Select Page

L’elettronica oggi

da | 28 Giu 2015 | Arduino da Zero, Tecnologia | 0 commenti

Non mi sembra vero ma sono passati ormai decenni da quando ho iniziato a giocare con l’elettronica. Ricordo ancora le difficoltà e l’enorme soddisfazione alla conclusione di progettini semplici e banali.
Oggi anche il solo reperire informazioni è diventato veramente semplice e immediato. Il tempo passa, le cose cambiano… e anche velocemente! L’elettronica non è da meno, ho vissuto in prima persona questi cambiamenti, cambiamenti veloci e significativi. La cosa è veramente entusiasmante, l’elettronica e l’informatica si sono avvicinate sempre più l’un l’altra con il passare del tempo. La loro unione era inevitabile. Grazie a questa evoluzione chiunque, e sottolineo CHIUNQUE, può avvicinarsi a questo mondo in modo semplice, veloce e a basso costo (che non guasta mai!).
Raspberry Pi e Arduino sono due esempi viventi, così come tanti altri. Non ho intenzione di parlare qui di Raspberry Pi, scriverò articoli dedicati. Ma Arduino… Una genialata! Ok, non è stata la prima e unica soluzione simile ma è sicuramente un progetto azzeccato e molto apprezzato.

Ma cosa è Arduino?

Arduino è una piattaforma hardware e software open-source con cui realizzare dispositivi digitali in grado di interagire con il mondo esterno attraverso sensori (ad esempio una fotocellula) e attuatori (ad esempio un motore). L’hardware è basato su un microcontrollore Atmel montato su una scheda con ingressi e uscite sia digitali che analogici a cui collegare sensori e attuatori. La scheda Arduino può essere collegata a un PC tramite la porta USB per trasferire i programmi dal PC o per stabilire una comunicazione seriale.

Caratteristiche principali di Arduino:

  • è economico
  • è multipiattaforma, cioè compatibile con tutti i sistemi operativi
  • è semplice da utilizzare e da programmare
  • il software è open-source quindi è possibile esaminare il codice, modificarlo e ampliarlo
  • anche l’hardware è open-source quindi è possibile scaricare gli schemi elettrici per costruire da soli la propria scheda, capire come funziona o migliorarla
  • è facilmente espandibile con delle schede di espansione dette Shield (ad esempio per comandare motori, collegare schede SD, connettersi a reti Ethernet o wifi, ecc.)

Caratteristiche hardware di Arduino UNO

Esistono diverse schede a seconda dell’utilizzo che si necessita. Quella che prendo come riferimento per gli articoli è Arduino UNO.

  • clock a 16 Mhz
  • 32 Kb di memoria flash
  • 2 Kb di memoria RAM
  • 1 Kb di memoria EEPROM (non volatile)
  • 14 pin di input/output digitali
  • 6 pin di input analogici
  • porta USB
  • spinotto per alimentazione DC
  • pulsante reset

MEMORIA

La memoria flash contiene il programma e il bootloader (0,5 Kb) mentre la memoria EEPROM (che non si cancella spegnendo la scheda) è utilizzata per conservare permanentemente dati e variabili che andrebbero persi se memorizzati nella RAM.
La memoria RAM è poca e va usata con attenzione (considerate che ogni carattere di testo occupa un byte e tutta la memoria RAM disponibile è di solo 2048 byte).

INPUT/OUTPUT

I pin digitali possono essere utilizzati come ingressi o uscite digitali e assumono due possibili valori di tensione: alto (5 Volt) e basso (0 Volt). Sei di questi pin possono essere usati come uscite analogiche con la tecnica della modulazione di larghezza di impulso PWM.
Gli ingressi analogici accettano segnali in tensione compresi tra 0 e 5 Volt che vengono convertiti in digitale da un ADC a 10 bit (1024 possibili valori).

ATTENZIONE!!! La corrente massima erogabile da ogni pin è 40mA. Se si cerca di erogare più corrente o si cortocircuita per errore un pin (sia a massa che a 5 Volt) c’è il rischio di danneggiare irreversibilmente il pin o l’intera scheda.

CONNESSIONE USB

La porta USB permette di connettere la scheda ad un PC e può essere usata per:

  • alimentare la scheda
  • trasferire il programma dall’ambiente di sviluppo su PC alla scheda Arduino
  • stabilire una comunicazione seriale tra scheda e PC

ALIMENTAZIONE

La scheda può essere alimentata:

  • dal PC attraverso la porta USB (5 Volt)
  • da un’alimentatore esterno (7-12 Volt) collegato allo spinotto di alimentazione
  • a batterie tramite lo spinotto di alimentazione

DESCRIZIONE DEI PIN

PinDescrizione
VinTensione dell'alimentazione esterna
5VTensione dal regolatore della scheda
3,3VTensione dal regolatore della scheda
GNDMassa (0 Volt)
IOREFRiferimento di tensione
0 e 1Usati anche per la comunicazione seriale
2 e 3Usati anche come interrupt
3, 5, 6, 9, 10, 11Usati anche come uscite analogiche PWM
13Usata anche per il LED montato sulla scheda
Da A0 a A5Ingressi analogici a 10bit (range 0-5 Volt; da 0 a 1023)
AREFRiferimento per gli ingressi analogici
RESETPer fare un reset della scheda

Il software Arduino

Dal sito di Arduino è possibile scaricare gratuitamente il software (anche da Arduino.org), in particolare l’ambiente di sviluppo e i driver necessari per comunicare con la scheda. Disponibile per Windows, Mac e Linux.

