ترمینال آزاد

چرت نویس های یک مهندس بیکار

در قلمرو آردوینو چه می گذرد !؟

تو بحث الکترونیک مخصوصا بخش دیجیتالش ما ICهای متنوعی استفاده می کنیم. آی سی که ازش با نام مدارات مجتمع (Integrated Circuit) یاد میشه یه سری تراشه ها هستن به شکل های مربع یا مستطیل که ازشون یه سری پایه که بهش PIN میگن زده بیرون. ورودی و خروجی پین آی سی ها بصورت ۰ و ۱ منطقی یا همون ۰ و ۵ ولت (گاها با ولتاژهای متفاوت مثل ۳٫۳ ولت) تعریف میشه .تو آی سی های سطح پایین یه سری پین ها مطلقا ورودی هستن و یه سری همیشه خروجی. تو این آی سی ها با دادن ولتاژ به تعدادی از ورودی ها، خروجی متناسبش رو دریافت می کنیم. می تونیم از این نوع آی سی ها، ۷۴HC08 که کار AND کردن دو ورودی رو انجام میده اسم ببرم.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

مثلا تو همین آی سی ۷۴۰۸ پین های ۱ و ۲ ورودی هستن و ۳ خروجی متناسب این دوتا رو میده. اگه به پین ها ۱ و ۲ مقدار ۵ ولت (۱ منطقی) اعمال کنیم پین ۳ بهمون خروجی ۱ منطقی میده. این آی سی ها عمدتا ساده هستن و نمیشه زیاد روشون مانور داد.

atmega168

اما تو تراشه های پیشرفته تر آی سی های programmable رو داریم. یعنی می تونیم برای آی سی برنامه بنویسیم و تراشه برامون اون برنامه رو از طریق پین هاش اجرا کنه. تو این نوع آی سی ها پین ها می تونن یه دفعه ورودی تعریف بشن و دفعه بعدی همون پین خروجی. معروف ترین این آی سی ها AVRها هستن که تو دانشگاه های ما این خانواده از آی سی هارو تدریس می کنن. به این آی سی ها میکروکنترلر میگیم. یه مثال می زنم از کاربرد میکروکنترلرها تا بهتر متوجه موضوع بشین. فرض کنید یه میکروکنترلر داریم که یه پینش رو توی برنامه، ورودی تعریف کردیم و حالت اولیه اش رو ۰ منطقی قرار دادیم و بهش یه سوییچ وصل کردیم. یه پین دیگه رو خروجی تعریف کردیم و حالت اولیه ۰ بهش اختصاص دادیم و یه LED‌ بهش وصل کردیم. داخل برنامه گفتیم که وقتی ورودی مقدارش ۱ شد خروجی رو ۱ کن. الان اگه ما به ورودی ۵ ولت بدیم که معادل ۱ منطقی هستش برنامه به خروجی میگه که از لحاظ منطقی ۱ بشه (همون خروجی ۵ ولت) و در نتیجه ال ای دی روشن میشه.

این توضیح کوتاه صرفا برای آشنایی مختصر با آی سی بود و اینکه اگه بخواین بیشتر در مورد انواع و اقسام آی سی‌ ها بدونین، متوجه باشید باید چه عباراتی رو جستجو کنید. میخواستم یه راست نرم سر توضیح آردوینو تا گیج نشین، چون اون موقع افرادی که آشنایی زیادی با مهندسی برق ندارند متوجه موضوع نمی شدند. یه سری توضیحات هم بود در مورد تغذیه آی سی ها و پین های جانبی که تو این مرحله نیاز نیست و گفتنش مطلب رو طولانی می کنه و شمارو خسته.

ArduinoCommunityLogo

بعد یه تعریف و آشنایی مختصر با میکروکنترلرها میریم سراغ اصل کاری! آردوینو گونه خاصی از میکروکنترلر هاست. یه پلتفورم متن باز که متشکل از دو بخش نرم افزاری و سخت افزاریه. میکروکنترلر بکار رفته بر روی برد آردوینو بر اساس زبان برنامه نویسی آردوینو (بر پایه Wiring) و محیط ویژه کدنویسی آن (بر پایه Processing) برنامه ریزی شده است و شما برای کد نویسی به هیچ نرم افزار جانبی و یا کامپایلر دیگری نیاز ندارید. میکروکنترلر این بوردها اکثرا از خانواده های AVR و ARM هستش و تک و توک با سایر پردازنده ها هم بوردهایی تحت عنوان آردوینو ساخته شدن.

