Первое что приходит на ум, это что-то из списка: кинуть ее под каток, сжечь в костре, утопить или ударить по микроконтроллеру чем-то тяжелым. Идеи хорошие, а главное действенные.
В этот раз мы все же рассмотрим как новички, сами того не ведая, могут вывести из строя плату arduino. Не стоит думать что с bluepill от STM32 дела обстоят иначе. В данной статье arduino использовано только для примера.
Все ниже описанное распространяется практически на любой микроконтроллер.
Способ №1: Короткое замыкание пина IO на землю
Представим ситуация что вы сконфигурировали pin на выход и установили логическую единицу на нем. Рассмотрим схему как потечет ток в случае замыкания его землю.
В даташите на микроконтроллер Atmega328 указано, что максимальный ток через любой из пинов IO не должен превышать 40мА. В то же время его сопротивление не превышает 25 Ом.
Как результат имеем превышение максимально допустимого тока в 5 раз.
Первое что приходит на ум — защитить все выходы плавкими предохранителями, но есть более правильное решение (в его правильности вы убедитесь ниже): использовать стабилитрон и резистор на 220 Ом:
Способ №2: Замкнуть два пина между собой
Эта ошибка аналогична предыдущей. Если на одном выводе микроконтроллера установить высокий логический уровень, а на другом низкий и замкнуть эти выводы между собой, то путь по которому потечёт ток будет следующим
Как видно, протекающий ток опять таки ограничивается только внутренним сопротивлением. Чтобы предотвратить подобные ситуации можно использовать схему защиты предложенную выше.
Способ №3: Приложить к выводу микроконтроллера повышенное напряжение
Как следует из заголовка, если приложить к любому выводу ардуино напряжение выше 5,5В, то можно сжечь не только микроконтроллер.Рассмотрим как в Atmega328p реализована защита от статического электричества.
При кратковременном превышении напряжения на пине более чем на 0,5В сработает защита от статического электричества. Но диоды не рассчитаны на долговременную работу в таком режиме и при длительном воздействии сгорят, оставив вывод без защиты от перенапряжения. Путь прохождения тока будет следующим.
Напряжение выше 5 вольт поступает на линию питания и может сжечь остальные компоненты, например микросхему USB интерфейса. Для предотвращения подобных неприятностей применяется стабилитрон в схеме защиты, которая используется выше.
Способ №4: Перепутать полярность источника питания
Посмотрим по какому контуру потечет ток, если перепутать полярность источника питания arduino. Величина приложенного напряжения при этом не играет особой роли. Хватит и стандартных 5В чтобы сжечь контроллер.
Ток пройдет через линию питания atmega обратно на стабилизатор. Сгорят при этом обе микросхемы. Защита от подобных неприятностей достаточно проста — один диод по входу. Лучше всего подойдет диод Шоттки с минимальных падением напряжения.
Способ №5: Запитать arduino от повышенного напряжения
При подаче питания 6В и выше, многие компоненты на плате выйдут из строя. Если в это время плата подключена к компьютеру по USB, то сгореть может и сам порт. В худшем случае может и до южного моста дойти дело. Так что не рекомендуется вообще подавать внешнее питание на плату подключенную к компьютеру. Рассмотрим контур прохождения тока.
Для защиты от перенапряжения можно собрать схему на компараторе и полевом транзисторе. Приведенная схема выдерживает превышение входного питание вплоть до 24 Вольт.
Способ №6: Подать повышенное напряжение на пин 3.3В
При этом сгорит не сама ардуинка, а подключенная к этой линии периферия. Если подать более 9В, то это чревато также выходом из строя регулятора напряжения и прохождением тока дальше по цепи. При этом есть риск пробоя и попаданием повышенного напряжения на порт USB. К несчастью на этой линии уже сидит контроллер и микросхема интерфейса, который также выйдут из строя.
Как и в предыдущем случае, защита реализуется при помощи компаратора. Достаточно пересчитать делитель на не инвертирующем входе операционного усилителя, чтобы на нем было 2.4В при входном напряжении 3.3В.
