставляя туда необходимые «черновые» действия.setup() и loop(). Первая вызывается однократно при старте, вторая выполняется в бесконечном цикле.Простейшая Arduino-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 с периодом 2 секунды:
#define LED_PIN 13 //Связывание 13-го выхода платы с переменной LED_PIN
void setup () {
pinMode (LED_PIN, OUTPUT); // Назначение переменной LED_PIN и 13-го выхода на вывод
}
void loop () {
digitalWrite (LED_PIN, HIGH); // Включение светодиода, параметр вызова функции digitalWrite HIGH - признак высокого логического уровня
delay (1000); // Цикл задержки на 1000 мс - 1 секунду
digitalWrite (LED_PIN, LOW); // Выключение светодиода, параметр вызова LOW - признак низкого логического уровня
delay (1000); // Цикл задержки на 1 секунду
}
Все используемые в примере функции являются библиотечными. В комплекте Arduino IDE имеется множество примеров программ. Существует перевод документации по Arduino на русский язык[15][16].
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.
Помимо существования двух независимых ветвей оригинальной Arduino IDE (одна на arduino.cc, другая на arduino.org) разработчик может воспользоваться инструментарием, созданным сторонними производителями:
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.[14] Исходный код для интегрированной среды разработки и библиотек опубликован и доступен под лицензией GPLv2.[18]
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.[19]
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).
С 2008 года в компании начался раскол. Джанлука Мартино зарегистрировал другую фирму, на которую сумел оформить авторские права на торговую марку Arduino в некоторых странах. Новая компания создала альтернативную ветвь продаж оригинальных продуктов Ардуино на сайте arduino.org. Первоначальная компания контролирует продажи через сайт arduino.cc.[20][21][22] Набор новых изделий на сайтах различается. Также существует две ветви Arduino IDE, поддерживающие разный набор плат и библиотек. Одинаковые названия и пересекающиеся номера версий IDE вносят путаницу.
Проект Arduino был удостоен почётного упоминания при вручении призов Prix Ars Electronica 2006 в категории Digital Communities.[23][24]
|
||||||||||||||||||||||||
Microduino.