گفتیم که آردوینو به کلی (نرم افزار + سخت افزار) متن باز هستش. یعنی هر کسی قادر به توسعه, ساخت و تغییرات روی اون هستش. می تونین واسه IDE آردوینو کتابخونه بنویسین و یا کتابخونه های موجودش رو ویرایش کنید و یا خودتون یه بورد آردوینو از نو طراحی کنید و طرحشو منتشر کنید. همین متن باز بودن باعث پیشرفت و برتری خیلی زیاد آردوینو نسبت به میکروکنترلرهای دیگه شده.

بوردهای آردوینو, بورد پیچیده و خاصی نیستن؛ بخوام سر راست بگم همون میکروکنترلر های ساده خودمونه که مجهز شده به یه سری عناصر دیگه مثل رگلاتورهای ۵ ولت و ۳٫۳ ولت, پین هدر, کریستال, سیستم ریست, و مبدل سریال به TTL و … پس فکر نکنین که با بوردی متشکل از قطعات الکترونیکی پیچیده سر کار دارید. این قطعات اضافه شده فقط برای اینکه کار کردن با آردوینو رو راحت تر کنن وگرنه آردوینو فقط همون میکروکنترلر روی بورد هستش. تفاوتی که بین آردوینو و میکروکنترلر های دیگه وجود داره و البته نقطه قوت آردوینو حساب میشه, زبان برنامه نویسی اون هستش.

اما خوب اگه آردوینو همون میکروکنترلرهای ساده خودمونه چرا بجای AVR از آردوینو استفاده کنیم!؟ دلایل متعددی داره که دونه به دونه با مثال توضیح میدم.

اولین دلیل که همونطور که گفتم نقطه قوت آردوینو هم حساب میشه, زبان برنامه نویسی اون هستش. اسم این زبان همون Arduino هستش! یه چیزی بسیار شبیه به زبان Cای که در AVR استفاده می کنیم. درواقع تلفیقی از C و ++C . این زبان تا حد بسیار زیادی آسون و ساده هستش و در عین حال خیلی قدرتمند!

یه مثال میزنم تا متوجه تفاوت Arduino با CodeVision بشید و ببینین که آردوینو چقدر از C مربوط به AVR, راحت تر,کوتاه تر و ساده تره. برنامه ای می نویسیم که عبارت Arduino روی سطر اول یک ال سی دی ۲در۱۶ کاراکتری از چپ به راست بصورت تابلو روان بصورت تکرار در بی نهایت حرکت کنه.

اول برنامه رو روی CodeVision با زبان C مینویسیم:

#include <mega16.h>
#include <delay.h>
#include <lcd.h>
int i,j,k,t=200;
char s[7]={'A','r','d','u','i','n','o'};
#include <alcd.h>
void main(void)
{
lcd_init(16);
while (1)
{
for(i=0;i<7;i++)
{
switch(i)
{
case 0 :
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("o");
delay_ms(t);
lcd_clear();
break;
case 1 :
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("no");
delay_ms(t);
lcd_clear();
break;
case 2 :
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("ino");
delay_ms(t);
lcd_clear();
break;
case 3 :
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("uino");
delay_ms(t);
lcd_clear();
break;
case 4 :
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("duino");
delay_ms(t);
lcd_clear();
break;
case 5 :
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("rduino");
delay_ms(t);
lcd_clear();
break;
case 6 :
lcd_gotoxy(0,0);
lcd_putsf("Arduino");
delay_ms(t);
lcd_clear();
break;
}
}
for(i=1;i<9;i++)
{
lcd_gotoxy(i,0);
lcd_putsf("Arduino");
delay_ms(t);
lcd_clear();
}
for(k=7,i=9;i<16;i++,k--)
{
lcd_gotoxy(i,0);
for(j=0;j<k;j++)
{
lcd_putchar(s[j]);
}
delay_ms(10);
lcd_clear();
}
delay_ms(500);
}
}
}

خب, حالا همون برنامه رو به زبان آردوینو روی IDE خود Arduino می نویسیم:

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
void setup()
{
lcd.begin(16, 2);
}
void loop()
{
 lcd.setCursor(0, 0);
 lcd.print("Arduino");
 ScrollDisplayRight();
 delay(500);
}

جفتشون دقیقا یه برنامه هستن و یه کارو می کنن ولی کد دوم که مربوط به آردوینو هستش از همه نظر به کد اول برتری داره. کد اول ۸۰ خط هستش و دارای پیچیدگی زیادیه ولی کد دوم فقط ۱۳ خطه و با نگاه کردن بهش میشه فهمید برنامه دقیقا چه کاری رو انجام میده. از طرفی اگه بخوایم عبارتی که روی ال سی دی چاپ می کنیم تغییر بدیم باید تعداد caseهارو هم تغییر بدیم. مثلا اگه عبارت طولانی تری رو بخوایم جای Arduino بنویسیم باید به تعداد کاراکتر های بیشتر case جدید بنویسیم که موجب هر چه طولانی تر شدن برنامه ما میشه. یا مثلا برای عوض کردن هر عبارت باید تک به تک کارکتر های مربوط به هر case رو دستی تغییر بدیم و وقت گیر و سخته.

