بررسی برد آردوینو

 تصویر بالا، یه برد آردوینو Uno رو به همراه معرفی مهمترین قطعات اون نشون میده. بعداً هریک از اونا رو توضیح میدیم. ابتدا اجازه دهید با کانکتور USB یا USB connector شروع کنیم. برای اینکه بتونیم آردوینو رو به کامپیوتر وصل کنیم، به یه کابل USB نیاز داریم. نوع کابل USB ، به نوع برد آردوینو که استفاده می کنید بستگی داره. بورد آردوینو Uno از فیش USB نوع B استفاده می کنه، در حالی که بوردهای دیگه، مثل آردوینو Leonardo یا آردوینو Due از فیش USB میکرو نوع B استفاده می کنن.

در تصویر بالا انواع فیش های USB نشون داده شدن. که نام اونا از چپ به راست عبارتند از:

1. فیش میکرو نوع B
2. فیش 8 پین مینی نوع B
3. فیش مینی نوع B
4. فیش مادگی نوع A
5. فیش نوع A
6. فیش نوع B

 ما می توانیم از اتصالات USB برای اهداف مختلفی استفاده کنیم. مثلا:

• آپلود کردن نرم افزارهای جدید به برد آردوینو(در بخش کامپایل و آپلود برنامه ها این را آموزش خواهید دید)
• ارتباط برقرار کردن با برد آردوینو و کامپیوتر(در بخش استفاده از پورت های سریال این را آموزش خواهید دید)
• تامین برق برد آردوینو

 چون آردوینو یه دستگاه الکترونیکی هست، به برق احتیاج داره. یه راه برای برق رسوندن بهش اینه که اون رو به پورت USB کامپیوتر متصل کنیم، اما در برخی موارد، این کار، یک راه حل خوب به حساب نمیاد. برخی از پروژه ها، به یه کامپیوتر احتیاج ندارن و این زیاده رویه که از یک کامپیوتر کامل فقط برای برق رسوندن به آردوینو استفاده کنیم. همچنین پورت USB تنها 5 ولت برق داره و گاهی اوقات ما به ولتاژ بیشتری نیاز داریم.

(تصویر 1)

 در چنین موقعیت هایی معمولاً بهترین راه حل اینه که از یک آداپتور 9 ولت AC استفاده کنیم. محدوده ولتاژ توصیه شده از 7 ولت تا 12 ولت است. ما به یک آداپتور 2.1mm نیاز داریم(قطر خارجی فیش آداپتور 5.5mm و قطر داخلی آن 2.1mm است). فیش این آداپتور رو به جک برق آردوینو متصل کنید؛ خواهید دید که بلافاصله آردوینو استارت میشه، حتی اگه به هیچ کامپیوتری متصل نباشه. به هر حال، اگه ما برد آردوینوی خودمون رو به یه پورت USB متصل کنیم، این برد از منبع برق خارجی(اگر در دسترس باشد)  استفاده میکنه.

توجه داشته باشید که نسخه های قدیمی تر برد آردوینو(Arduino NG و Diecimila) به طور اتوماتیک بین منبع برق خارجی و منبع برق USB سوئیچ نمی کنن. این بردها، یک جامپر برای انتخاب برق دارند که با نام PWR_SEL برچسب گذاری شده است و ما به صورت دستی باید به ترتیب آن را بر روی EXT (مخفف اکسترنال) یا USB تنظیم کنیم. به تصویر شماره 2 توجه کنید. اکنون ما دو راه برای تامین برق آردوینو می دانیم. آردوینو همچنین برق خود رو با دیگر دستگاه ها به اشتراک میذاره. در پایینِ برد نشان داده شده در ابتدای این مقاله، چندین سوکت برای تامین برق وجود داره(ما گاهی اوقات به این سوکت ها، پین می گوییم زیرا آنها به پین های میکروکنترلر متصل شده اند).

• با استفاده از پین های 3.3V و 5V در برد آردوینو می تونیم به دستگاه های خارجی متصل شده به آردوینو به مقدار 3.3 ولت یا 5 ولت برق برسونیم.
• پین های اتصال به زمین یا ground با GND مشخص شده اند و به دستگاه های خارجی امکان می دهد تا اتصال به زمین را با آردوینو به اشتراک بگذارند.
• برخی پروژه ها باید قابل حمل باشند، بنابراین به یک منبع برق قابل حمل مثل باتری نیاز دارند.

ما یک منبع برق خارجی یا اکسترنال مثل باتری را به سوکت های Vin و GND متصل می کنیم.

(تصویر 2)

 آردوینوهای قدیمی تر، از جامپر برای انتخاب منبع برق استفاده می کردند.

 اگه ما یه آداپتور AC رو به جک برق آردوینو متصل کنیم، می تونیم از طریق پین Vin به ولتاژ آداپتور دسترسی داشته باشیم. در گوشه پایین و سمت راست برد آردوینو، شش پین ورودی آنالوگ که از A0 تا A5 نامگذاری شده اند، مشاهده می شن. ما می تونیم با استفاده از این پین ها، سنسورهای آنالوگ رو به آردوینو متصل کنیم. این پین ها، داده های سنسورها رو می گیرن و اونا رو به اعدادی بین 0 و 1023 تبدیل می کنن. در فصل 5، در ص 77 از این پین های آنالوگ برای متصل کردن یک سنسور دما به آردوینو استفاده می کنیم.