Способ №7: Закоротить Vin на землю
Этот способ может сжечь защиту от переполюсовки описанную выше. Если закоротить пин Vin на землю, то ограничиваться ток будет только защитным диод и сопротивлением проводников печатной платы. При таком раскладе сгореть может не только диод, но и тонкие проводники.
Для защиты от подобных ситуаций стоит поставить само-восстанавливающийся предохранитель на 500мА последовательно с диодом. В крайнем случае можно обойтись обычным плавким предохранителем на такой же ток.
Способ №8: Подать внешнее питание при подключенной нагрузке к Vin
Подав питания напрямую на выход стабилизатор, при подключенных сторонних модулей на его вход, стабилизатор выйдет из строя. Ток через него пойдет в обратном направлении, так как защита от подобного не реализована.
Защита реализуется простым перекидыванием пина Vin через диод:
Способ №9: Подать напряжение выше 13В на пин RESET
- Этот пин напрямую соединяется с одноименным выводом Atmega328p и при подаче завышенного напряжения на него (больше 13 Вольт), микроконтроллер выйдет из строя.
- Защититься от подобных ситуация можно подключив вывод RESET микроконтроллера через токо-ограничивающий резистор номиналом 1кОм, как показано на схеме:
Способ №10: Превысить общий ток микроконтроллера
В самом первом способе был упомянут максимальный ток в 40мА. Это значит что один порт может максимально пропускать через себя 40мА, но это не значит что 10 пинов смогут пропустить 400мА.
В даташите на микроконтроллер, есть такая характеристика как максимальный общий ток микроконтроллера. Для Atmega328p он составляет всего 200мА.
Превышение этого значения приведет к выходу микросхемы из строя.
Для предотвращения превышения суммарного тока через микроконтроллер, можно воспользоваться микросхемой MIC2009A. Если ток будет превышать значение 150мА, MIC2009A начнет снижать напряжение.
Как начать программировать Arduino
Хотите научиться создавать электронные гаджеты своими руками, но не знаете, с чего начать? Намерены изучить основы электроники? Тогда платы семейства Arduino – отличный выбор для начинающего. В частности, хороша для этих целей плата Arduino UNO, которую мы сейчас и рассмотрим.
- плата Arduino UNO;
- кабель USB (USB A — USB B);
- персональный компьютер;
- светодиод;
- пара соединительных проводов длиной 5-10 см;
- при наличии – макетная плата (breadboard).
Загрузите среду разработки для Ардуино (Arduino IDE) с официального сайта для своей операционной системы (поддерживаются ОС Windows, Mac OS X, Linux).
Можете выбрать установщик (Installer), можете архив (ZIP file for non admin install). Во втором случае программа просто запускается из папки, без установки.
Скачанный файл содержит кроме среды разработки также драйверы для плат семейства Arduino.
Загружаем среду разработки Arduino IDE с официального сайта
2Подключение Arduinoк компьютеру
Подключите плату Arduino с помощью USB кабеля (типа USB-A — USB-B) к компьютеру. Должен загореться зелёный светодиод ON на плате.
Кабель «USB-A – USB-B» для подключения Arduino к компьютеру
3Установка драйверадля Arduino
Установите драйвер для Arduino. Рассмотрим вариант установки на операционную систему Windows. Для этого дождитесь, когда операционная система предложит установить драйвер. Откажитесь. Нажмите клавиши Win + Pause, запустите Диспетчер устройств.
Найдите раздел «Порты (COM и LPT)». Увидите там порт с названием Arduino UNO (COMxx). Кликните правой кнопкой мыши на нём и выберите Обновить драйвер. Укажите операционной системе расположение драйвера.
Он находится в поддиректории drivers в той папке, которую мы только что скачали.
Запомните порт, к которому подключена плата Arduino. Чтобы узнать номер порта, запустите диспетчер устройств и найдите раздел «Порты (COM и LPT)». В скобках после названия платы будет указан номер порта. Если платы нет в списке, попробуйте отключить её от компьютера и, выждав несколько секунд, подключить снова.