علاوه بر این ها به علت متن باز بودن آردوینو هر کسی می تونه کتابخانه هایی برای آردوینو بنویسه که به این شکل موجب راحتی و کم حجمی کدها بشه. این کتابخونه ها باعث میشه راه اندازی انواع سنسور ها و ماژول ها که خیلی سخته و کار هر کسی نیست به کمک کتابخونه نوشته شده به راحتی تایپ چندین خط کد باشه.

CUHM-teWIAENK7N

من از بعضیا شنیدم که میگن استفاده از آردوینو به صرفه نیستش, چون هم قیمت بالایی داره نسبت به یه میکروپروسسور معمولی و هم ابعادش بزرگه که در طراحی یکی از خصوصیات یه پروژه خوب جم و جور بودن اونه که این ابعاد بزرگ علاوه بر افزایش طول و عرض بورد, نیاز داره که بورد رو دو طبقه کنیم و با استفاده از اسپیسر آردوینو رو به بقیه بخش های بورد اتصال بدیم.

باید عرض کنم که اصلا اینطور نیست! در مورد قیمت باید عرض کنم وقتی شما یک بورد آماده آردوینو (مثل Uno) رو میخرین, پول بیشتری میدین. همونطور که گفتم آردوینو فقط همون قسمت میکروپروسسور بورد هستش. شما می تونین همون میکروپروسسوری رو که می خواستین به پروژتون اختصاص بدید رو با همون قیمت تهیه کنید و روش بوت لودر آردوینو رو پروگرام کنید و ازش به عنوان یه Arduino استفاده کنید و با زبان آردوینو بنویسیدش. پس تو قیمت هیچ تفاوتی نداره و شما همون پروژه رو با همون هزینه می سازین. این کار مشکل دوم که ابعاد بزرگ (نه چندان بزرگ) بوردهای آردوینو بود رو هم حل می کنه و ابعاد بورد ساخته شده با آردوینو در مقایسه با پروژه ای که با AVR ساده ساخته شده بزرگ نمیشه. بوردهای آردوینو با اون وسعت فقط برای استفاده آسون و یادگیری مبتدی ها ساخته شدند و الزامی در استفاده ازشون نیست.

علاوه بر اینها, آردوینو نه تنها موجب افزایش هزینه پروژه نمیشه که باعث کاهش اون هم میشه. شما با آردوینو دیگه نیازی به یه پروگرامر USB گرون قیمت ندارید و از طریق همون پورت usb روی بورد آردوینو و IDE آردوینو راحت برنامه هاتون رو روی میکرو پروگرام می کنید.

CZPnS-SWwAEVzkS

مورد دیگه ای که باید در موردش صحبت کنم, راجب تغییرات در پروژه های پیاده شده هستش. فرض کنید شما پروژه ای رو با یک میکرو AVR ساخته و پیاده سازی کردید. حالا بنا به دلایلی (مثلا نویزپذیری بالای AVRها) قصد تغییر نوع میکروپروسسور (مثلا به ARM ) رو دارید. حالا باید علاوه بر تعویض میکروپروسسور, برنامه ای که برای میکرو نوشته بودید رو هم تغییر بدید و همچنین از نو یک مدار چاپی جدید طراحی کنید و بسازید. در واقع یه پروژه دیگه رو از صفر باید شروع کنید! در حالی که اگر از AVR با بوتلودر آردوینو استفاده می کردید (چیزی شبیه به Uno) فقط کافی بود میکرو رو تغییر بدید به ARM ( مثلا بورد Due ) و هیچ گونه تغییری در برنامه نمی دادید! در IDE آردوینو, تنها از منوی tools و زیرمنوی boards, گزینه Uno را به Due تغییر می دادید و دکمه آپلود رو می زدید؛ تمام. در واقع در آردوینو شما اصلا نیازی به دونستن مدل و آشنایی با میکروپروسسور مورد استفاده خود ندارید. زبان آردوینو واسه همه میکروپروسسورها یکسانه و تفاوتی در نوشتن نداره.