در بالای برد آردوینو، 14 پین دیجیتال IO وجود دارند که از D0 تا D13 نامگذاری شده اند. بسته به نیاز خود، می تونید از این پین ها برای ورودی های دیجیتال و خروجی های دیجیتال استفاده کنین، بنابراین ما با استفاده از این پین های دیجیتال می تونیم وضعیت یک دکمه ی فشاری(pushbutton)  یا کلید(switch) را در هنگام روشن یا خاموش کردن یک LED قرائت کنیم. (در ص 48 ، در بخش کار کردن با دکمه ها، این کار رو انجام خواهیم داد).

از شش تا از پین های دیجیتال یعنی از D3 و D5 و D6 و D9 و D10 و D11 می تونیم بعنوان پین های خروجی آنالوگ نیز استفاده کنیم. در این حالت، این پین ها، مقادیر را از 0 تا 255 به ولتاژهای آنالوگ تبدیل می کنند.

 سیگنال های آنالوگ و دیجیتال

تقریباً تمام فرآیندهای فیزیکی(physical processes)  آنالوگ هستند. هر زمان که ما یک پدیده ی طبیعی مثل الکتریسیته یا صدا رو مشاهده یا گوش می کنیم، در حقیقت ما یه سیگنال آنالوگ رو دریافت می کنیم. یکی از مهمترین ویژگی های این سیگنال های آنالوگ اینه که اونا پیوسته(continuous) هستند.

هر نقطه ای از زمان که داده شود، ما می توانیم قدرت سیگنال، را اندازه گیری کنیم و در اصل، ما حتی می توانیم کوچکترین تغییرات سیگنال رو هم ثبت کنیم. اما با اینکه ما در یک جهان آنالوگ زندگی می کنیم، سن ما دیجیتال هست. چند دهه پیش، وقتی که اولین کامپیوترها ساخته شدند، مردم متوجه شدند که وقتی اطلاعات جهان واقعی، به صورت اعداد ارائه شوند، کار کردن با اونا بسیار ساده تره، نه مثل یک سیگنال آنالوگ مثل ولتاژ یا حجم. مثلاً، این بسیار ساده تره که با استفاده از یک کامپیوتر صداها رو کنترل کنیم. یعنی  وقتی که امواج این صدا به صورت دنباله ای از اعداد ذخیره شده باشن. هر عدد در این دنباله، می تونه میزان بلندی سیگنال در یک نقطه ی معین از زمان نشون بده. بنابراین به جای ذخیره کردن یه سیگنال آنالوگ کامل، ما تنها سیگنال رو در نقاطی خاص از زمان اندازه گیری می کنیم(به تصویر زیر توجه کنید).

ما به این فرآیند، نمونه گیری(sampling) می گوییم و به مقادیری که ذخیره می کنیم، نمونه(samples) می گوییم. به فرکانسی که ما از اون برای مشخص کردن نمونه های جدید استفاده می کنیم، نرخ نمونه گیری(sampling rate) گفته می شه. برای یک CD صوتی، نرخ نمونه گیری 44.1kHz است، یعنی ما 44100 نمونه در ثانیه جمع آوری می کنیم. ما همچنین باید نمونه های خودمون رو به یک برد(range) خاص محدود کنیم. در یک CD صوتی، هر نمونه از 16 بیت استفاده می کنه. در تصویر زیر، برد(range) با دو خط فاصله دار مشخص شده اند، و ما باید در ابتدای سیگنال، نقطه ی اوج(peak ) را برش دهیم.

چون ما می توانیم هردوی دستگاه های آنالوگ و دیجیتال رو به آردوینو متصل کنیم، لازم نیست خیلی در مورد آن فکر کنید. آردوینو به طور اتوماتیک سیگنال های آنالوگ رو به دیجیتال تبدیل می کنه.

 تمام این پین ها به یک میکروکنترلر متصل می شن که یک CPU رو با برخی توابع محیطی(peripheral functions) مثل کانال های IO ترکیب می کنه. میکروکنترلرهای متفاوتی در دسترس هستن، اما در اکثر بردهای آردوینو از یک میکروکنترلر 8 بیت به نام ATmega328 که توسط کمپانی Atmel تولید می شود، استفاده شده است. هنوز مدل هایی از آردوینو مثل آردوینو Mega یا آردوینو Due وجود دارن که از میکروکنترلرهای قدرتمندتری استفاده می کنن. با اینکه کامپیوترهای مدرن، برنامه ها را از یک هارد درایو(hard drive) بارگذاری می کنند، اما میکروکنترلرها معمولا باید برنامه نویسی بشن. این یعنی ما باید نرم افزار خود را در داخل میکروکنترلر از طریق کابل بارگذاری کنیم و هنگامی که برنامه آپلود شد، این برنامه در میکروکنترلر باقی می ماند تا یک برنامه ی جدید جایگزین آن شود. هنگامی که ما به آردوینو برق می رسانیم، برنامه ای که در حال حاضر در میکروکنترلر ذخیره شده است، به طور اتوماتیک اجرا می شود.

گاهی اوقات ما می خواهیم آردوینو درست از ابتدا، شروع به کار کند. برای انجام این کار می تونیم از دکمه ی reset در سمت راست برد آردوینو استفاده کنیم. اگر این دکمه را فشار دهید، همه چیز دوباره مقدار دهی اولیه می شود و برنامه ی ذخیره شده در میکروکنترلر، دوباره شروع به کار می کند. (در ص 45 از آن استفاده خواهیم کرد). در اکثر بردهای آردوینو، یک جفت LED وجود دارند. در ص 16  در برنامه ی Hello World در مورد آنها بیشتر خواهیم آموخت.

 {module کمک نقدی به نویسنده}