Ардуино usb serial port подключение
При подключении платформ разработки на базе Arduino к компьютеру, вы связываете между собой два мира: микроконтроллерный и микропроцессорный.
Стандартным интерфейсом плат Arduino на микроконтроллерах ATmega328P является UART, а у современных компьютеров используется USB. Чип USB-UART CH340G служит мостом между микроконтроллером и USB-портом компьютера, который позволяет загружать прошивку в плату, а также передавать между собой данные.
Программирование на MicroPython
Рассмотрим программирование Nano RP2040 Connect на языке MycroPython на компьютере под управлением Windows.
Программатор
Помимо записи прошивки во flash память, программатор позволяет:
- Считывать содержимое Flash памяти (скачать прошивку на компьютер)
- Полностью очищать чип от всех данных и настроек
- Записывать и читать загрузчик
- Считывать/записывать EEPROM память
- Читать и настраивать фьюзы (fuses, fuse-bits) и лок биты.
Программатор – ваш единственный друг при работе с “голым” микроконтроллером, то есть для его низкоуровневой настройки и загрузки прошивки.
Микроконтроллер ATmega328P
32 КБ Flash-памяти, из которых 0,5 КБ используются загрузчиком, который позволяет прошивать Uno с обычного компьютера через USB. Flash-память постоянна и её предназначение — хранение программ и сопутствующих статичных ресурсов.
2 КБ RAM-памяти, которые предназначены для хранения временных данных, например переменных программы. По сути, это оперативная память платформы. RAM-память энергозависимая, при выключении питания все данные сотрутся.
1 КБ энергонезависимой EEPROM-памяти для долговременного хранения данных, которые не стираются при выключении контроллера. По своему назначению это аналог жёсткого диска для Uno.
Пример работы
В качестве примера повторим первый эксперимент «Маячок» из набора Матрёшка. На плате уже есть встроенный пользовательский светодиод L , подключенный к 13 пину микроконтроллера.
После загрузки программы встроенный светодиод L начнёт мигать раз в секунду.
Это значит, всё получилось, и можно смело переходить к другим экспериментам на Ардуино.
Парсинг текста
Проще всего прочитать текст в String-строку (урок про них). Это максимально не оптимально, но зато довольно просто для восприятия:
Данный пример выводит любой текст, который был отправлен в монитор порта.
Подключение и настройка
Плоттер
Помимо монитора последовательного порта, в Arduino IDE есть плоттер – построитель графиков в реальном времени по данным из последовательного порта. Достаточно отправлять значение при помощи команды Serial.println(значение) и открыть плоттер по последовательному соединению, например построим график значения с аналогового пина A0:
Плоттер поддерживает несколько линий графиков одновременно, для их отображения нужно соблюдать следующий протокол отправки данных: значения выводятся в одну строку, одно за другим по порядку, разделяются пробелом или запятой и в конце обязательно перенос строки.
значение1 пробел_или_запятая значение2 пробел_или_запятая значение3 пробел_или_запятая перенос_строки
Давайте выведем значения с аналоговых пинов A0, A1 и A2:
Получим вот такие графики:
Arduino as ISP
Почти любая другая плата Arduino может стать ISP программатором, для этого нужно просто загрузить в неё скетч ArduinoISP:
- Открыть скетч Файл > Примеры > 11. ArduinoISP > ArduinoISP
- Всё! Ваша Arduino теперь стала ISP программатором
- Подключаем к ней другую Arduino или голый чип по схеме ниже
- Выбираем Arduino as ISP в Инструменты > Программатор
- И можем писать загрузчики, фьюзы или загружать прошивку напрямую во Flash
ISP программатор подключается к четырем пинам микроконтроллера, не считая питания: один из пинов передает сброс, остальные – для передачи данных. Чтобы плата-программатор не сбрасывалась при загрузке, на неё нужно:
- Либо поставить поставить конденсатор ёмкостью ~10 мкФ между RST и GND (рекомендуется)
- Либо просто закоротить пины RST и 5V проводом
По использованию других плат Arduino в качестве программатора читай на официальном сайте.
