Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование микропроцессорных систем. Учебное пособие
.pdf
Платформа состоит из аппаратной и программной частей; обе
чрезвычайно гибки в использовании. Для программирования используется
упрощённая версия C++, известная так же как Wiring. Разработку можно вести
как с использованием бесплатной среды Arduino IDE, так и с помощью
произвольного C/C++ инструментария. Поддерживаются операционные
системы Windows, MacOS X и Linux.
Для осуществления процесса программирования и общения с
компьютером используют USB-порт. В случае необходимости работы
устройства без персонального компьютера, необходимо обеспечить
электропитание на 7,5—12 В.
Все подключения платы можно осуществить через разъемы. Светодиод
"PWR" включения питания сигнализирует, что на плату микроконтроллера
подается электропитание. Светодиод на плате, который постоянно подключен к
цифровому выводу 13 платы Arduino, обозначен символом "L". Провода и
комплектующие изделия можно непосредственно вставлять в разъемы.
Светодиоды с обозначением "ТХ" и "RX" показывают трафик
последовательного интерфейса [12].
В процессе обмена данными через UART-интерфейс светодиоды
ритмично мигают. Структурная схема платформы представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Структурная схема платформы Arduino
21
Микроконтроллеры ATmega изготовлены по гарвардской архитектуре
(программа и данные находятся в разных адресных пространствах) и систему
команд, близкую виду RISC. Основные элементы, применяемые на платформе
составлены в таблице 11.
Таблица 11 – Описание основных элементов платы Arduino
22
На сегодняшний день существует большое разнообразие видов Arduino и
плат расширения, используемых для разных применений. Платформы могут
быть классифицированы по таким признакам, как вид микроконтроллера, тип
внешних коммуникаций, тип питания, частота, количество цифровых и
аналоговых портов и т.д. Классификация платформ Arduino, представленная на
рисунке 4.
Рисунок 4 – Классификация платформ Arduino
Для выбора подходящей платформы Arduino необходимо
проанализировать существующие платы и выбрать по наиболее подходящим
параметрам. Сравнительная характеристика платформ Arduino в таблице 12.
23
Таблица 12 – Сравнительная характеристика платформ Arduino
Arduino Uno - это стандартная платформа Arduino и получившая
большое распространение. Она основана на процессоре ATmega328, имеющем
32 КБ флэш-памяти, 2 Кб SRAM и 1 Кбайт EEPROM памяти. На периферии
имеет 14 дискретных (цифровых) каналов ввода / вывода и 6 аналоговых
каналов ввода / вывода, это очень разносторонне-полезные дивайсы,
позволяющие перекрывать большинство задач в области микроконтроллерной
техники.
Arduino Uno, но с другим микроконтроллером, который находится в том
же классе, имеет некоторые отличия положительного характера. Большее
24
количество аналоговых входов (12 против 6) для сенсоров, больше каналов
ШИМ (7 против 6), больше пинов с аппаратным прерыванием (5 против 2),
раздельные независимые serial-интерфейсы для USB и UART. Arduino Leonardo
может выполнять функции клавиатуры или мыши (HID-устройством) для
компьютера. Это позволяет легко сделать своё собственное устройство ввода.
Из-за распиновки чуть отличной от Arduino Uno возможна несовместимость с
некоторыми платами расширения [14,23].
Arduino Nano — это функциональный аналог Arduino Uno, отличается
тем, что сделана на отдельной плате. нет собственного гнезда для внешнего
питания, использованием чипа FTDI FT232RL для USB-Serial преобразования
(либо CH340G, требуется установить соответствующие драйвера) и
применением mini-USB кабеля для взаимодействия вместо стандартного. В
остальном, состав и способы взаимодействия совпадают с базовой моделью.
Платформа имеет штырьковые контакты, что позволяет легко устанавливать её
на макетную плату. Используйте Arduino Nano там, где важна компактность, а
возможностей Arduino Mini либо недостаточно.