یه مورد دیگه که موجب تسهیل کاربری آردوینو میشه پروگرام کردن راحت اونه. فرض کنید پروژه ای چند طبقه طراحی کردین و ساختین و داخل باکس قرار دادین. بنا به دلیلی لازم میشه میکرو رو دوباره برنامه نویسی کنید. باید اسپیسرها رو باز کنید و میکرو رو دوباره جدا کنید و با یه پروگرامر دوباره برنامه رو روش بریزید و همه مراحل جداسازی میکرو رو اینبار برعکس انجام بدید. در حالی که در آردوینو به هیچ کدام از این مراحل نیاز نیست. فقط کافیه کابل usb رو به پورتش روی Arduino وصل کنید و برنامه جدید رو آپلود کنید.

اما بخش نرم افزاری آردوینو خودش به دو قسمت تقسیم شده. یکی Arduino IDE و بعدی Arduino BootLoader آردوینو:

Arduinosoft-300x261

بوت لودر مرز و واسط بین نرم افزار و سخت افزار آردوینو هستش. در واقع این کار بوت‌لودر هستش که کد شما رو برای میکرو قابل فهم می کنه. بوت لودر آردوینو رو شما بارها می تونید پاک و دوباره روی میکرو آپلود کنید. همین امر باعث میشه شما خودتون تو خونه بتونید یه میکروپروسسور معمولی رو تبدیل به میکروی آردوینو کنید. بوت لودر خودش یه جور برنامه (کد) هستش که ازش به عنوان مترجم هم یاد میشه. همین بوت لودر باعث ویژه شدن میکرو میشه و بدون اون نمیشه برنامه ای که در پلتفورم آردوینو طراحی شده رو روی میکرو بریزیم.

Arduino 1.6.4

اما بخش بعدی IDE آردوینو هستش که روی هر سه سیستم عامل مطرح ویندوز و OS X و گنو/لینوکس قابل نصب هستش. IDE بخش های مختلفی مثل کامپایلر، پروگرامر سریال مانیتور و … داره و تموم نیاز های شما رو تامین می کنه. شما برنامه تون رو در محیط IDE می نویسید و همون جا عیب یابی می کنید و دوباره از همون جا آپلود (پروگرام) می کنید رو میکروپروسسورتون!

مزیت بعدی و بسیار بزرگ آردوینو، شیلدهای اون هستش. مدارات مجزایی که به سادگی امکار اتصال به بورد اصلی آردوینو را دارند و امکانات زیادی را در اختیار ما قرار می دهند. این بورد ها استفاده از آردوینو را برای مبتدی ها و کسانی که با مهندسی برق و الکترونیک آشنایی ندارند به راحت ترین روش ممکن مقدور می سازند.

arduino_megashield_5

تنوع در شیلدها راضی کننده هستش. با اتصال شیلد ethernet میتونید آردوینو و ماژول هاتون رو از طریق روتر محلی کنترل کنید. با اتصال شیلد wifi امکان برقراری ارتباط با آردوینو از طریق بی سیم را خواهید داشت، با اتصال شیلد موتور، قدرت کنترل و دستور دهی به انواع موتور ها (براشلس،پله ای و . . .) را خواهید داشت و شیلدهای دیگر هم به همین ترتیب. امکان اتصال چندین شیلد همزمان به بورد اصلی آردوینو وجود داره و نحوه اتصال هم بسیار ساده هستش.

مطرح‌ترین و مرسوم ترین بورد آردوینو، مدل Uno هستش که برای شروع کار با آردوینو و حتی انجام پروژه های پیشرفته گزینه بسیار مناسبی هستش. علاوه بر Uno مدل های متفاوتی از بوردهای آردوینو موجود است که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند و برای کار خاصی طراحی شده اند.

arduinorev31s

البته شما خودتان در منزل هم می توانید آردوینو شخصیتون رو بسازید ولی توصیه من اینه که برای راحتی کار در شروع از مدل های آماده موجود در بازار استاده کنید.

با استفاده از آردوینو حتی دیگه لازم نیست با میکروکنترلری که استفاده می‌شود، آشنایی داشته باشید! تنها کافیست زبان برنامه نویسی آردوینو رو درک کرده باشید. آردوینو روی ویندوز, مک و لینوکس در دسترسه و سورس اون روی گیت هاب هم موجود هستش. این برنامه رو می تونین از خود سایت آردوینو دانلود کنید.

یک دیدگاه

ارسال دیدگاه