Bắt đầu với arduino una: điều khiển đèn led bằng nút nhấn

Cái tên Arduino thường là từ phổ biến đối với hầu hết các sinh viên hoặc những người yêu thích điện tử. Khả năng xây dựng mọi thứ nhanh hơn và rẻ hơn với sự hỗ trợ lớn từ cộng đồng trực tuyến đã khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều người mới bắt đầu với điện tử hoặc lập trình. Do môi trường lập trình và thiết kế phần cứng được đơn giản hóa, ngay cả những người không có nền tảng về điện tử hoặc khoa học máy tính cũng có thể học nó một cách dễ dàng. Vậy thực chất Arduino này là gì? Làm thế nào bạn có thể bắt đầu với nó? Bạn có thể làm gì với nó để cải thiện lối sống của mình?

Tất cả những câu hỏi này sẽ được cố gắng trả lời trong hướng dẫn này, khi chúng ta bước qua. Chúng tôi sẽ thiết lập Arduino IDE trên PC / Máy tính xách tay của bạn và tải chương trình nhấp nháy mẫu lên Arduino. Sau đó, chúng tôi cũng sẽ xây dựng một phần cứng nhỏ bằng cách sử dụng bảng mạch bánh mì với một mạch đơn giản bao gồm công tắc và đèn LED và lập trình Arduino của chúng tôi theo nó. Nghe đã đủ thú vị chưa? !!

Thực ra Arduino là gì?

Trước khi bắt đầu học Arduino, trước tiên chúng ta nên biết nó là gì. Điều này rất quan trọng vì mọi người thường có quan niệm sai lầm rằng Arduino là một bộ vi điều khiển. Điều này không đúng, chúng ta hãy làm rõ ở đây rằng Arduino không phải là một vi điều khiển. Vậy đo la cai gi?

Arduino là một nền tảng phát triển mã nguồn mở bao gồm một phần cứng dễ sử dụng và một môi trường lập trình. Ở đây phần cứng dễ sử dụng đề cập đến Arduino UNO và môi trường lập trình đề cập đến Arduino IDE. Có nhiều bo mạch phần cứng khác ngoài Arduino UNO như Arduino Mega, nano, mini, vv.. Nhưng với mục đích của hướng dẫn này, chúng tôi sẽ chỉ sử dụng Arduino UNO. Arduino IDE là phần mềm mà chúng tôi sử dụng để lập trình bo mạch Arduino UNO.

Thiết lập Arduino IDE

Bước đầu tiên trong quy trình của chúng tôi sẽ là thiết lập Arduino IDE trên Máy tính xách tay / PC của bạn. Các hướng dẫn dưới đây chỉ dành cho người dùng windows, đối với các nền tảng khác thì quy trình gần như tương tự. Nếu bạn gặp sự cố nào đó, người dùng Mac và người dùng Linux có thể sử dụng các liên kết tương ứng. Đồng thời đảm bảo rằng bạn có quyền quản trị của máy tính để dễ dàng cài đặt.

Bước 1: Tải xuống mẫu Arduino IDE trên trang web chính thức của Arduino, chỉ cần nhấp vào liên kết bên dưới

Bước 2: Thao tác này sẽ tải xuống tệp exe, đây sẽ là IDE Arduino mới nhất tại thời điểm của bạn. Vào thời điểm tôi ghi lại điều này, phiên bản mới nhất là Arduino-1.8.5 và kích thước của tệp là 90.4MB. Có một cơ hội rất tốt là nó đã được cập nhật vào thời điểm bạn đang thử điều này.

Sau khi tải xuống hoàn tất, khởi chạy tệp exe. Bạn có thể được yêu cầu quyền quản trị, nếu được nhắc, hãy nhấp vào có.

Bước 3: Nhấp vào “Tôi đồng ý” để đồng ý với Thỏa thuận cấp phép của Arduino.

Bước 4: Tiếp theo Trong tùy chọn cài đặt, đảm bảo rằng tất cả các hộp kiểm được đánh dấu như hình dưới đây và sau đó nhấp vào tiếp theo.

Bước 5: Bây giờ, chúng ta phải chọn vị trí mà IDE đã được cài đặt. Theo mặc định, nó sẽ được cài đặt trong thư mục tệp chương trình của ổ C. Bạn nên để nó như vậy và nhấp vào Cài đặt

Bước 5: Bạn sẽ thấy IDE được cài đặt trên máy tính của mình. Chờ cho đến khi thanh tiến trình hoàn thành. Màn hình sẽ giống như hình dưới đây. Sau khi hoàn thành, nó sẽ hiển thị "hoàn thành" sau đó nhấp vào nút đóng.