Одна из самых производительных плат от Arduino на микроконтроллере
Cortex-M3 по форм-фактору аналогичная Arduino Mega. Процессор на 84 МГц и
512 КБ памяти. 66 пинов ввода-вывода, из которых 12 могут быть аналоговыми
входами, 12 поддерживают ШИМ и все 66 могут быть настроены, как
аппаратные прерывания. Встроенный контроллер шины CAN позволяет
создавать сеть из Due или взаимодействовать с автомобильной электроникой.
Два канала ЦАП позволяют синтезировать стереозвук с разрешением в 4,88 Гц.
Родным напряжением для платы является 3.3 В, а не традиционные 5 В.
Необходимо следить, чтобы выбираемая периферия поддерживала работу с
этим уровнем или ставить преобразователи уровней напряжения.
Arduino Leonardo – Arduino Uno, но в другом форм-факторе. Компактная:
всего 30×18 мм. Из-за форм-фактора нельзя без дополнительных действий
устанавливать платы расширения Arduino. Предполагается соединение с
25
дополнительными модулями проводами и/или через макетную плату. На плате
нет USB-порта, поэтому прошивать нужно через отдельный USB-Serial адаптер.
Arduino Micro — это Arduino Leonardo, исполненный на компактной
плате. Отличие заключается в отсутствии собственного гнезда для внешнего
питания, но оно может быть подведено непосредственно к контакту Vi. В
остальном, начинка и способы взаимодействия совпадают с Arduino Leonardo.
Он также имеет один микроконтроллер ATmega32u4 и для прошивки через
USB, и для исполнения программ; также может выступать в роли клавиатуры
или мыши; предоставляет то же количество памяти, цифровых, аналоговых и
ШИМ-портов.
С платой Arduino M0 выполнять сложные математические расчёты,
получать более точные аналоговые значения и при этом слушать музыку
напрямую с микроконтроллера. Arduino M0 основана на 32-битном ARMпроцессоре ATSAMD21G18 от Atmel с вычислительном ядром Cortex® M0.
Микроконтроллер работает на частоте 48 МГц. А благодаря своей 32-битной
архитектуре он выполняет большинство операций над целыми числами всего за
один такт. В отличии от большинства плат Arduino, напряжением Arduino M0
Pro является 3.3 В, а не 5 В. Соответственно, выходы для логической единицы
выдают 3.3 В, а в режиме входа ожидают принимать не более 3.3 В. Arduino M0
смотрит в сторону USB через виртуальный serial-порт, не через аппаратный.
Это означает, что 0-й и 1-й контакты аппаратного порта остаются свободными
и вы можете использовать их одновременно с коммуникацией с компьютером.
Виртуальный serial-порт доступен через объект SerialUSB, а аппаратный —
через объект Serial1.
Arduino LilyPad выпадает из привычных стереотипов об обычном
Arduino, потому что имеет не прямоугольную, а круглую форму. Во-вторых,
оно не поддерживает механические соединения с шилдами. Оно предназначено
для, небольших автономных устройств. Круглая форма продиктовала то, что
разъемы равномерно распределены по окружности, и его небольшой размер (2
дюйма в диаметре) делает его идеальным для переносных устройств. Это
26
устройство легко спрятать, и несколько производителей разработали
устройства, специально для LilyPad: экраны, датчики света, даже коробки для
батарей питания, которые могут быть зашиты в ткань. Для того, чтобы сделать
LilyPad как можно меньше и как можно легче, на сколько возможно, были
принесены некоторые жертвы. У LilyPad нет регулятора напряжения, поэтому
для питания необходимо обеспечить 2.7 В, и не более 5.5В.
Плата Arduino Mega имеет три дополнительных последовательных порта:
Serial1 на портах 19 (RX) и 18 (TX), Serial2 на портах 17 (RX) и 16 (TX), Serial3
на портах 15 (RX) и 14 (TX). Чтобы использовать эти порты для связи с
компьютером, понадобятся дополнительные адаптеры USB-to-serial, т. к. они не
подключены к встроенному адаптеру платы Mega. Arduino Mega имеет более
мощный микроконтроллер (Atmegal280) и память большего объема, а также
расширенные функции интерфейса ввода/вывода [9].