Arduino в диспетчере устройств Windows
4НастройкаArduino IDE
Укажите среде разработки свою плату. Для этого в меню Инструменты Плата выберите Arduino UNO.
Выбираем плату Arduino UNO в настройках
Укажите номер COM-порта, к которому подключена плата Arduino: Инструменты Порт.
Задаём последовательный порт, к которому подключена плата Arduino
5 Открываем примерпрограммы
Среда разработки уже содержит в себе множество примеров программ для изучения работы платы. Откройте пример «Blink»: Файл Образцы 01.Basics Blink.Кстати, программы для Ардуино называются «скетчи».
Открываем пример скетча для Arduino
6 Сборка схемысо светодиодом
Отключите Arduino от компьютера. Соберите схему, как показано на рисунке. Обратите внимание, что короткая ножка светодиода должна быть соединена с выводом GND, длинная – с цифровым пином «13» платы Arduino. Удобно пользоваться макетной платой, но при её отсутствии соедините провода скруткой.
Цифровой пин «13» имеет встроенный резистор на плате. Поэтому при подключении светодиода к плате внешний токоограничивающий резистор использовать не обязательно. При подключении светодиода к любым другим выводам Ардуино использование резистора обязательно, иначе сожжёте светодиод, а в худшем случае – порт Ардуино, к которому подключён светодиод!
Схема подключения светодиода к Arduino
7Загрузка скетчав память Ардуино
Теперь можно загрузить программу в память платы. Подключите плату к компьютеру, подождите несколько секунд, пока происходит инициализация платы.
Нажмите кнопку Загрузить, и Ваш скетч запишется в память платы Arduino. Светодиод должен начать весело подмигивать вам с периодичностью 2 секунды (1 секунду горит, 1 выключен).
Ниже приведён код нашей первой программы для Ардуино.
void setup() { // блок инициализации pinMode(13, OUTPUT); // задаём пин 13 в качестве выхода. } void loop() { // цикл, который повторяется бесконечно, пока включена плата: digitalWrite(13, HIGH); // подаём на 13 вывод высокий уровень — зажигаем светодиод delay(1000); // на 1000 мсек = 1 сек. digitalWrite(13, LOW); // подаём на 13 вывод низкий уровень — гасим светодиод delay(1000); // на 1 сек. } // далее цикл повторяется
Почитайте комментарии в тексте программы – их достаточно чтобы разобраться с нашим первым экспериментом. Сначала описываем блок инициализации setup(), в котором задаём начальные значения переменных и функции выводов Arduino.
Далее следует бесконечный цикл loop(), который повторяется снова и снова, пока на плату подаётся питание. В этом цикле мы выполняем все необходимые действия. В данном случае – зажигаем и гасим светодиод. Оператор delay() задаёт длительность выполнения (в миллисекундах) предшествующего оператора.
Оператор digitalWrite() указывает Ардуино, на какой вывод подать напряжение, и какой именно уровень напряжения.Ваш первый скетч готов!
Полезный совет
В сети есть множество сайтов, посвящённых работе с платами семейства Arduino. Читайте, осваивайте, не бойтесь экспериментировать и познавать новое! Это увлекательное и полезное занятие, которое принесёт вам много удовольствия.
Обратите внимание
Будьте внимательны при работе с платой Arduino – это электронное изделие, которое требует бережного отношения. Снизу платы есть оголённые проводники, и если Вы положите плату на токопроводящую поверхность, есть вероятность сжечь плату. Также не трогайте плату влажными или мокрыми руками и избегайте при работе сырых помещений.
Я презираю arduino
Я – выпускник специальности «Микроэлектроника и полупроводниковые устройства». За годы обучения я разработал множество устройств на микроконтроллерах, участвовал в конкурсах вместе со своей командой и являлся заведующим лабораторией встраиваемых систем.
У меня есть мечта – создать в своей стране условия для разработки роботизированных систем и есть план её достижения, одним из пунктов которого является участие в подготовке большого количества профессионалов в этой области. 