Bước 6: Sau khi đóng trình cài đặt. Đi đến máy tính để bàn của bạn và tìm tệp exe Arduino và khởi chạy nó. Nó sẽ hiển thị nhãn khởi động và sau đó mở IDE với mã tối thiểu trần trên đó như hình dưới đây

Kết nối bảng Arduino của bạn với Máy tính:

Khi Arduino IDE được cài đặt trên máy tính của chúng tôi, bước tiếp theo sẽ là kết nối bảng Arduino UNO với máy tính của chúng tôi. Để thực hiện những điều này, chỉ cần sử dụng cáp lập trình (màu xanh lam) để kết nối bảng Arduino với cổng USB của máy tính.

Đây cáp lập trình màu xanh có ba chức năng trong tổng số đó được liệt kê dưới đây

1. Nó cung cấp năng lượng cần thiết để Arduino UNO hoạt động, vì vậy bạn có thể chạy các dự án của mình chỉ bằng cách cấp nguồn trực tiếp cho chúng thông qua cáp USB

2. Nó lập trình vi điều khiển ATmega328 trên bo mạch Arduino UNO. Chương trình bạn viết trên IDE được gửi vào bộ vi điều khiển thông qua cáp này

3. Nó hoạt động như một cáp truyền thông nối tiếp; nó có thể nói chuyện với máy tính thông qua giao tiếp nối tiếp hoạt động như một công cụ gỡ lỗi tốt. Bạn sẽ hiểu thêm về điều này khi chúng tôi đào sâu.

Khi bo mạch được cấp nguồn, bạn sẽ nhận thấy một đèn LED nhỏ ở trên cao. Điều này cho biết rằng bo mạch được cung cấp điện. Bạn cũng sẽ nhận thấy một đèn LED khác nhấp nháy do chương trình nhấp nháy mặc định đã được nhà cung cấp tải lên trên Arduino UNO của bạn

Vì đây là lần đầu tiên bạn kết nối bo mạch của mình với máy tính, nên có thể mất một chút thời gian để trình điều khiển bắt đầu cài đặt tự động. Hãy kiểm tra xem bo mạch đã được máy tính của chúng tôi phát hiện thành công hay chưa. Để thực hiện việc này, hãy tìm kiếm “ Trình quản lý thiết bị ” trên máy tính của bạn.

Sau khi mở trình quản lý thiết bị, sẽ có một tùy chọn gọi là “ Cổng (COM & LPT)” nhấp vào đó và kiểm tra xem bo mạch có được liệt kê trong tùy chọn đó như hình dưới đây không

Lưu ý: Tên Cổng cho bảng Arduino của tôi đã xuất hiện dưới dạng Arduino Uno, tên Arduino của bạn có thể khác nhau tùy theo nhà cung cấp bảng. Nó có thể là CCH450 hoặc một cái gì đó tương tự vì vậy đừng lo lắng về tên của cổng.

Nếu bạn không thể tìm thấy tùy chọn được gọi là “ Cổng (COM & LPT)”, điều đó có nghĩa là bo mạch của bạn không được phát hiện. Trong trường hợp đó, đó là sự cố trình điều khiển, vì vậy bạn phải cài đặt thủ công các trình điều khiển chính xác cho bo mạch của mình.

Trong một số trường hợp, bạn sẽ tìm thấy nhiều hơn một cổng COM được liệt kê trong phần cổng và bạn sẽ không biết cổng nào dành cho bảng Arduino vì cách đặt tên cũng sẽ khác nhau. Trong trường hợp đó, chỉ cần ngắt kết nối bo mạch và kết nối lại. Kiểm tra xem cổng COM nào đang biến mất và xuất hiện trở lại, cổng COM này chính là Arduino UNO của bạn.

Khi bạn đã tìm thấy cổng COM chính xác, hãy ghi lại số cổng COM trên bo mạch của bạn. Ở đây đối với bảng của tôi, số cổng COM là 13. Số này sẽ thay đổi mỗi khi bạn thay đổi cổng USB mà bảng được kết nối với.

