Современные
информационные технологии/ 2Вычислительная техника и программирование
Кандидат педагогических наук С.А.Мартыненко,
студент четвертого курса
Е.А.Журенко
ОСПНАУ Славянский колледж Национального авиационного университета,
Украина
Программно-аппаратное ядро платформы Arduino
ХХІ век характеризуется
интенсивным развитием микроэлектроники, наблюдается также увеличение
вычислительной мощности современных микроконтроллеров. Последнее приводит к
снижению цен на микроконтроллеры, и позволяет использовать возможности которые
они предоставляют, в таких электроприводах, где ранее использование микроконтроллеров
было экономически нецелесообразным. На рынке имеется огромный выбор программируемых
логических контроллеров (ПЛК) от известных производителей Siemens, Advantech и
др, которые обладают рядом достоинств: надежность, удобное программное
обеспечение для работы с ПЛК и обучения персонала, техническая поддержка
пользователей в режиме онлайн и т.д.
В то же время, несмотря на известные
достоинства указанных ПЛК существует также один существенный недостаток –
высокая цена таких ПЛК, что является особенно актуальным для небольших
предприятий и большинства высших учебных заведений. Поэтому актуальной является
задача выбора альтернативы дорогим ПЛК, которую можно рекомендовать для
обучения студентов принципам работы с микроконтроллерами и построения
достаточно простых управляемых электроприводов. В качестве такой альтернативы
эффективно применять относительно недорогие микроконтроллеры Atmel/AVR, и в частности,
вычислительную платформу Arduino.
Таким образом, цель
статьи – это раскрыть содержание программно-аппаратного ядра платформы Arduino,
выделить преимущества использования платформы Arduino.
Ядро команды разработчиков Arduino
составляют: М.Банци, Д.Куартиллье, Т.Иго, Дж.Мартино, Д.Меллис, Н.Замбетти.
Также над проблемой программно-аппаратного ядра платформы Arduino плодотворно работают
П.Александрович, Х.Блемингс, Дж.Боксал, Д.Борчерз, Дж.Ворен, Д.Джолиф, В.Зюбин,
С.Монк, М.Марголис и др.
Перейдем к рассмотрению программного
ядра Arduino. Для программирования Arduino не требуется внешний программатор,
так как в микроконтроллере уже зашит загрузчик (BootLoader). Загрузка программы
в Arduino осуществляется посредством последовательного порта (RS232), либо при
помощи USB интерфейса. Таким образом, чтобы запрограммировать Arduino, достаточно
подключить плату к персональному компьютеру через USB порт. Программирование
осуществляется на языке Processing/Wiring, который имеет синтаксис схожий с
С++. Для написания программ используется свободно-распространяемый редактор
Arduino IDE [1, 2, 3].
Рассмотрим аппаратное ядро Arduino.
Так, комплектующими платы Arduino являются: микроконтроллер Atmel AVR,
элементная обвязка для программирования и интеграции с другими схемами. На
каждой плате обязательно присутствуют: линейный стабилизатор напряжения 5 В, 16
МГц кварцевый генератор. Все платы программируются через RS-232 (последовательное
соединение), однако реализация указанного способа отличается от версии к
версии. Также платы Arduino позволяют использовать большую часть I/O выводов микроконтроллера
во внешних схемах. Таким образом, аппаратное ядро включает в себя: 1 –
контакт Analog Reference, 2 – заземление, 3 –
цифровые выводы, 4 –контакт для передачи информации на компьютер, 5 – контакт
для получения информации с компьютера, 6 – кнопка для перезагрузки платы, 7 – контакты для ISP соединения, 8 –
микроконтроллер ATmega328, 9 – аналоговые выводы, 10 – контакт
входного вольтажа, 11 – заземление, 12 –питание 5В, 13 – питание 3.3В, 14 – контакт для
перезагрузки, 15 – разъём для дополнительного питания, 16 – USB
соединение (Рис.1) [5].
Платформа
Arduino нашла себе применение во многих сферах
Рис.1. Аппаратное ядро Arduino
Подводя итоги выше
изложенного, выделяем следующие достоинства платформы Arduino. Во-первых, низкая стоимость по сравнению с
похожими аппаратными платформами: готовые модули Arduino стоят не дороже 50$, а
возможность собрать плату вручную позволяет максимально сэкономить средства и
получить Arduino за минимальную цену. Во-вторых, кроссплатформенность. Программное
обеспечение Arduino работает на операционных системах Windows, Macintosh OSX и Linux, в то
время, как большинство подобных систем ориентированы на работу только
в Windows.
В-третьих, простая и удобная среда программирования для начинающих, но при
этом достаточно гибка для профессионалов. В-четвертых, расширяемое программное обеспечение с открытым исходным кодом, благодаря
чему квалифицированные программисты могут изменять и дополнять его.
Возможности языка Arduino можно также расширять с помощью C++ библиотек.
И наконец, расширяемое открытое аппаратное обеспечение. Устройства
Arduino построены на базе
микроконтроллеров Atmel ATmega8 и ATmega168. Благодаря тому, что все схемы
модулей Arduino опубликованы под лицензией Creative Commons, опытные инженеры и
разработчики могут создавать свои версии устройств на основе существующих.
Таким образом, в
процессы исследования было рассмотрено программно-аппаратное ядро платформы Arduino. Сформулировано
основные достоинства данной платформы: низкая стоимость, кроссплатформенность, простая и удобная среда
программирования, расширяемое
открытое аппаратное обеспечение. Доказано, что использование платформы Arduino
является оптимальным для использования в специальных высших учебных заведениях
с целью формирования соответствующих профессиональных навыков студентов.
Литература:
1. Александрович П.
В.Проекты с использованием контроллера Arduino. – БХВ-Петербург, 2014. – 400 с.
2. John-David Warren. Arduino Robotics /
John-David Warren, Josh Adams
Harald
Molle. – 2011. – 626 р.
3. http://www.arduino.cc –
Официальный сайт платформы Arduino
4.
D.Jolliffe. Arduino Feve /
D.Jolliffe //Maker:Volume. – 2007.
– C.52-53.
5. http://suli-company.org.ua/electro/arduino/1106-vvedenie-arduino.html – стаья
«Введение Arduino» на научно-техническом
сайте С.Асабашвили
6. Зюбин В.Е.
Программирование информационно-управляющих систем на основе конечных автоматов:
Учеб.-метод. пособие / В.Е.Зюбин.
–Новосиб. гос. ун-т.: Новосибирск. – 2006. –
96 с.
7.
Boxall
J. Arduino Workshop / J. Boxall J. –
No Starch Press, 2013. – 394 p.