Arduino là gì? Cấu tạo, ứng dụng và một số mạch thường gặp

Arduino là gì? Arduino được biết đến là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các dự án điện tử. Thành phần của Arduino bao gồm mạch điều khiển và phần mềm hoặc IDE (Môi trường phát triển tích hợp) chạy trên máy tính của bạn được sử dụng để viết và tải mã máy tính lên mạch điều khiển. Ở bài viết này, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thông tin về Arduino.

Tìm hiểu Arduino là gì?

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các dự án điện tử. Thành phần của Arduino bao gồm mạch điều khiển và phần mềm hoặc IDE (Môi trường phát triển tích hợp) chạy trên máy tính của bạn được sử dụng để viết và tải mã máy tính lên mạch điều khiển.

Nền tảng Arduino trở nên khá phổ biến đối với những người mới bắt đầu. Không giống như các bảng mạch điện tử được lập trình trước đó. Arduino không cần một mạch chủ riêng để tải mã nguồn vào mạch điều khiển mà người dùng chỉ cần sử dụng dây cáp USB.

Ngoài ra, Arduino IDE sử dụng nền tảng đơn giản hóa của C++, giúp cho việc học ngôn ngữ lập trình Arduino trở nên dễ dàng hơn.

Trong các phiên bản của Arduino thì Uno là một trong những bo mạch phổ biến nhất và đây cũng là sự lựa chọn tuyệt vời cho những người mới bắt đầu. Tuy nhiên để có thể học tốt Arduino thì bạn phải có nền tảng cơ bản về điện tử và lập trình C, C++ trước đó.

Arduino có thể làm được gì?

Phần cứng và phần mềm của Arduino được thiết kế bởi các nhà phát triển và bất kỳ ai quan tâm đến việc tạo đối tượng hoặc môi trường tương tác thì việc sử dụng Arduino có thể tương tác với các nút nhấn, LED, động cơ, loa, thiết bị GPS, máy ảnh, internet và có thể tương tác với điện thoại, tivi.

Những ứng dụng này kết hợp với thực tế là phần mềm Arduino hoàn toàn miễn phí, bo mạch phần cứng khả rẻ, cả phần mềm và phần cứng đều dễ dàng học giúp cho Arduino trở thành một cộng đồng lớn với nhiều người dùng, đã phát triển được nhiều mã và đưa ra rất nhiều các hướng dẫn cho nhiều dự án.

Đối với nhiều những ứng dụng như: Robot, chăn sưởi, máy tính toán độ trung thực và thậm chí là những trò chơi như Dungeon và Dragons. Arduino đều có thể sử dụng làm bộ não đứng phía sau hầu hết các dự án điện tử. Ngoài ra, còn rất nhiều các ứng dụng khác từ Arduino mà bạn có thể tự khám phá.

Cấu tạo của Arduino

Có rất nhiều các phiên bản mạch Arduino khác nhau và chúng có thể được sử dụng với nhiều mục đích. Nhưng hầu hết các mạch đều giống nhau về các thành phần chính:

1. Nguồn (USB / Barrel Jack)

Mỗi mạch Arduino đều có cổng kết nối với nguồn điện. Cụ thể trên đây mà mạch Arduino UNO có thể được lấy nguồn từ dây cáp USB từ máy tính của bạn, hoặc một số nguồn DC khác có Jack DC. Trong hình trên nguồn kết nối qua cổng USB được dán nhãn (1) và Jack DC được dán nhãn (2).

Chân kết nối USB cũng là chân để bạn có thể tải code lên bo mạch Arduino.

Lưu ý: Tuyệt đối không được sử dụng nguồn lớn hơn 20V vì với nguồn điện áp này sẽ có thể phá hủy mạch Arduino của bạn. Điện áp được các nhà sản xuất đề nghị cho hầu hết các bo mạch Arduino là từ 6 – 12V.

2. Các chân (5V, 3.3V, GND, Digital, Analog, PWM, ISF)

Các chân trên là nguồn ra mà bạn có thể kết nối dây đầu ra với các tải hoặc một số mạch kết nối bên ngoài. Với các loại Arduino sẽ có thể một số loại chân khác nhau. Ở mỗi chân đều được in các nhãn và ký tự để người sử dụng có thể phân biệt được.