Беспроводной модуль NINA-W102
За беспроводную передачу данных отвечает чип U-blox NINA-W102 со встроенным чипом ESP32 для обмена данными по воздуху в диапазоне 2,4 ГГц по Wi-Fi и Bluetooth. Для работы с модулем используйте библиотеку WiFiNINA.
Элементы платы
Прошивка загрузчика
Из Arduino IDE при помощи ISP программатора мы можем записать другой загрузчик (по факту загрузчик + фьюзы) и загрузить скетч, а также настроить/прошить фьюзы и лок-биты, но не очень удобным способом. Когда мы выбираем плату в Инструменты > Плата и загрузчик в Инструменты > Плата (загрузчик, bootloader), Arduino IDE автоматически делает “активным” нужный загрузчик. Нажимая Инструменты > Записать загрузчик мы прошиваем загрузчик, соответствующий выбранной плате и её настройкам. Также одновременно с загрузчиком прошиваются фьюзы и лок-биты, соответствующие выбранной плате в Arduino IDE. Как и где их поменять, смотрите чуть ниже. Рассмотрим на примере записи загрузчика для atmega328, стоящей на китайской плате Arduino NANO. На данный момент китайцы прошивают в МК старую версию загрузчика, которая называется old bootloader в меню платы. Оригинальные платы идут с более современным загрузчиком, поэтому при работе с китайскими платами нам приходится выбирать old bootloader для загрузки прошивки через бортовой usb порт. Подключим usbasp по схеме выше, выберем его как программатор в Инструменты > Программатор, выберем плату Arduino NANO, загрузчик для atmega328 (первый в списке). Нажмём записать загрузчик. Всё! Теперь плату можно шить через бортовой usb порт, выбирая первый загрузчик. Он кстати легче, быстрее “прошивает” и сама прошивка быстрее “запускается”.
Примеры работы
Рассмотрим несколько примеров программирования Nano RP2040 Connect на MicroPython.
Интерпретатор Python используют нумерацию GPIO микроконтроллера RP2040 вместо Arduino . Подробности про нумерацию читайте в разделе Распиновка.
Маячок
Для начала мигнём встроенным светодиодом LED на плате Nano RP2040. В коде используем нумерацию GPIO .
Код для MicroPython
После прошивки скетча, светодиод начнёт мигать раз в секунду.
Светодиодная индикация
Имя светодиода | Назначение |
---|---|
ON | Индикатор питания платформы. |
L | Пользовательский светодиод, подключенный к пину GPIO6 микроконтроллера RP2040. При задании значения высокого уровня светодиод включается, при низком – выключается. Для управления светодиодом в Arduino IDE используйте нумерацию Arduino — пин 13 или определение LED_BUILTIN . А в среде Thonny Python используйте нумерацию портов микроконтроллера PR2040 — пин 6 . |
RGB | Пользовательский RGB-светодиод с общим анодом. Катоды красного, зелёного и синего цвета выведены на пины GPIO27 , GPIO25 и GPIO26 беспроводного модуля NINA-W102. При задании значения высокого уровня светодиоды выключаются, при низком – включаются. Для управления RGB-светодиодом в Arduino IDE используйте библиотеку WiFiNINA и встроенные определения LEDR , LEDG и LEDB . |
Лок-биты (Pro)
Лок-биты (lock-bits) позволяют управлять доступом к памяти микроконтроллера, что обычно используется для защиты устройства от копирования. Лок-биты собраны опять же в конфигурационный лок-байт, который содержит: BOOTLOCK01, BOOTLOCK02, BOOTLOCK11, BOOTLOCK12, LOCKBIT1, LOCKBIT2 (для ATmega328). Калькулятор лок-битов можно использовать этот. BOOTLOCK биты позволяют запретить самому МК запись (самопрограммирование) во flash память (область программы и область загрузчика)
А вот локбиты LOCKBIT позволяют запретить запись и чтение flash и EEPROM памяти извне, при помощи программатора, т.е. полностью защитить прошивку от скачивания и копирования:
Таким образом включив LOCKBIT1 (лок-байт будет 0x3E) мы запретим внешнюю запись во Flash и EEPROM память, т.е. при помощи ISP программатора, а включив LOCKBIT1 и LOCKBIT2 (лок-байт: 0x3C) полностью заблокируем заодно и чтение данных из памяти микроконтроллера. Повторюсь, всё описанное выше относится к ATmega328p, для других моделей МК читайте в соответствующих даташитах.
