اجزاء سخت افزار آردوینو

در این مقاله قصد داریم اجزاء سخت افزار آردوینو و بخش های الکترونیکی این برد را مورد بررسی قرار دهیم. اگر دو مقاله قبلی “آردوینو چیست” و “بردهای آردوینو” رو مطالعه کرده باشید، با شناخت بهتری وارد مبحث سخت افزار آردوینو می شوید. پس از مطالعه این مقاله نیاز است تا جهت آشنایی و شناخت بیشتر با پلتفرم نرم افزاری (Arduino IDE) برای شروع، پیاده سازی و اجرای پروژه های واقعی، مقاله “نرم افزار آردوینو” را مطالعه فرمائید.

در پلتفرم سخت افزاری آردوینو، انواع بردهای مختلفی وجود دارد که برخی اجزا، میان این بردها مشترک هستند. در ادامه قصد داریم ابتدا، برد پر کاربرد و جذاب UNO و سپس برد با قابلیت WiFi، محبوب و پرکاربرد NodeMcu را مورد بررسی قرار دهیم. با ما همراه باشید.

همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید بخش های مهم و پرکاربرد شماره گذاری و مشخص شده است.که به معرفی هر بخش می پردازیم.

1- این بخش مربوط به IC است که به عنوان مدار مجتمع و مغز برد شما شناخته می شود و در بردهای مختلف، متفاوت است. با عنوان میکروکنترلر از سری خانواده ATmega در بیشتر بردهای آردوینو مورد استفاده قرار می گیرد. همانطور که قبلا در مقاله آردوینو چیست اشاره کردیم برنامه ای ویژه به نام Bootloader در آن نصب است. مطالعه دیتاشیت مربوط به این میکروکنترلرها برای کسب اطلاعات بیشتر پیشنهاد می شود.

2- بخشی است که از (0 تا 13) یعنی 14 عدد پین دیجیتالی را شامل می شود و به عنوان پین های ورودی/خروجی دیجیتال شناخته می شود. به عنوان مثال خواندن سیگنال ورودی دیجیتال مانند (لمس صفحه کلید) و همچنین خروجی دیجیتال (روشن کردن لامپ) استفاده کرد. اگر با دقت به کنار پایه این پین ها توجه کنیم، در کتار برخی شماره ها مانند (3،5،6،9،10،11) علامت (~) را مشاهده می کنید که معرف خاصیت PWM بودن این پین ها است. یعنی پین های دو حالته هستند که در حالت معمول خروجی دیجیتال دارند اما اگر در حالت PWM استفاده شوند خروجی آنالوگ خواهد داشت. (مثلا برای استفاده این پین ها در پروژه های کنترل شدت نور و دور موتور)

3- در این برد (Uno)، پین های محدوده (A0 تا A5) یعنی پین های 6 عددی آنالوگ هستند و کار آنها اندازه گیری سیگنال آنالوگ ورودی است. به عنوان مثال زمانی که سنسور دما و رطوبت داده های محیطی را بصورت سیگنال آنالوگ تولید می کند، برای خواندن این داده های آنالوگ توسط برد و تبدیل آنها به داده های دیجیتال، از این پین ها استفاده می شود.

4- این پین که در دو طرف برد قرار دارد و به اختصار به آن GND (Ground) می گویند. این پین منبع ولتاژ صفر برد و محل ارتباط سیم با زمین است. به دلیل کاربرد بیشتری که در مدارات الکترونیکی دارد، معمولا چند پین GND بر روی بردهای آردوینو قرار دادند.

5- دو پین 3.3 ولت و 5 ولت در این بخش مشخص شدند. اگر  دیتاشیت بیشتر سنسورها و ماژول هایی که قرار است به برد آردوینو متصل شوند را به دقت بررسی کنید خواهید دید که دارای ولتاژ 3.3 ولتی و یا 5 ولتی هستند و میزان دریافت بیشتر این مقدار به آنها آسیب می رساند. از این رو طراحان این برد، جهت راحتی کار این دو پین را بر روی برد قرار دادند. همچنین برای پیاده سازی مدار الکترونیکی بر روی بردبورد برای تامین تغذیه مدار از این پین استفاده می کنیم.

6- این پین تنظیم کننده منبع ولتاژ آنالوگ خارجی یا همان (Analoge Reference) است. هنگامی که قصد استفاده از حالت ADC (آنالوگ به دیجیتال و سپس به میکروکنترلر ) را دارید، این پایه جهت تنظیم ولتاژ منبع خارجی برای پایه های ورودی آنالوگ بکار می رود. مقدار آن باید در بازه (0 تا 5 ولت) تعیین شود زیرا مقادر کمتر و بیشتر موجب آسیب به برد خواهد شد.

7- همانطور که در تصویر بالا مشاهده می کنید، بر روی این برد LED به نام (Power LED Indicator)کوچکی قرار دارد که در زمان برق دار شدن و اعمال ولتاژ تغذیه به برد روشن می شود. 

8- سوکت آداپتور DC یا “درگاه آداپتور”، به نام (DC Power Barrael Jack) و به اختصار “جک آداپتور” هم شناخته می شود. این امکان را به شما می دهد تا بدون نیاز به ورودی USB، تنها از طریق منبع تغذیه برد خود را روشن کنید. فرض کنید برد شما در مدار پروژه است و تنها از طریق USB برق آن را تامین کردید. حال هنگام گرفتن تست مدار و پیش آمد اتصال کوتاه ممکن است به درگاه USB آسیب برسد، سوکت آداپتور بدین منظور استفاده می شود. ولتاژ پیشنهادی برای بردهای آردوینو بین (6 تا 12 ولت) است. از این رو نباید از منبع تغذیه بیش از 20 ولت استفاده کنید زیرا برد می سوزد.