GND (3) : Viết tắt của ‘Ground’ là mass. Có một số chân GND trên Arduino, bất kỳ các chân GND trong số đó có thể được sử dụng để nối mass mạch của bạn.
5V (4) & 3.3V (5) : Chân 5V cung cấp năng lượng 5 volt và chân 3,3V cung cấp 3,3 volt. Hầu hết các thành phần đơn giản được sử dụng với Arduino đều hoạt động bình thường ở mức 5 hoặc 3,3 volt.
Analog (6) : Các chân được dán nhãn ‘Analog In’ (A0 đến A5 trên UNO) là các chân Analog In. Các chân này có thể đọc tín hiệu từ các cảm biến tương tự (như cảm biến nhiệt độ ) và chuyển đổi nó thành một giá trị Digital mà chúng ta có thể đọc được.
Digital (7): Các chân Digital được dán nhãn từ 0 – 13 trên Arduino UNO, các chân này có thể được sử dụng cho cả đầu vào digital nếu như là các nút nhấn và đầu ra digital nếu như cấp nguồn cho LED.
PWM (8): Bạn có thể nhìn thấy những dấu (~) nằm ở bên cạnh các chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11 trên mạch. Các chân này đều có chức năng hoạt động như các chân Digital thông thường, nhưng cũng có thể sử dụng để điều chế độ rộng xung PWM. Bạn có thể hình dung các chân này có thể được sử dụng mô phỏng đầu ra tín hiệu Analog.
ISF (9): Được viết tắt của cụm từ Analog Reference, hầu hết chân này thường không được sử dụng. Đôi khi nó được sử dụng để có thể đặt điện áp tham chiếu trong khoảng từ 0 – 5V làm giới hạn cho các chân đầu vào Analog.

2. Nút Reset (Reset Button)

Nút reset (10) có nhiệm vụ khởi động lại bất kỳ đoạn code nào được tải trên Arduino. Điều này rất hữu ích nếu code của bạn không có vòng lặp nhưng bạn lại muốn kiểm tra chương trình đó nhiều lần.

3. Đèn LED báo nguồn (Power LED Indicator)

Đèn báo được nắp ngay bên phải của chữ UNO, đó là một đèn LED nhỏ được dán nhãn ON (11).

Đèn báo này có nhiệm vụ báo khi có nguồn cấp vào Arduino. Trong một số trường hợp đèn không sáng thì chắc chắn có vấn đề xảy ra. Bạn có thể kiểm tra lại dây cáp USB, nguồn cấp và cả mạch nữa.

4. LED TX và RX (TX RX LEDs)

TX là LED hiển thị tín hiệu truyền đi và RX là hiển thị tín hiệu nhận về. Những tín hiệu này xuất hiện khá nhiều trong các thiết bị điện tử để có thể chỉ ra những chân thực hiện nhiệm vụ truyền tải nối tiếp. Trong trường hợp này, có 2 vị trí trên Arduino UNO là TX và RX (12).

Các LED này có nhiệm vụ thông báo cho người dùng bất cứ khi nào Arduino được nhận hoặc truyền dữ liệu đi. Ví dụ như tải một chương trình lên thì đèn sẽ hiển thị.

5. IC chủ (Main IC)

IC chủ là vị trí số 13. Đây được coi là bộ não của Arduino. IC thường được sử dụng là dòng IC ATmega của công ty ATMEL sản xuất. Việc nhận biết được IC chủ cũng là điều rất quan trọng, vì bạn cần biết mạch của bạn đang sử dụng IC nào để bạn có thể nạp chương trình thích hợp từ phần mềm Arduino.

Thông tin về tên của IC thường được tìm thấy ở phía mặt trên. Nếu bạn muốn tìm hiểu sâu hơn về thông tin của IC bạn có thể đọc thêm tài liệu từ nhà sản xuất.

6. Bộ điều chỉnh điện áp (Voltage Regulator)

Bộ điều chỉnh điện áp (14), không được sử dụng nhiều. Nhiệm vụ của nó là điều chỉnh điện áp, kiểm soát nguồn điện áp đưa vào mạch Arduino.

Bạn hãy coi rằng nó giống như một người canh gác, nó sẽ làm biến mất những điện áp phụ có thể gây tổn hại cho các linh kiện trong mạch. Nhưng bạn cũng cần phải hết sức chú ý là bộ điều chỉnh điện áp này cũng có giới hạn của nó. Vì vậy, tuyệt đối không nên kết nối mạch Arduino với nguồn điện DC lớn hơn 20V.

Các loại mạch Arduino thường được sử dụng

Arduino được tạo ra với rất nhiều các phiên bản khác nhau. Ngoài ra, một phần của phần cứng có thể được mở rộng để người khác có thể sửa đổi và sản xuất ra các dẫn xuất của mạch để có thể cung cấp ra nhiều các chức năng hơn. Dưới đây là một số mạch Arduino thường được sử dụng.