Я радуюсь, когда будущие инженеры создают свои устройства и расстраиваюсь, когда слышу, как кто-то говорит об использовании Arduino в них. Это не первая моя статья на эту тему: у меня возникает желание написать такую сразу после прочтения фразы о безграничных возможностях платформы в DIY-топике на Хабре. У меня возникает желание написать об истинной цене деталей после прочтения статьи о покупке конструктора за $200 почти ничего не содержащего (уж простите, запамятовал где видел). Дело тут совсем не в том, что я считаю, что Arduino – это плохая идея. Наоборот – благодаря платформе многие познали мир микроконтроллеров, узнали, что собрать небольшое прикольное устройство может даже человек без специального образования, с минимальными познаниями в программировании и с отсутствием познаний в электронике. Благодаря Arduino увидело свет множество проектов, которые пылились в банках памяти мозга их авторов.
Честно признаюсь, я иногда и сам пользовался кодом, написанным для Ардуино (к примеру, фирма InvenSense производит модуль MPU6050, запустить нормально который получилось только у Jeff Rowberg).
Презираю я тех людей, которые, открыв для себя мир микроконтроллеров, не потрудились осмотреться в нём и тех, кто нагло наживается на подобных людях. К нам в лабораторию заходил (и работал с нами) студент кафедры информационных технологий — поклонник Arduino. Человек тратил огромные деньги на покупку самих *дуин и модулей к ним. Я не без сожаления наблюдал, как будущий (я всё же надеюсь) создатель роботизированных систем не мог запустить ШИМ нужной частоты, хотя «лётных» часов работы с платформой он намотал немало.
Так вот, этот студент показал мне «измеритель уровня заряда батареи», или как-то так. Я специально нашёл его сейчас на ebay, где он называется «High Sensitivity Voltage Sensor Module -Arduino Compatible» и продаётся за $8.58. Вот он, на рисунке:
Кстати, центральный провод, который «+» — он просто висит в воздухе – всё сделано для максимального удобного подключения простого делителя напряжения, красная цена которому 2 цента за резисторы и 20 центов за разьём – это если в розницу покупать. Это не единственный случай обмана нашего брата, ниже я приведу ещё несколько. Сейчас же, для любителей структурирования, я напишу основные недостатки Arduino.
- Библиотеки. Я люблю библиотеки – я пишу свои классы и функции, или использую грамотно написанный код моих коллег – это существенно ускоряет мою работу. Библиотеки Arduino просты в освоении, но на этом их плюсы заканчиваются. К примеру, вы можете всю жизнь формировать задержки с помощью delay-функций и не иметь простейшего представления, как работает таймер на микроконтроллере — из таких минусов состоят все библиотеки Arduino. Я имею в виду то, что таймер и другая периферия в микроконтроллере реализована так, чтоб компенсировать его однопоточность прерываниями. А люди тратят процессорное время на декрементацию неиспользуемой переменной. Деление и использование чисел с плавающей точкой на восьмибитных контроллерах AVR – это то, к чему надо прибегать только в самых крайних случаях, когда без этого обойтись никак нельзя. Строка в последовательный порт не посылается с помощью конечного автомата с множеством пустых циклов ожидания флага опустошения буфера в основном теле программы – это опять же пустое расходование ресурсов – ведь есть прерывания. Да, в Arduino можно включить прерывания, но кто это делает?
На Хабре есть хорошая статья о том, как ускорить работу библиотек Arduino. Меня она, если честно, поразила тем, что даже работники оборонной промышленности скатились до работы с платформой, но дать общие понятия о скорости работы этих библиотек она может.
- Среда разработки. Микроконтроллеры можно программировать в IAR, Eclipse, Keil и других, менее известных средах.
А IDE Arduino является кроссплатформенным и с подсветкой синтаксиса. 
- Мощность. Причём, как аппаратная, так и рассеиваемая. Разработка любой встраиваемой системы начинается с выбора компонентов в зависимости от требуемых функций. Для моргания диодом Atmega328 (или 2560) – слишком мощно, а для создания системы реального времени с алгоритмами обработки изображений – слишком слабо.
