Arduino đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càng chứng tỏ được sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo của người dùng trong cộng đồng nguồn mở. Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến.
Trong bài viết này tôi sẽ giới thiệu những kiến thức cơ bản về Arduino nhằm giúp cho những mới bắt đầu có thể tự tìm hiểu, khám phá và tạo ra những sản phẩm độc đáo từ một bo mạch chủ trông có vẻ đơn giản nhưng hết sức thú vị này.
Arduino là gì?
Arduino là một board mạch lập trình nguồn mở có thể được tích hợp vào nhiều dự án từ đơn giản đến phức tạp. Board mạch này chứa một vi điều khiển có thể được lập trình để nhận biết và điều khiển các đối tượng trong thế giới vật lý. Bằng cách đáp ứng với các cảm biến và ngõ vào, Arduino có thể tương tác với rất nhiều các ngõ ra như đèn LED, động cơ và màn hình. Do tính linh hoạt và chi phí thấp, Arduino đã trở thành một lựa chọn rất phổ biến cho các nhà sản xuất.
Arduino đã được Massimo Banzi giới thiệu vào năm 2005 tại Ý như một cách để các kỹ sư không chuyên có thể tiếp cận với một công cụ đơn giản, chi phí thấp để tạo ra các dự án phần cứng. Kể từ khi board mạch là mã nguồn mở, nó đã ban hành theo một giấy phép để cho phép bất cứ ai cũng có thể tạo ra board mạch của riêng mình. Nếu bạn tìm kiếm trên mạng, bạn sẽ thấy có hàng trăm bản sao tương thích với Arduino và các biến thể có sẵn nhưng chỉ các board chính thức mới có tên Arduino bên trên.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận về một số board Arduino hiện có và chúng khác nhau như thế nào.
Các loại board Arduino
Arduino là một nền tảng tuyệt vời cho các dự án tạo nguyên mẫu và phát minh nhưng có thể gây nhầm lẫn khi phải chọn đúng board. Nếu bạn hoàn toàn lạ lẫm với các loại board này, bạn có thể đã luôn nghĩ rằng chỉ có một loại board Arduino và chỉ có vậy. Trong thực tế, có rất nhiều biến thể của các board Arduino chính thức và sau đó có hàng trăm từ các đối thủ cạnh tranh cung cấp hàng nhái. Nhưng đừng lo, tôi sẽ cho bạn biết loại board nào bạn cần mua để sử dụng qua bài hướng dẫn này.
Dưới đây là một vài ví dụ về các loại board Arduino khác nhau. Các board với tên Arduino trên chúng là các board chính thức nhưng cũng có rất nhiều bản sao rất giống với board thật có mặt trên thị trường. Một trong những lý do để mua một board bản sao là thực tế chúng thường ít tốn kém hơn so với board chính thức. Ví dụ như Adafruit và Sparkfun, bán các biến thể của board Arduino với chi phí thấp hơn nhưng vẫn có cùng chất lượng không thua kém board bản gốc. Một lời cảnh cáo, bạn hãy cẩn thận khi mua board từ các công ty bạn không biết.
Một yếu tố khác cần xem xét khi chọn một board là loại dự án bạn đang thực hiện. Ví dụ, nếu bạn muốn tạo một dự án điện tử có thể đeo được, bạn có thể muốn xem xét board LilyPad từ nhà cung cấp Sparkfun. LilyPad được thiết kế để dễ dàng gắn trên hàng dệt may điện tử và các dự án có thể đeo được. Nếu dự án của bạn có yêu cầu kích thước nhỏ gọn, bạn có thể sử dụng Arduino Pro Mini có kích thước chân trên mạch in rất nhỏ so với các board khác.
Tiếp theo, chúng ta sẽ tập trung vào board Arduino được nhiều người sử dụng và tôi khuyên người mới bắt đầu nên sử dụng loại board này.
Arduino Uno
Một trong những board Arduino phổ biến nhất hiện này đó là Arduino Uno. Mặc dù nó không thực sự là board đầu tiên được phát hành nhưng nó chính là loại board được sử dụng phổ biến và rộng nhất trên thị trường. Bởi vì nó cực kỳ phổ biến, Arduino Uno có rất nhiều hướng dẫn để xây dựng các dự án và các diễn đàn trên web có thể giúp bạn bắt đầu mà không gặp nhiều khó khăn. Tôi là một trong những người hâm mộ lớn của Uno vì nó có những tính năng tuyệt vời và rất dễ sử dụng.