2.4 Классификация микропроцессорных модулей ESP
Микропроцессорные модули – это компактные устройства, состоящие из
микропроцессора, оперативной памяти, периферийных контроллеров и других
функциональных блоков, установленных на одной плате. Они являются
универсальными решениями для автоматизации и управления различными
процессами и оборудованием.
Классификация микропроцессорных модулей представлена на рисунке 5.
27
Рисунок 5 – Классификация микропроцессорных модулей
Далее краткая информация о видах микропроцессорных модулей.
ESP32 WROOM - это плата на базе микроконтроллера ESP32, которая
представляет собой усовершенствованную версию ESP8266 с более высокой
производительностью и большими возможностями [18].
Основные характеристики ESP32 WROOM:
− Микроконтроллер ESP32 с двумя ядрами и тактовой частотой до
240 МГц и 4 МБ флэш-памяти;
− 34 цифровых входов/выходов, из которых 18 могут использоваться
как шим-выходы;
− 16 аналоговых входов с разрешением 12 бит;
− Встроенный Wi-Fi и Bluetooth модули;
− Различные интерфейсы, такие как I2C, SPI, UART и другие, для
подключения периферийных устройств;
28
− Встроенный USB-интерфейс для программирования и подключения
к компьютеру;
ESP32 WROOM имеет повышенную производительность и больший
функционал, чем ESP8266, что предоставляет возможность для разработки
приложений IoT и других проектов, которые требуют больших
вычислительных функций и других интерфейсов связи с внешней средой. На
рисунке 6 представлен внешний вид микропроцессорного модуля ESP32
WROOM [20,24,32].
Рисунок 6 – Внешний вид микропроцессорного модуля ESP32 WROOM
Wemos D1 R2 - это плата на базе микроконтроллера ESP8266, которая
является удобным инструментом для создания прототипов и проектирования
интернет-вещей (IoT) приложений [33].
Основные характеристики Wemos D1 R2:
− Микроконтроллер ESP8266 с тактовой частотой 80 МГц и 4 МБ
флэш-памяти;
− 11 цифровых входов/выходов, из которых 1 используется для
подключения внешней антенны Wi-Fi;
− 1 аналоговый вход с разрешением 10 бит;
29
− Встроенный USB-интерфейс для программирования и подключения
к компьютеру;
− Разъемы для подключения периферийных устройств, таких как
дисплеи, сенсоры, моторы и т.д.
Wemos D1 R2 имеет встроенный Wi-Fi-модуль, который позволяет легко
подключаться к Интернету и передавать данные с различных датчиков и
устройств, что делает ее отличным выбором для разработки IoT-приложений.
Кроме того, Wemos D1 R2 обладает малыми габаритами и удобной формой
фактора, что делает ее легкой в использовании и мобильной.
Arduino Uno - это одна из самых популярных и доступных платформ для
разработки прототипов электронных устройств, основанная на
микроконтроллере ATmega328P [29].
Основные характеристики Arduino Uno:
− Микроконтроллер ATmega328P с тактовой частотой 16 МГц и 32 кБ
флэш-памяти;
− 14 цифровых входов/выходов, из которых 6 могут использоваться
как шим-выходы;
− 6 аналоговых входов с разрешением 10 бит;
− Встроенный USB-интерфейс для программирования и подключения
к компьютеру;
− Разъемы для подключения периферийных устройств, таких как
дисплеи, сенсоры, моторы и т.д.
Arduino Mega 2560 - это плата, основанная на микроконтроллере
ATmega2560, который имеет 54 цифровых входа/выхода, 16 аналоговых
входов, 4 UART порта, 16 МГц кварцевый резонатор и 256 КБ флэш-памяти.
Arduino Mega 2560 отличается от других плат Arduino тем, что обладает
большим количеством входов/выходов, что делает ее идеальным выбором для
проектов, которые требуют большого числа подключенных устройств. Она
также поддерживает большое количество библиотек и программного
обеспечения, что облегчает создание и загрузку программ на плату.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]