- Расхолаживание программистов. Программирование микроконтроллера не требует особых навыков и умений, но потратить пару часов и изучить работу нескольких периферийных устройств, тем самым размяв свои мозги, всё же придётся. Зачем это делать, если можно написать что-то вроде analogRead и digitalWrite?
- Цена. Тут уже вопрос не только к производителям Arduino и клонов: цены на контроллеры AVR в целом завышены. К примеру, Atmega2560 обойдётся вам в $10. За такие же деньги можно купить два STM32F103. Так получилось потому – что людям лень учить другие контроллеры, а по этим кругом множество материалов и примеров.
На Hobbyking, где любителей различных моделизмов обманывают так-же как и в других магазинах любителей ардуино, продавался как-то обычный конденсатор, под видом какого-то фильтра. Не смог его сейчас уже найти. С трёхпиновым разьёмом, естественно. Всего за 3 доллара.
Arduino Compatible Mini Motor Speed counter Sensor AVR PIC – заменяется светодиодом и фототранзистором, подключающимися к центральному контроллеру и двадцатью строчками кода. Он не стоит 7.98.
2*4 Matrix Keyboard Push Buttons AVR ARM Arduino Compatible – это просто кнопки, которые можно купить по цене 10 штук за доллар.
Есть один девайс в мире, который я ненавижу больше чем Arduino – это mbed.
Его разработчики взяли контроллер LPC1768 (есть ещё на LPC11U24), припаяли его на плату с двумя стабилизаторами (о качестве разводки платы я говорить не буду), вывели половину ног наружу (вторая половина никуда не подключена, что очень раздражает), написали онлайн недо-IDE (впрочем, чуть лучше, чем у Arduino, хоть и требует подключения к интернету) и продают его за $64. Простите, но это уже совсем.
Что делать, если вы, вдруг, решили перестать топтаться на месте, и начать изучать микроконтроллеры?
- На Хабре был цикл статей «STM32F1xx — лечимся от ардуинозависимости вместе» — статьи хорошие и достаточно понятные, жаль, что автор забросил написание новых статей.
- Всех новичков посылают на easyelectronics.ru, где товарищ DIHALT публиковал учебный курс по микроконтроллерам AVR.
- «Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С» С. Ф. Баррет, Д. Дж. Пак – супер книга, помогает понять основы программирования на C для микроконтроллеров. Единственная проблема – вы вряд ли достанете микроконтроллеры Freescale, поэтому примеры придётся самостоятельно портировать примеры на AVR, PIC, MSP430 или любой другой контроллер.
- Перед покупкой чего бы то не было для своих устройств, почитайте об этом хотя-бы в Википедии — возможно эту же деталь можно купить дешевле, если назвать её по-другому.
Вообще знаете, что странно? Среди пользователей Arduino есть даже те, кто презирают Apple за их «направленность на недалёкого занятого-для-таких-мелочей юзера».
Я не хочу никого обидеть или переубедить. Но я буду рад, если хоть один человек, дочитавший статью до этого момента, поменяет Arduino на простой микроконтроллер – может быть, из него получится хороший разработчик встраиваемых систем в будущем.
