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17-11-2019 06:41

Arduino per principianti - L' Hardware e le connessoni

Eccoci finalmente alla scheda Arduino UNO. In questo articolo impareremo a distinguere l' hardware presente sulla scheda e le connessioni con il mondo esterno (PINOUT).

 

 

Per comodità ripropongo l' immagine intera della scheda ARDUINO UNO evidenziando una sua parte, utile per individuare il componente preso in esame.

Iniziamo dal "Barrel Jack" o "DC Power". Il connettore di alimentazione può essere usato per alimentare la scheda ARDUINO mediante un alimentatore da viaggio o da laboratorio. La tensione di alimentazione può variare da 5 a 20 Volt, ma il produttore consiglia il range da 7 a 12 Volt questo perchè il regolatore a bordo, con tensione superiore a 12V potrebbe surriscaldarsi mentre inferiore a 7V potrebbe non essere sufficiente, inoltre, tra il jack di alimentazione e il pin VIN è montato un diodo di protezione contro l' inversione di polarità con valore massimo di 1 Ampere. Sembrerà banale scrivere qualche riga su questo componente, ma spesso viene commesso un errore. Nei prossimi articoli, realizzando il primo semplice progetto, noteremo che questo componente verrà utilizzato esclusivamente dopo che la scheda viene programmata e utilizzata in maniera singola (cioè senza essere alimentata dal PC). L' errore più comune è proprio quello di collegare al DC Power un alimentatore esterno mentre la scheda è connessa al PC mediante la porta USB.

 

Il "LED POWER ON". Questo LED si accende quando la nostra scheda è alimentata. Lo vedremo in funzione quando collegheremo l' alimentazione al Barrel Jack oppure quando collegheremo ARDUINO UNO mediante porta USB al PC.

 

 

La "USB Port". La porta USB è utilizzata per la connessione al PC, per eseguire la programmazione o per monitorare il suo funzionamento mediante il "monitor seriale" (che vedremo in seguito). Quando connessa al PC, mediante un cavo USB, la scheda viene alimentata con una tensione di 5V a 500 mA.

 

Microcontrollore ATmega16 e relativo oscillatore a 16 MHz. E bene si, sulla nostra scheda ARDUINO UNO ci sono ben due microcontrollori! Un interfaccia necessaria per la comunicazione tra la scheda e il PC basata su MCU ATmega16 posto dietro la porta USB; al suo fianco l' oscillatore al quarzo da 16.000 KHz necessario per il suo funzionamento.

 

I LED TX ed RX. Questi LED indicano che tra la scheda ARDUINO UNO e il PC vi è uno scambio di Dati, infatti lampeggiano sia quando inviamo il nostro programma compilato nell' ambiente ARDUINO IDE, ma anche durante il suo funzionamento (in quest' ultimo caso i dati sono quelli che vedremo sul nostro "monitor seriale".

 

Il "Microcontrollore ATmega328/P e relarivo Oscillatore al quarzo da 20 MHz". Ecco il cuore della nostra scheda ARDUINO UNO, ne abbiamo parlato in maniera molto superficiale nell' articolo precedente; al suo fianco l' oscillatore da 20.000 KHz necessario al suo funzionamento. I PIN di INPUT e OUTPUT del microcontrollore sono direttamente collegati alle "STRIP LINE" di I/O della scheda.

 

Il "Reset Button". Questo pulsante serve per ripristinare ARDUINO UNO, esso è collegato in parallelo al PIN "RESET" sulla "Strip Line" dedita all' alimentazione. Quando si preme questo pulsante non si fa altro che far ripartire il programma che abbiamo scritto sulla MCU; premendolo, dunque non andremo a cancellare il codice scritto sul microcontrollore.

 

Eccoci finalmente alle "Strip Line" che permettono alla scheda ARDUINO UNO di comunicare con il mondo esterno. A sinistra possiamo distinguere la strip line relativa all' alimentazione "POWER". Queste connessioni sono utilizzate per interagire con i componenti esterni.

Il PIN "IOREF" è il riferimento di INPUT/OUTPUT. Fornisce la tensione di riferimento con cui opera il microcontrollore.

Il PIN "RESET" portato a livello "LOW" cioè a negativo ripristina ARDUINO. Esso è collegato con il pulsante RESET posto vicino alla porta USB.

I PIN "3.3V" e "5V" forniscono in uscita le relative tensioni per alimentare i componenti esterni in base alle specifiche del produttore.

I PIN "GND" se ne possono trovare cinque e sono tutti interconnessi. i PIN GROUND vengono utilizzati per chiudere il circuito elettrico e fornire un livello di riferimento logico "LOW" comune a tutto il circuito.

Il PIN "VIN" viene usato per alimentare la scheda usando una fonte di alimentazione esterna. La tensione deve sempre rispettare il renge mensionato in precedenza (7~12V). Questo PIN non alimenta la porta USB.

A destra invece troviamo la strip line relativa agli I/O Analogici. I pin A0,A1,A2,A3,A4,A5 utilizzano l' ADC (Analogic-Digital-Converter). Questi PIN fungono da ingressi analogici ma possono anche funzionare come ingressi e uscite Digitali.

ADC è un circuito elettronico utilizzato per convertire segnali analogici in segnali digitali. Questa rappresentazione digitale di segnali consente al microcontrollore (che è un dispositivo digitale) di misurare il segnale analogico e utilizzarlo attraverso il suo funzionamento.

I PIN A0-A5 sono in grado di leggere tensioni analogiche e rappresentarle in 1.024 livelli digitali. Un esempio comune di ADC è il VOIP (Voice Over IP). Ogni Smartphone ha un microfono che converte le onde sonore (voce) in tensione analogica. Questo segnale passa attraverso l' ADC del dispositivo, viene convertito in dati digitali,  per poi essere trasmesso al lato ricevente su internet.

Infine, ecco la strip line "DIGITAL PIN" e "PWM". I PIN 0-13 di ARDUINO UNO fungono da INPUT/OUTPUT digitali, il PIN 13 è collegato al LED incorporato "L". I PIN 3,5,6,9,10,11 hanno capacità di gestire segnali "PWM", i PIN 0 e 1 inoltre gestiscono la comunicazione seriale.

E' importante sapere che ogni PIN può fornire/ridurre una corrente fino ad un massimo di 40 mA, ma comunque quella raccomandata è di 20 mA, inoltre la corrente totale massima fornita da tutti i PIN è di 200 mA.