Chương 1. Kết nối dây giữa Arduino và thiết bị ngoại vi 1. Arduino kết nối Led Tổng quan về Arduino Hình 1.1: Arduino Uno Hình 1.2 Sơ đồ chân Arduino Uno Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, 5 hoặc ARM Atmel 32-bit.
Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau. Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Các thiết bị kết nối LED 7 đoạn Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý LED 7 đoạn Màn hình LCD Hình 1.4: Màn hình LCD 6 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 Hình 1.5: Sơ đồ khối cảm biến nhiệt độ DS18B20 IC cầu H (L298) Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý IC cầu H L298 Kết nối và lập trình trên LED Lập trình bật/tắt từng LED đơn theo chương trình * Bài tập 1: Lập trình bật tắt 01 LED đơn sáng trên cổng P13 của Arduino Sơ đồ nguyên lý điện tử Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý điện tử bài thí nghiệm bật/tắt một LED đơn trên cổng P13 của Arduino 7 Nguyên lý hoạt động Nhiệm vụ trong bài tập này là điều khiển bật/tắt LED đơn. Việc bật/tắt LED đơn tương ứng với việc đưa tín hiệu ra cổng vào/ra của Arduino. LED đơn được điều khiển bởi chân P13 (digital) của Arduino. LED sẽ sáng khi chân P13 ở mức thấp (LOW) và tắt khi chân P13 ở mức cao (HIGH) do đầu còn lại của LED nối với nguồn 5V qua điện trở 220 Ohm.
LED sẽ sáng trong 1giây rồi tắt. Lưu đồ thuật toán BẮT ĐẦU Khai báo cổng sử dụng để bật/tắt LED (P13) Bật LED (P13) Trễ 1s Tắt LED (P13) KẾT THÚC Hình 1.8: Lưu đồ thuật toán chương trình bật/tắt 01 LED đơn trên cổng P13 Các bước thực hiện - Bước 1: Dùng dây điện có phích cắm hai đầu để nối chốt ‘P13’ của Arduino với chốt ‘IN1’ của LED đơn ‘D1’ trên Module IA01. Sau khi kết nối các chốt, ta có sơ đồ kết nối hoàn chỉnh của bài thí nghiệm như sau: Hình 1.9: Sơ đồ đấu nối hoàn chỉnh bài thí nghiệm bật/tắt một LED đơn trên cổng P13 của Arduino 8 - Bước 2: Viết chương trình bật/tắt cho 1 LED đơn trên cổng P13 với các lệnh như sau, tên file là bat.ino: Bài tập mở rộng Bài tập: Lập trình bật/tắt 1 LED đơn trên cổng P2 của Arduino. Báo cáo kết quả Sinh viên thực hiện thí nghiệm, nhận xét kết quả quan sát được có đúng theo yêu cầu bài toán đặt ra không? Các lỗi phát sinh nếu có, hướng kiểm tra và khắc phục.
Sinh viên vận dụng kiến thức có được làm bài tập mở rộng. Bài tập 2: Lập trình bật/tắt 08 LED đơn sáng trên cổng P0-P7 của Arduino Mục đích Giúp người học thành thạo hơn với cách nhập/xuất dữ liệu trên các cổng I/O của Arduino. Giúp người học vận dụng những kiến thức đã được học ở môn lập trình chuyên dụng. Sơ đồ nguyên lý điện tử Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý điện tử bài thí nghiệm bật/tắt 08 LED đơn trên cổng P0-P7 của Arduino Nguyên lý hoạt động Nhiệm vụ trong bài tập này là điều khiển bật/tắt 08 LED đơn.
Việc bật/tắt LED đơn tương ứng với việc đưa tín hiệu ra cổng vào/ra của Arduino. LED đơn được điều khiển bởi chân P0-P7 (digital) của Arduino. LED sẽ sáng khi 08 chân P0-P7 ở mức thấp (LOW) và tắt khi 08 chân P0-P7 ở mức cao (HIGH) do đầu 9 còn lại của LED nối với nguồn 5V qua điện trở 220 Ohm. LED sẽ sáng trong 1giây rồi tắt.
