Sistemul de Dezvoltare Arduino Mega

Capitolul 3: Sistemul de dezvoltare Arduino MEGA

3.1. Caracteristici generale

ArduinoMega 2560 este o placa de dezvoltare avand ca nucleu microcontroller-ul ATMega2560 fiiind produs de catre firma ATMEL. Spre deosebire de lucrul cu microcontroller-ele clasice, acolo unde este necesara cunoasterea cu exactitate a structurii interne a acestora, platforma de dezvoltare Arduino ofera o solutie rapida de producere a aplicatiilor mascand accesul direct la registrii microcontroller-ului prin intermediul unor functii simple.

Figura 3.1. Placa de dezvoltare Arduino Mega 2560 [3]

Microcontroller-ul are 54 de pini digitali de intrare sau iesire, dintre care 15 pot fi utilizati ca iesiri PWM, 16 intrari analogice, 4 UART (porturi seriale hardware), un oscilator de cristal de 16 MHz, o conexiune USB, un jack de alimentare, un header ICSP si un buton de resetare. Este un C-MOS de 8biti, de putere mica bazat pe arhitectura AVR consolidata RISC.

Placa de dezvoltare poate fi alimentata direct din conexiunea USB sau cu ajutorul unei surse externe. Daca se utilizeaza o sursa de alimentare externa, placa de dezvoltare va stabiliza automat la 5V tensiunea ce va fi furnizata microcontroller-ului. Circuitul integrat responsabil cu stabilizarea tensiunii accepta o tensiune de intrare maxima de 20 V, insa producatorul recomanda alimentarea de la o sursa externa între 7 si 12 V. Depasirea pragului maxim duce la încalizirea excesiva a stabilizatorului,ducand la deterioarare.In schimb, daca se coboara sub pragul 6 V, avand loc o cadere de tensiune pe stabilizator, tensiunea furnizata microcontroller-ului va fi mai mica de 5 V fapt care va duce la o functionare necorespunzatoare.

Microcontrollerul ATmega2560 are o tensiune de operare de 5V, tensiunea de alimentare recomandata poate varia intre 7 si 12V. Tensiunea de alimentare poate avea ca minim 6V, iar ca maxim 20V.Intrarile si iesirile sunt in numar de 54, intrarile analogice fiind doar 16.Curentul maxim/pin este de 40mA, iar memoria Flash are un maxim de 256KB.Memoria SRAM are valoarea de 8KB, pe cand EEPROM ajunge la 4KB.

Comunicarea cu Arduino Mega2560

Arduino Mega2560 are un numar de facilitati pentru comunicarea cu un calculator, un alt Arduino, sau alte microcontrolere. ATmega2560 ofera patru hardware UART pentru TTL (5V) de comunicare seriala . Software-ul Arduino include un monitor serial care permite datelor de tip text, simple, sa fie trimise la placa si de la placa. LED-urile RX si TX de pe placa vor clipi atunci cand datele sunt transmise prin intermediul cipului ATmega8U2 / ATmega16U2 si a conexiunii USB la computer (dar nu pentru comunicarea seriala pe pinii 0 si 1).

Arduino Mega2560 ofera, de asemenea, comunicare SPI si TWI. Software-ul acestui arduino include o librarie Wire pentur simplificarea utilizarii magistralei TWI.

Programarea Arduino Mega2560

Arduino Mega poate fi programat cu ajutorul mediului de dezvoltare propiu: Arduino IDE. ATmega2560 vine cu un bootloader care permite utilizatorului sa upload-eze un nou cod fara sa utilize alte hardware-uri externe. Acesta comunica utilizand protocolul STK500 original.

Se poate sari peste acest bootloader si se poate programa microcontroller-ul cu ajutorul header-ului ICSP (programare serial in circuit – In-Circuit-Serial-Programming) utilizand Arduino ISP sau ceva similar.

Resetarea (software) automata

Pe langa necistatea apasarii fizice a butonului de reset inainte de upload, Arduino Mega2560 este proiectat astfel incat sa accepte sa fie resetat cu ajutorul unui software conectat la un computer. Una dintre liniile de control hardware (DTR) ale ATmega2560 este conectata la linia de reset cu ajutorul unui condensator de 100 nanofarazi. Cand aceasta linie este activata, linia de reset va reseta chip-ul. Software-ul arduino este capabil sa permita upload-ul codului prin simpla apasare a unui buton din mediu de dezvoltare Arduino.

Setup-ul are alte implicatii. Cand Mega2560 este conectat la un computer care ruleaza Mac OS X sau Linux, el se va reseta de fiecare data cand conexiunea este facuta de catre software (prin USB). Pentru urmatoarea jumatate de secunda, bootloader-ul se executa pe Mega2560. Este de asemenea programat sa ignore datele gresite, el va intercepta primii cativa biti de date trimisi catre placa dupa ce conexiunea a fost deschisa. În cazul în care o aplicatie care ruleaza pe placa de configurare a primit-o data sau mai multe date, atunci cand porneste în primul rand, asigurati-va ca software-ul cu care comunica asteapta o secunda dupa deschiderea conexiunii înainte de a trimite aceste date.