L’AMBIENTE DI SVILUPPO

Il programma contenuto nella cartella scaricata dal sito è un IDE, cioè un ambiente di sviluppo integrato, lo si usa per scrivere i programmi per la scheda Arduino e per caricarli dal PC alla scheda.

Gli elementi principali del programma sono:

  1. editor di testo
  2. area messaggi
  3. console di testo
  4. barra degli strumenti
  5. barra dei menù
  6. barra di stato

L’editor occupa gran parte della finestra e permette di lavorare con più file contemporaneamente usando delle tab (un po’ come i browser ).
L’area messaggi mostra quale operazione sta eseguendo l’IDE mentre la console di testo visualizza in maniera più dettagliata il risultato di queste operazioni, evidenziando errori o altre informazioni.
La barra di stato mostra il nome della scheda Arduino e della porta seriale utilizzata.
Dalla barra dei menu è possibile accedere a tutte le funzionalità dell’IDE; la useremo per poche operazioni fondamentali, in particolare:

  • impostare il tipo di scheda e la porta seriale utilizzate (menù Strumenti); nel nostro caso sceglieremo “Arduino Uno” e una delle porte COM
  • impostare la posizione della cartella degli sketch che conterrà tutti i nostri programmi (File|Preferenze in Windows Arduino|Preferences per chi usa Mac)

La barra degli strumenti contiene sei icone che corrispondono ai comandi più utilizzati. La funzione svolta da ognuno di loro è:

  • Verifica: controlla se ci sono errori nel programma
  • Carica: compila il programma (traduce il testo in un file eseguibile) e lo carica sulla scheda Arduino
  • Nuovo: crea un nuovo sketch
  • Apri: mostra un menù con tutti gli sketch (i nostri e quelli di esempio)
  • Salva: salva lo sketch
  • Monitor seriale: apre la finestra del monitor seriale che visualizza i dati inviati dalla scheda Arduino al PC

SCRIVERE UN PROGRAMMA

Il codice sorgente dei programmi (in Arduino chiamati sketch) è un semplice file di testo con estensione .ino. L’editor dell’ambiente di sviluppo ha delle caratteristiche particolari che facilitano la scrittura dei programmi, in particolare:

  • il syntax highlighting, cioè la capacità di evidenziare il testo con colori diversi in base alle regole del linguaggio di programmazione utilizzato (ad esempio i commenti sono in grigio, le parole chiave in arancione, le costanti in azzurro, ecc.)
  • l’auto-indentazione (l’indentazione consiste nell’aumentare il rientro del testo per dare struttura al codice; non è necessaria e viene ignorata in fase di compilazione ma aumenta notevolmente la leggibilità del codice e ne facilita la comprensione); l’editor provvede ad indentare correttamente il codice mentre lo si digita (ad esempio aumentando di due spazi il rientro del blocco di codice di una funzione)
  • la guida di riferimento (Reference) del linguaggio di programmazione che può essere consultata dal menu Aiuto o richiamando una voce in particolare selezionando una parola chiave nel testo e utilizzando il menù contestuale

Nei prossimi giorni pubblicherò una serie di tutorial molto pratici per l’utilizzo di Arduino. Per poterli seguire nella pratica ti serviranno dei materiali (oltre alla scheda Arduino ONE). Solitamente tutti acquistabili in qualsiasi negozio di elettronica. Sarà mia premura segnalare ciò che ti serve per poter seguire e mettere in pratica il tutorial.

Sommario tutorial

Tutorial

0

L’elettronica oggi – questo tutorial

Introduzione e presentazione di Arduino UNO, caratteristiche hardware e il software di gestione. Inizia qui il tuo viaggio nell’elettronica con Arduino.

Tutorial

1

Arduino, sporchiamoci le mani

Iniziamo ad usare la nostra scheda Arduino UNO, in 3 minuti facciamo lampeggiare un LED interno. Non hai bisogno di nessun materiale aggiuntivo!

Tutorial

2

Arduino, giochiamo con 3 LED

E’ arrivato il momento di fare sul serio… Con questo tutorial impari a gestire le uscite di Arduino UNO e far accendere e spegnere 3 LED.

L’autore

Classe 1973, adoro cani, rapaci e animali in genere. Mi piace tutto ciò che è tecnologia, mi piace l’informatica, internet e l’elettronica.

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Newsletter

Pin It on Pinterest

Condividi

Condividi questo articolo con tutti i tuoi amici!

Shares