Примеры работы
Рассмотрим несколько примеров программирования Nano RP2040 Connect на C++ через Arduino IDE.
Библиотеки, которые используют в своём коде программируемый ввод-вывод PIO, используют нумерацию GPIO микроконтроллера RP2040 вместо Arduino . Подробности по нумерацию читайте в разделе Распиновка.
Для стабильной работы примеров обновите все сторонние библиотеки до последней версии в менеджере библиотек.
Маячок
Для начала мигнём встроенным светодиодом LED на 13 пине.
Код для Arduino
После прошивки скетча светодиод начнёт мигать раз в секунду.
Гирлянда
Главная фишка Nano RP2040 — это микроконтроллер, который поддерживает возможность программируемого ввода-вывода через блоки PIO, на которых можно реализовать произвольный интерфейс. В следующем примере заставим Arduino рулить светодиодами WS2812.
Что понадобится
Схема устройства
Код для Arduino
Для работы примера скачайте и установите библиотеку Adafruit NeoPixel.
После прошивки управляющей платформы вы увидите заполнение по очереди каждого светодиода матрицы из красного, зелёного и синего цветов.
Вывод информации на дисплей
А теперь попробуем подружить плату с дисплеем и отобразить простой текст.
Что понадобится
Схема устройства
Код для Arduino
Для работы примера скачайте и установите библиотеку TroykaTextLCD.
После прошивки управляющей платформы на дисплее отобразится приветствующий текст.
Звуковая волна
Пришло время пошуметь, будем считывать звук со встроенного микрофона и выводить полученные данные в Serial Plotter.
Код для Arduino
Для работы примера скачайте и установите библиотеку PDM.
После прошивки скетча запустите Serial Plotter. А затем попробуйте пошуметь — например, хлопнуть в ладоши или включить музыку.
Визуализация объекта в пространстве
В продолжение приведём пример отображения платы в пространстве в виде самолёта, а для этого нам поможет встроенный IMU-сенсор. Для запуска примера необходимо прошить платформу Nano RP2040 кодом ниже и настроить графическую среду Processing.
Код для Arduino
Для работы примера скачайте и установите библиотеку LSM6DSOX.
Настройка Processing
Скачайте библиотеки для Processing и распакуйте их в директорию хранения модулей для Processing: userdir Processing libraries
Код для Processing
При запуске визуализации на Processing откроется окно с графическим отображением платы в виде самолёта. Самолёт на экране будет повторять перемещения IMU-сенсора в пространстве.
Соединение двух плат
Приведём пример, как соединить две платы по беспроводной сети.
Что понадобится
Схема Peripheral Device
Схема Central Device
Код для Peripheral Device
Код для Central Device
Запуск эксперимента
Подключите Peripheral Device и Central Device к питанию. Для отладки советуем подключить Peripheral Device к одному ПК по USB, Central Device к другому ПК по USB.
При нажатии на кнопку на Peripheral Device, светодиод на Central Device должен менять своё состояния.
Порты ввода/вывода
Пины общего назначения: 20 пинов: 0 – 19
Логический уровень единицы — 5 В, нуля — 0 В. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.
АЦП: 6 пинов: 14 – 19 / A0 – A5
Позволяет представить аналоговое напряжение в виде цифровом виде. Разрядность АЦП не меняется и установлена в 10 бит. Диапазон входного напряжения от 0 до 5 В, при подаче большего напряжения микроконтроллер может выйти из строя.
ШИМ: 6 пинов: 3 , 5 , 6 и 9 – 11
Позволяет выводить аналоговое напряжение в виде ШИМ-сигнала из цифровых значений. Разрядность ШИМ не меняется и установлена в 8 бит.
Serial: пины TX1/1 и RX1/0 . Контакты также соединены с соответствующими выводами сопроцессора ATmega16U2 для общения платы по USB. Во время прошивки и отладки программы через ПК, не используйте эти пины в своём проекте.