Dưới đây là các thành phần tạo nên một board Arduino và chức năng của chúng.
1. Nút Reset – Nút nhấn này sẽ khởi động lại bất kỳ code nào được nạp vào Arduino
2. AREF – Viết tắt của “Analog Reference” và được sử dụng để đặt điện áp tham chiếu ngoài
3. Chân GND – Có một vài chân nối đất trên Arduino và tất cả đều hoạt động giống nhau
4. Ngõ vào / ngõ ra số – Chân 0-13 được sử dụng cho ngõ vào hoặc ngõ ra số
5. PWM – Các chân được đánh dấu bằng ký hiệu (~) có thể mô phỏng đầu ra tương tự
6. Cổng kết nối USB – Được sử dụng để cấp nguồn cho Arduino và nạp chương trình
7. TX / RX – LED chỉ báo truyền và nhận dữ liệu
8. Vi điều khiển ATmega – Đây là bộ não và là nơi các chương trình được lưu trữ
9. Đèn LED chỉ báo nguồn – Đèn LED này sáng lên mỗi khi nào board mạch được cắm vào nguồn điện
10. Mạch ổn áp – Điều khiển lượng điện áp đi vào bảng mạch Arduino
11. Jack cắm nguồn DC – Được sử dụng để cấp nguồn cho Arduino của bạn
12. Chân 3.3V – Chân này cung cấp điện áp 3,3 V cho các dự án của bạn
13. Chân 5V – Chân này cung cấp điện áp 5 V cho các dự án của bạn
14. Chân GND – Có một vài chân đất trên Arduino và tất cả đều hoạt động giống nhau
15. Các chân tương tự – Các chân này có thể đọc tín hiệu từ cảm biến analog và chuyển đổi nó thành kỹ thuật số
Nguồn cung cấp cho Arduino
Arduino Uno cần một nguồn điện để nó hoạt động được và nguồn điện này có thể được cung cấp bằng nhiều cách khác nhau. Bạn có thể làm những gì hầu hết mọi người làm là kết nối board trực tiếp với máy tính của bạn thông qua cáp USB. Nếu bạn muốn dự án của mình có thể di chuyển được, hãy cân nhắc sử dụng bộ pin 9V để cung cấp nguồn cho board. Phương pháp cuối cùng sẽ là sử dụng Adapter nguồn điện AC 9V.
Breadboard Arduino
Một dụng cụ không thể thiếu khi làm việc với Arduino là một breadboard. Thiết bị này cho phép bạn tạo mẫu thử nghiệm cho dự án Arduino của mình mà không phải hàn mạch vĩnh viễn với nhau. Sử dụng một breadboard cho phép bạn tạo ra các nguyên mẫu tạm thời và thử nghiệm với các thiết kế mạch khác nhau. Bên trong các lỗ (điểm nối) của vỏ nhựa, là các kẹp kim loại được nối với nhau bằng các đường dây dẫn điện.
Một điểm lưu ý, breadboard không thể tự cấp nguồn mà cấp phải cấp nguồn cho nó từ board Arduino bằng cách sử dụng dây cắm. Những sợi dây này cũng được sử dụng để tạo thành mạch bằng cách kết nối các điện trở, công tắc và các thành phần khác với nhau.
Dưới đây là hình ảnh về mạch Arduino hoàn chỉnh trông như thế nào khi được kết nối với breadboard.
Làm thế nào để lập trình cho Arduino
Khi mạch đã được ráp trên breadboard, bạn cần phải nạp chương trình (được gọi là sketch) cho Arduino. Chương trình là một tập hợp các câu lệnh cho board biết cần thực hiện các chức năng nào. Một board Arduino chỉ có thể lưu giữ và thực hiện một chương trình tại một thời điểm. Phần mềm được sử dụng để tạo ra các chương trình cho Arduino được gọi là IDE viết tắt của Integrated Development Environment. Phần mềm này cho phép tải miễn phí. Bạn có thể download phần mềm này tại địa chỉ: https://www.arduino.cc/en/Main/Software
Xem bài viết hướng dẫn cách cài đặt Arduino IDE tại đây.
Mỗi chương trình của Arduino gồm có hai phần chính:
void setup () – Thiết lập những thứ mà phải được thực hiện một lần và sau đó không xảy ra một lần nữa.
void loop () – Chứa các hướng dẫn được lặp đi lặp lại cho đến khi board được tắt.