Lưu đồ thuật toán BẮT ĐẦU Khai báo cổng sử dụng để bật/tắt LED (từ P0- P7) Bật 8 LED cùng lúc Trễ 1s Tắt 8 LED cùng lúc KẾT THÚC Hình 1.11: Lưu đồ thuật toán chương trình bật/tắt 08 LED đơn trên cổng P0-P7 Các bước thực hiện Bước 1: Dùng các dây điện có phích cắm hai đầu để nối 08 chốt (P0- P7) của Arduino với 08 chốt (IN9-IN16) của 08 LED đơn (D9- D16) trên Module IA01 như sau: Nối chốt P0 với chốt IN16. Nối chốt P1 với chốt IN15. Nối chốt P2 với chốt IN14. Nối chốt P3 với chốt IN13.
Nối chốt P4 với chốt IN12. Nối chốt P5 với chốt IN11. Nối chốt P6 với chốt IN10. Nối chốt P7 với chốt IN9.
Sau khi kết nối các chốt, ta có sơ đồ kết nối hoàn chỉnh của bài thí nghiệm như sau: 10 Hình 1.12: Sơ đồ đấu nối hoàn chình bài thí nghiệm bật/tắt 08 LED đơn trên cổng P0-P7 của Arduino Bước 2: Viết chương trình bật/tắt cho 08 LED đơn trên cổng P0-P7 với các lệnh như sau, tên file là bat.ino: Bài tập mở rộng Bài tập: Lập trình bật/tắt 08 LED trên cổng P8-P13, A0-A1. Báo cáo kết quả Sinh viên thực hiện thí nghiệm, nhận xét kết quả quan sát được có đúng theo yêu cầu bài toán đặt ra không? Các lỗi phát sinh nếu có, hướng kiểm tra và khắc phục. Sinh viên vận dụng kiến thức có được làm bài tập mở rộng. Lập trình bật/tắt từng LED và toàn bộ hệ thống LED đỏ đơn bằng công tắc Bài tập 1: Lập trình bật/tắt 01 LED đơn sáng tại cổng P7 của Arduino bằng 01 công tắc qua cổng A2 của Arduino Mục đích Giúp người học làm quen với các chân analog của Arduino, cách xuất tín hiệu ra các chân này.
Giúp người học nắm được cách sử dụng công tắc để điều khiển bật/tắt LED. Sơ đồ nguyên lý điện tử 11 Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý điện tử bài thí nghiệm bật/tắt một LED đơn bằng công tắc Nguyên lý hoạt động của sơ đồ nguyên lý điện tử Một LED đỏ nối với nguồn 5V qua 1 trở 220 Ohm, LED này được điều khiển bởi chân P7 của Arduino. Arduino sẽ đọc mức logic tại chân A2 – mức logic chính là trạng thái của công tắc là đóng hay mở. Nếu Công tắc đóng, mức logic tại chân A2 là mức cao (HIGH) LED sẽ tắt và nếu công tắc mở, mức logic tại chân A2 là thấp (LOW) LED sẽ sáng.
Như vậy, LED sáng hay tắt sẽ dựa vào trạng thái đóng mở của công tắc. Lưu đồ thuật toán BẮT ĐẦU Khai báo cổng bật/tắt LED (P7) Khai báo cổng kết nối với công tắc (A2) Khai báo biến giatri S giatri >0 Đ Bật LED (P7) Tắt LED (P7) Hình 1.14: Lưu đồ thuật toán chương trình bật/tắt 01 LED đơn trên cổng P7 sử dụng công tắc Các bước thực hiện Bước 1: Nối nguồn điện cho công tắc SW1: Dùng dây điện có phích cắm hai đầu để nối chốt ‘+5V’, ‘GND’ của bộ nguồn điện một chiều với chốt ‘+5V’, ‘GND’ của công tắc SW1 trên đế chung. Bước 2: Nối dây tín hiệu cho Arduino: 12 Dùng dây điện có phích cắm hai đầu để nối chốt ‘P13’ của Arduino với chốt ‘IN1’ của LED đơn D1 trên Moudle IA01. Dùng dây điện có phích cắm hai đầu để nối chốt ‘A0’ của Arduino ở trên Module IA01 với chốt ‘K1’ của công tắc SW1 trên đế chung.