Mediul de dezvoltare integrat Arduino (IDE) este o aplicatie cross-platform scrisa în Java. Acesta este conceput pentru a introduce in arta programarii nou-venitii nefamiliarizati cu dezvoltarea de software . Mediul de dezvoltare Arduino include un editor de cod cu o serie de caracteristici, cum ar fi evidentierea sintaxei , indentarea automata , si este , de asemenea, capabil de compilarea si încarcarea programelor in placa de dezvoltare cu un singur clic . Un program sau cod scris pentru Arduino este numit ” schita ” (sketch) .

Programele Arduino sunt scrise în C sau C + + . Pentru executia ciclica a unui program, utilizatorul nu trebuie decat sa defineasca doua functii:

setup ( ) : o functie ce ruleaza o singura data , la începutul unui program, care are rolul de a initializa setarile programului;

loop ( ) : o functie ce ruleaza în mod repetat pana la intreruperea alimentarii placii de dezvoltare;

3.2. Ethernet shield

Figura 3.2. Placa Ethernet shield [4]

Arduino Ethernet Shield permite conectarea la internet în doar cateva minute. Daca vom conecta acest modul pe placa Arduino, conectam un cablu de retea la RJ45, si urmand cateva instructiuni simple putem incepe controlul placii cu ajutorul internetului. Ca de obicei, cu Arduino, fiecare element al platformei -hardware,software si partea de documentatie- este disponibila gratuit si este open-source.

Ethernet Shield este bazat pe cipul ethernet Wiznet W5100. Wiznet W5100 furnizeaza o adresa ip, acceptata de TCP si UDP. Suporta pana la 4 conexiuni socket simultane. Folosim libraria Ethernet pentru a scrie aplicatii conectate la internet prin aceasta placa. Ethernet Shield permite pastrarea intacta a pinilor permitand conectarea altei placi deasupra acesteia. Are o conectiune standard RJ-45, cu o linie de transformare integrata si alimentare prin internetul activat. Mai are un slot de card microSD care poate fi folosit pentru stocarea fisierelor pentru lucrul pe internet.Este compatibil cu Arduino Mega, utilizand libraria Ethernet.

Cititorul de carduri microSD integrat este accesibil prin intermediul librariei SD. Cand se utilizeaza aceasa librarie SS este pe pinul 4.

Placa include de asemenea si un controller de reset pentru a ne asigura ca modulul W5100 este resetat corect. Placa este alimentata cu ajutorul modulului POE( Power Over Ethernet) proiectat pentru a extrage putere dintr-o pereche conventionala de cablu ethernet categoria V, cu urmatoarele proprietati:

– conform standardului IEE802.3af

– zgomot si riplu de iesire scazut(100mVpp)

– tensiune de intrare cuprinsa intre 36V-57V

– circuit de protectie pentru supraalimentare

– iesire de 9V

– convertor DC-DC de mare eficienta

– izolatie de 1500V(intrare-iesire)

Arduino comunica cu W5100 si cardul SD utilizand magistrala SPI. Pentru aceasta sunt folositi pinii 50, 51 si 52 ai Atmega 2560. Pinul 10 este folosit pentru a selecta W5100 si pinul 4 este folosit pentru a selecta SD card. Acesti pini nu pot fi folositi ca I/O generali. Pinul SS, 53 nu este folosit pentru selecta W5100 sau SD card, dar trebuie pastrat ca si iesire altfel interfata SS nu va functiona. Pentru ca W5100 si cardul SD impart aceiasi magistrala SPI, nu le putem avea active pe ambele in acelasi timp. Daca folositi aceste periferice in aplicatii, ele vor trebui sa utilizeze librariile corespunzatoare. Daca nu folosim una din aceste periferice, trebuie sa o deselectam explicit. Pentru a face asta, utilizand cardul SD, setam pinul 4 ca si iesire apoi scriem valoarea 1. Pentru W5100, se seteaza pinul 10 ca si iesire. Butonul de reset va reseta ambele placi (W5100 si arduino).

Placa W5100 contine o serie de leduri informationale:

– PWR-indica faptul ca placa este alimentata

– LINK- indica prezenta link-ului de retea si clipeste atunci cand placa trimite sau primeste date

– FULLD- conexiunea este de tipul full duplex

– 100M- indica prezenta conexiunii de 100Mbs

– RX- clipeste atunci cand placa primeste date

– TX-clipeste atunci cand placa trimite date

– COLL-clipese atunci cand sunt detectate probleme de retea

Jumper-ul marcat INT poate fi conectat pentru a permite placii arduino sa primeasca notificari ale interuperilor de la evenimentele W5100. Aceasta nu este suportata de libraria Ethernet. Jumper-ul conecteaza pinul INT de la W5100 cu pinul digital 2 al arduino.

Chip-up W5100 este conceput pentru dezvoltarea de aplicatii unde este necesar sa se tina cont de usurinta de integrare, stabilitatea, performanta, dimensiuni si costuri. Acesta este conceput pentru a oferi posibilitatea de implementare usoara a conexiunii la internet fara utilizarea unui sistem de operare propriu.