Ср "Разработка встраиваемой системы" — Разработка программного обеспечения для систем ЦОС
 На базе обучающих наборов «Матрешка» необходимо разработать набор программ для решения вычислительных задач, взаимодействия с сенсорами, входящими в комплект.В качестве среды разработки предпочтительнее использовать использовать IDE, ориентированную на микроконтроллеры AVR (например, Atmel Studio, CodeVisionAVR).Онлайн-курсы:- Строим роботов и другие устройства на Arduino. От светофора до 3D-принтера (от МФТИ), в бесплатной версии не все задания доступны;- Основы IoT на ArduinoUno (бесплатная версия)Примеры источников для самостоятельного изучения:- сайты arduino.cc и Arduino.ru (средства разработки, начало работы, онлайн-помощь, примеры);- сайт Arduino-проекты (раздел «Книги», «Видеоуроки»);- серия видеоуроков по Arduino от Jeremy Blum (в переводе от Amperka.ru);- сайт RoboCraft (советы и ссылки на источники по теме).- Strelets Diana Дистанционный курс по программированию Arduino;- Эванс Б. Блокнот программиста Arduino. — 2007 (pdf);- Иго Т. Arduino, датчики и сети для связи устройств: Пер. с англ. — 2-е изд. — СПб.:БХВ-Петербург, 2015. — 544 с.;- Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. — СПб.:БХВ-Петербург, 2012. — 256 с.;- Руководство по освоению Arduino от Oomlout.com (pdf);- Петин В. Проекты с использование контроллера Arduino. — СПб.:БХВ-Петербург, 2014. — 400 с.;- использование различных сред разработки для Arduino;
Дополнительные комплектующие (не входящие в наборы):
|
Выполнение самостоятельной работыЭтапы работыЭтап 1. Знакомство с архитектурой и возможностями вычислительной платформы (самостоятельное изучение онлайн-курса)Этап 2. Выполнение практических заданийЗадание 1 (10 баллов). Разработка аппаратно-программного решения (в соответствии с вариантом задания) + подготовка видео-презентации своего решенияВыполнение любого варианта задания предполагает считывание данных с сенсоров, обработку данных по определенному алгоритму, формирование управляющих сигналов.
Для выполнения задания в начале лабораторного занятия следует получить у лаборанта ящик с оборудованием, соответствующим варианту задания. По окончании работы — сдать лаборанту обратно.Требования к отчету (скачать) и порядок сдачи и защиты работы (скачать).Задание 2 (10 бонусных баллов). Разработка проекта с использованием платформы ARDUINO в связке с произвольным облачным сервисом IoT + подготовка видео-презентации своего решенияВыполнение задания по теме, предложенной студентами, с использованием произвольного облачного сервиса Интернета вещей. Как минимум должен быть реализован односторонний канал передачи данных с датчиков в облачный сервис. Как максимум — реализован канал обратной связи для управления устройством на основе полученных данных телеметрии.Анкета (ссылка) |
Arduino сайт на русском для начинающих мастеров ардуино
Arduino – это возможность делать сложные и умные вещи просто. Идеальный вариант для первых шагов начинающих технических гениев. Вы можете легко собрать электронные схемы из готовых конструкторов и наборов, загрузить готовую программу, которую можно скачать совершенно бесплатно и начать использовать умное электронное устройство.
Arduino – это электронные платы, к которым можно подсоединять различные датчики, двигатели, экраны и много других электронных компонентов.
Плата Ардуино будет управлять этими компонентами с помощью программы, который вы в нее загрузите. Самые популярные платы для начинающих – это Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Nano и Arduino Leonardo.
Кроме этого есть множество других вариантов, подходящих для конкретных случаев.
Arduino – это еще и совершенно бесплатная среда программирования Arduino IDE, в которой можно писать программы (скетчи) для контроллера. Программа прошивается в микроконтроллер буквально одним нажатием на кнопку. Никаких особых знаний не требуется! Вы можете даже не писать программу – просто найти и скачать готовый скетч, который просто откроете в Arduino IDE.
Arduino – это сообщество инженеров, всегда готовых помочь советом. Это огромное количество сайтов с документацией, примерами и схемами. Начать можно с официального сайта, но кроме него сегодня появилось огромное количество сайтов на русском с форумом русскоязычных инженеров.
Arduino для детей
Принято считать, что Arduino довольно сложен для детей средней школы, но это не так! Сегодня есть огромное количество инструментов и технологий, позволяющих без проблем преподавать ардуино на кружках робототехники даже самых маленьких! На нашем сайте вы можете найти уроки Ардуино, помогающие сделать первые шаги в электронике, программировании и робототехнике.
Arduino – это целый мир, в котором можно почувствовать себя волшебником.
Лучший инструмент для приобщения детей к технологиям и вдохновленного инженерного творчества! Для обучения детей электронике вы можете использовать как отдельные контроллеры Arduino Uno, Mega или Nano, а также наборы и конструкторы ардуино российских и китайских производителей. Обучение детей программированию Ардуино возможно с использованием среды программирования Arduino IDE или же в визуальных средах ArduBlock, S4A, mBlock, основанных на Scratch.