Tải lên chương trình nháy mắt

Bây giờ, hãy tải chương trình đầu tiên của chúng ta lên bảng Arduino thông qua Arduino IDE mà chúng ta vừa tải xuống. Arduino IDE khi được cài đặt đi kèm với một số chương trình ví dụ rất tiện dụng cho người mới bắt đầu. Vì vậy, chúng ta hãy mở một trong các chương trình ví dụ bằng cách chọn Tệp -> Ví dụ -> Cơ bản -> Nhấp nháy như hình dưới đây

Thao tác này sẽ mở chương trình Blink; mục tiêu của chương trình là nhấp nháy đèn Led trên bảng Arduino. Khi chương trình được mở, chúng ta phải chọn đúng bảng. Để chọn bảng mà chúng ta đang sử dụng, hãy chọn Công cụ -> Bảng -> Arduino UNO / Genuino như hình dưới đây

Tiếp theo, chúng ta phải chọn đúng cổng COM cho bo mạch của mình. Chúng tôi đã lưu ý rằng cổng COM cho Arduino của tôi là COM13. Nó có thể khác với bạn. Để chọn cổng Com, chọn Công cụ -> Cổng -> COM13

Nếu mọi thứ đều đúng, bạn sẽ thấy Arduino UNO trên COM 13 ở dưới cùng của màn hình. Sau khi xác minh xong click vào biểu tượng tải lên (tô màu Xanh) để tải code lên Board như hình bên dưới

Sau khi nhấn nút, bạn sẽ thấy “Đang biên dịch phác thảo ” và sau đó, nếu mã được tải lên thành công, bạn sẽ thấy thông báo “ Đã tải lên xong ” như hình bên dưới

Đó là chúng tôi đã tải chương trình đầu tiên lên bảng Arduino thành công. Nhưng nó là gì? Chúng ta đã làm gì? Đầu ra của chương trình là gì? Để biết câu trả lời của tất cả những câu hỏi này, chúng ta hãy xây dựng một phần cứng nhỏ bằng cách sử dụng chúng có thể phát sáng đèn LED khi nhấn một nút và tự viết chương trình từ đầu

Vật liệu thiết yếu:

Các vật liệu cần thiết cho dự án này là

• Arduino UNO
• Cáp lập trình
• Nút ấn
• LED (bất kỳ màu nào)
• Điện trở 1k
• Bảng bánh mì
• Kết nối dây

Kết nối phần cứng:

Sơ đồ kết nối hoàn chỉnh của thiết lập được hiển thị bên dưới. Bạn chỉ cần làm theo hình để thực hiện các kết nối như vậy.

Trong phần cứng của chúng tôi, nút nhấn là đầu vào được kết nối với chân thứ hai của Arduino. Nếu bạn quan sát kỹ, bạn có thể nhận thấy rằng một bên của nút được kết nối với đất và bên kia được kết nối với chân số 2. Điều này có nghĩa là bất cứ khi nào chúng ta nhấn nút, chân số 2 sẽ được kết nối với đất.

Tiếp theo LED được nối với chân số 3 thông qua một điện trở 1k. Một lần nữa chân cực âm của đèn led (chân ngắn mạch) được nối với đất và chân cực dương (chân dài hơn) được nối với chân 3 thông qua một điện trở. Điện trở này được gọi là điện trở hạn chế dòng điện vì nó giới hạn lượng dòng điện chạy qua đèn LED. Nếu dòng điện này không bị giới hạn, dòng điện dư sẽ chạy qua đèn LED làm hỏng nó vĩnh viễn.

Lập trình Arduino của bạn:

Bây giờ phần cứng của chúng tôi đã sẵn sàng, chúng tôi có thể bắt đầu lập trình bảng Arduino UNO của mình. Các hoàn thành chương trình Arduino sẽ được đưa ra vào cuối của trang này, thêm dưới đây chúng tôi chỉ đi qua họ từng dòng.

Đối với mọi chương trình Arduino bắt buộc phải có hai chức năng. Hai hàm này là void setup () và void loop (), chúng được gọi là giá trị tối thiểu trần. Mọi thứ chúng ta viết bên trong void setup () sẽ được thực thi một lần và mọi thứ chúng ta viết bên trong void loop sẽ được thực thi lặp đi lặp lại. Cả hai chức năng được hiển thị bên dưới, đây là những gì bạn nhận được khi chọn Tệp -> Mới .

void setup () { // đặt mã thiết lập của bạn ở đây, để chạy một lần: } void loop () { // đặt mã chính của bạn ở đây, để chạy nhiều lần: }

Chúng ta hãy bắt đầu viết chương trình vào setup () chức năng. Thông thường, việc khai báo pin sẽ được thực hiện bên trong hàm setup () . Trong phần cứng của chúng ta, chúng ta phải khai báo rằng chân 2 là chân đầu vào và chân 3 là chân đầu ra. Điều này có thể được thực hiện bằng các dòng sau

pinMode (2, INPUT); pinMode (3, OUTPUT);