9- این قسمت یک IC تنظیم سطح ولتاژ یا (Voltage Regulator) است. از آنجا که ورودی سطح ولتاژ برد آردوینو در بازه 5 تا 12 ولت قابل تنظیم است، شما می توانید در این بازه منبع تغذیه برد را در نظر بگیرید. این قطعه میزان ولتاژ ورودی به برد آردوینو و مخصوصا میکروکنترلر را تنظیم و تثبیت می کنند تا در سطح 3.3 ولت و یا 5 ولت قرار گیرد. همانطور که قبلا هم اشاره کردیم هیچگاه برد خود را به منبع تغذیه بیش از 20 ولت وصل نکنید.

10- این قطعه یک نوساز ساز(اسیلاتور) است که با مقدار مشخص 16مگاهرتز تعریف می شود. کانی سازنده این قطعه یک کوارتز (Silicon Oxide) است که خاصیت پیزو الکترونیکی دارد. کار این قطعه، که به کریستال کوارتز معروف است نگه داشتن فرکانس مدار نوسان ساز بر روی مقدار مشخص است که باعث ثبات مدار می شود. و محاسبه زمان را برای برد آردوینو انجام می دهد.

11- همانطور که در مقاله “آردوینو” در قسمت اصطلاحات کاربردی تعریف شد، این پین کانکتوری، برای برنامه ریزی میکروکنترلر برد در زمانی که Bootloader عمل نکند مورد استفاده قرار می گیرد. و به پایه رابط جانبی سریال (SPI) معروف است.

12- بر روی برد آردوینو، دو LED به نام های TX یا (فرستنده/ارسال) و RX یا (گیرنده/دریافت) قرار دارند. که نشان دهنده برقراری ارتباط سریال هستند که از پروتکل TTL استفاده می کنند. این نام ها را در یک مکان دیگر بر روی برد مشاهده می کنید. و آن در بخش پین های دیجیتال در کنار  D0 و D1 است. یعنی این دو پایه به عنوان پین های ورودی/خروجی داده استفاده می شوند. این دو LED در زمان ارسال و دریافت اطلاعات از طریق مبدل USB به سریال یا USB به کامپیوتر (غیر از ارتباط سریالی D0 و D1) شروع به چشمک زدن می کنند. سرعت چشمک زدن بستگی به سرعت انتقال داده دارد.

13- دکمه باز نشانی(Reset Button) کد برنامه در برد آردوینو  معروف است. با فشردن این دکمه کد بارگذاری شده بر روی برد مجددا راه اندازی و اجرا می شود.

14- این قسمت درگاه USB (USB Connection) برد آردوینو است که تامین کننده همزمان جریان برق و انتقال کد های برنامه از کامپیوتر به آردوینو است. همچنین بسته به مدل برد، نوع آن می تواند متفاوت باشد.

15- پین IOREF مخفف کلمه منبع ولتاژ ورودی/خروجی (Input Output voltage Reference) است. پین IOREF مرجع ولتاژی به حساب می آید که میکروکنترولر با آن کار می کند (3.3 ولت و یا 5 ولت). و این امکان را به شیلدهایی که به درستی پیکربندی و به این پین متصل شدند می دهد تا منبع تغذیه خود را انتخاب کنند. 

16- در آخر، پین Vin به معنای پایه ولتاژ ورودی است. زمانی استفاده می شود که بجای (منبع ولتاژ تنظیم شد ه USB با 5 ولت) بخواهیم برای تامین ولتاژ برد، از منبع خارجی AC مانند آداپتور استفاده کنیم. اگر زمانی برد از طریق جک آداپتور DC به منبع تغذیه متصل شود، این پایه به عنوان پین خروجی در نظر گرفته می شود. که میتواند ولتاژ منبع تغذیه را ارائه دهد. 

نکته: برد میتواند به سه روش تغذیه شود.

– از طریق پین 3.3 ولت با حداکثر جریان 50 میلی آمپر، یا 5 ولت USB که هر دو از رگولاتور می گذرند. و استفاده از ولتاژ این پین ها برای برد به آن آسیب می رساند.

– پایه جک آداپتور DC که ولتاژ 7 ولت تا 12 ولت را برای برد تامین می کند.

– پایه VIN  که آن هم با ولتاژ 7 ولت تا 12 ولت برد را تغذیه می کند.

در این بخش سعی کردیم شما را با قسمت های مهم سخت افزاری برد آردوینو UNO که تقریبا در بیشتر بردها مشترک هستند آشنا کنیم. (اگر نیاز به مباحث پایه الکترونیک را لازم می دانید پیشنهاد ما مطالعه مقاله الکترونیک مقدماتی است). در ادامه به سراغ آشنایی و شناخت پلتفرم ارتباط تعاملی آردوینو (Arduino IDE)، نحوه نصب، اجرا و کد نویسی در این محیط نرم افزاری جهت پیاده سازی پروژه های عملی می رویم. با ما همراه باشید.

منتظر نظرات و پیشنهادات سازنده شما همراهان ioenet هستیم.