Sau khi kết nối các chốt, ta có sơ đồ đấu nối hoàn chỉnh của bài thí nghiệm như sau: Hình 1.15: Sơ đồ đấu nối hoàn chỉnh bài thí nghiệm bật/tắt 1 LED đơn bằng một công tắc Bước 4: Biên dịch chương trình để kiểm tra chương trình có lỗi hay không. Nếu chương trình có lỗi thì xử lý ngược lại chuyển sang bước 5. Bước 5: Nạp chương trình vào Arduino. Nếu xuất hiện lỗi trong quá trình nạp thì kiểm tra lỗi và xử lý, ngược lại chuyển sang bước 6.
Bước 6: Gạt công tắc nguồn 1chiều ở khối nguồn một chiều trên đế chung sang vị trí ‘on’ để chạy chương trình. Gạt công tắc SW1 để điều khiển bật/tắt LED D1 và theo dõi quá trình chạy chương trình. Bài tập mở rộng - Bài tập: Lập trình bật/tắt 01 LED đơn sáng tại cổng P8 bằng một công tắc qua cổng P2 của Arduino. Báo cáo kết quả Sinh viên thực hiện thí nghiệm, nhận xét kết quả quan sát được có đúng theo yêu cầu bài toán đặt ra không? Các lỗi phát sinh nếu có, hướng kiểm tra và khắc phục.
Sinh viên vận dụng kiến thức có được làm bài tập mở rộng. Bài tập 2: Lập trình bật/tắt 08 LED đơn sáng tại cổng P0-P7 bằng 01 công tắc qua cổng A2 của Arduino 13 Mục đích Giúp người học nắm vững hơn cách điều khiển tín hiệu nhận được từ chân analog để điều khiển tín hiệu tại các chân I/O của Arduino. Sơ đồ nguyên lý điện tử Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý điện tử bài thí nghiệm bật/tắt 08 LED đơn bằng một công tắc Nguyên lý hoạt động Khi hoạt động Arduino sẽ đọc mức logic tại chân A2 để điều khiển bật/tắt đèn LED. Khi công tắc có mức logic cao (HIGH) ứng với trạng thái công tắc đóng thì Arduino sẽ xuất ra tín hiệu mức thấp (LOW) trên các cổng từ P0 đến P7 khi này cả 8 LED được nối với các cổng từ P0 đến P7 đều sáng.
Khi công tắc có mức logic thấp (LOW) ứng với trạng thái công tác mở thì Arduino sẽ xuất ra tín hiệu mức cao (HIGH) trên các cổng từ P0 đến P7 khi này cả 8 LED được nối với các cổng từ P0 đến P7 đều tắt. Lưu đồ thuật toán BẮT ĐẦU Khai báo cổng bật/tắt LED (từ P0-P7) Khai báo cổng kết nối với công tắc (A2) Khai báo biến Turn S Turn ==1 Đ Bật cả 8 LED cùng lúc Tắt cả 8 LED cùng lúc Hình 1.17: Lưu đồ thuật toán chương trình bật/tắt 08 LED đơn trên cổng P0-P7 sử dụng công tắc tại cổng A2 14 Các bước thực hiện Bước 1: Nối nguồn điện cho công tắc SW1: Dùng dây điện có phích cắm hai đầu để nối chốt ‘+5V’, ‘GND’ của bộ nguồn điện một chiều với chốt ‘+5V’, ‘GND’ của công tắc SW1 trên đế chung. Bước 2: Nối dây tín hiệu cho Arduino: Dùng các dây điện có phích cắm hai đầu để nối chốt (P0- P7) của Arduino với chốt (IN9- IN16) của các LED đơn (D9- D16) trên Module IA01 như sau: Nối chốt P0 với chốt IN16.