Nhưng chúng ta có một thay đổi nhỏ ở đây, vì chân 2 được sử dụng như INPUT nên nó không bao giờ được để nổi. Có nghĩa là chân đầu vào phải luôn được kết nối với + 5V hoặc nối đất. Trong trường hợp của chúng tôi, đầu vào sẽ chỉ được kết nối với mặt đất nếu chúng tôi nhấn nút và nếu chúng tôi không nhấn nút, nó sẽ được thả nổi. Để tránh điều này, chúng tôi sử dụng một thứ gọi là điện trở kéo lên bên trong. Điện trở này hiện diện bên trong vi điều khiển ATmega 328 và bạn không thể nhìn thấy nó. Để sử dụng điện trở này, chúng ta chỉ cần viết một dòng trên Arduino IDE.

Dòng này sẽ kết nối chân số 2 + 5V thông qua một điện trở, do đó làm cho nó đi cao khi không kết nối với đất. Vì vậy, chúng tôi thay đổi từ khóa INPUT thành INPUT_PULLUP như hình bên dưới

pinMode (2, INPUT_PULLUP);

Bây giờ chúng ta đã thực hiện xong với hàm setup (), hãy chuyển sang hàm loop (). Ở đây chúng ta phải kiểm tra xem chân 2 có được nối đất hay không (LOW) và nếu nó được nối đất thì chúng ta phải làm cho đèn LED phát sáng bằng cách đặt chân 3 ở mức CAO. Nếu không nối đất (khác), chúng ta phải giữ cho đèn LED tắt bằng cách đặt chân 3 là THẤP. Hãy để chúng tôi đưa những từ này vào chương trình như

if (digitalRead (2) == LOW) { digitalWrite (3, HIGH); } else { digitalWrite (3, LOW); }

Ở đây thuật ngữ digitalRead () được sử dụng để đọc trạng thái của chân INPUT. Nếu chân được kết nối với đất, nó sẽ trở lại LOW và nếu chân được kết nối với + 5V, nó sẽ trở lại CAO.

Tương tự, thuật ngữ digitalWrite () được sử dụng để đặt trạng thái của chân OUTPUT. Nếu chúng ta đặt chân là CAO, nó sẽ cung cấp đầu ra là + 5V và nếu chúng ta đặt chân là THẤP, nó sẽ cung cấp 0V làm đầu ra.

Vì vậy, đối với chương trình của chúng tôi, khi chúng tôi nhấn nút chân 2 sẽ được nối đất (THẤP), vì vậy chúng tôi làm cho chân 3 xuất ra + 5V (CAO). + 5V này sẽ đủ để bật đèn LED. Nếu điều kiện này không được đáp ứng thì chân 3 sẽ được đặt 0V (THẤP) và cuối cùng sẽ tắt đèn LED.

Vậy là chương trình của chúng ta đã hoàn thành, hãy tải mã lên bảng Arduino của chúng ta, giống như cách chúng ta đã tải mã nháy ở trên.

Xác minh đầu ra của chúng tôi:

Khi chúng tôi đã tải mã lên bảng Arduino thành công, đã đến lúc xác minh đầu ra của chương trình của chúng tôi. Kết nối phần cứng của Arduino của tôi được hiển thị bên dưới, để xác minh đầu ra, tất cả những gì chúng ta phải làm là nhấn nút nhấn và kiểm tra xem đèn LED có bật không. Sau đó, khi chúng tôi nhả nó ra, đèn LED sẽ tắt.

Nếu bạn gặp bất kỳ vấn đề nào trong quá trình thực hiện công việc này, bạn có thể tóm tắt vấn đề của bạn trong phần bình luận để được trợ giúp. Hoặc bạn cũng có thể sử dụng các diễn đàn để được trợ giúp kỹ thuật. Hy vọng bạn đã hiểu hướng dẫn và thực hiện bước đầu tiên của mình với Arduino, khi bạn đã quen với điều cơ bản này, bạn có thể đi sâu để khám phá Arduino nhiều hơn nữa.

Sau khi biết những điều cơ bản về Arduino, bạn có thể thử giao diện các thành phần cơ bản như LCD 16x2, Động cơ DC, Động cơ Servo, Bàn phím, v.v.

Ngoài ra, hãy kiểm tra tất cả các Hướng dẫn và Dự án Arduino của chúng tôi.