Используйте платформу Nano RP2040 Connect для создания электронных гаджетов, метеостанций, роботов и других изобретений. Плата программируется на языке C++ или MicroPython и отлично подойдёт как начинающим мейкерам, так и опытным разработчикам.
Работа в Arduino IDE
Подключение и настройка
Запишите загрузчик Arduino в плату Nano RP2040. Если вы только купили плату или использовали её только в Arduino IDE, загрузчик записывать не нужно.
По умолчанию среда программирования настроена только на AVR-платы. Для работы с платформой Nano RP2040 Connect добавьте в менеджере плат поддержку платформ Mbed OS Nano Boards.
Выберите плату Nano RP2040 Connect в IDE: Инструменты Плата Arduino Mbed OS Nano Boards Arduino Nano RP2040 Connect
Выберите COM-порт в IDE: Инструменты Порт COMx , где x — номер текущего порта.
Разъём питания DC
Коннектор DC Barrel Jack для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 7 до 12 вольт.
Видео
В этом уроке мы рассмотрим загрузку прошивки в ардуино через внешние “программаторы”. Давайте вспомним, о чем уже говорили в одном из первых уроков: загрузка прошивки в Arduino возможна двумя способами:
- “Напрямую” во flash память микроконтроллера при помощи ISP (In System Programming) внутрисистемного программатора.
- При помощи загрузчика (bootloader), который живёт в конце Flash памяти МК, принимает программный код по протоколу TTL (UART) и записывает его во Flash память.
USBasp
Дешёвые ISP программаторы также есть в ассортименте у китайцев, рекомендую брать USBasp как самый распространенный. Поискать на алиэкспресс, мне нравится версия в корпусе. USBasp имеет не очень удобный выход 10-пин на шлейфе, поэтому рекомендуется купить также переходник 10-пин на 6-пин, который позволяет сразу подключаться к ISP header’у, который есть на большинстве плат Arduino. Внимание! Очень часто встречается брак в виде непропая контактов, поэтому во избежание проблем рекомендуется пропаять переходник и отмыть флюс (зубная щётка + бензин калоша).
Парсинг цифр
Для чтения целых цифр используем Serial.parseInt() , для дробных – Serial.parseFloat() . Пример, который читает целое число и отправляет его обратно:
Если при парсинге у вас появляются лишние цифры – поставьте “Нет конца строки” в настройках монитора порта
Вы заметите, что после отправки проходит секунда, прежде чем плата ответит в порт. Эта секунда является таймаутом, о котором мы говорили чуть выше. Программа ждёт секунду после принятия последнего символа, чтобы все данные успели прийти. Секунда это очень много, ожидать, скажем, 50 миллисекунд. Это можно сделать при помощи метода setTimeout() .
Теперь после отправки цифры программа будет ждать всего 50 мс и ответит гораздо быстрее!
Решение проблем
Решение большинства проблем с загрузкой через программатор (независимо от того, что написано в логе ошибки):
- Вытащить и обратно вставить usbasp в usb порт
- Вставить в другой usb порт
- Переустановить драйвер на usbasp
- Проверить качество соединения USBasp с МК
- Перепаять переходник и отмыть флюс
Для прошивки микроконтроллера, тактирующегося низкой частотой (менее 1 МГц внутренний клок):
- USBasp: на плате есть перемычка JP3, которая включает режим низкой скорости загрузки. В новых версиях прошивки для USBasp скорость выбирается автоматически, но китайцы продают старую версию. Как прошить новую – ищите в интернете.
Фьюзы (Pro)
Фьюзы (фьюз-биты) являются низкоуровневыми настройками микроконтроллера, которые хранятся в специальном месте в памяти и могут быть изменены только при помощи ISP программатора. Это такие настройки как выбор источника тактирования, размер области памяти под загрузчик, настройка отсечки по напряжению и прочее. Фьюз-биты собраны по 8 штук в байты (т.н. байты конфигурации), как типичный регистр микроконтроллера AVR. Таких байтов может быть несколько, они называются low fuses, high fuses, extended fuses. Для конфигурации байтов рекомендуется использовать калькулятор фьюзов (например, вот такой), в котором просто ставятся галочки на нужных битах, и на выходе получается готовый байт в hex виде. Рассмотрим на примере ATmega328p:
Важный момент: в AVR биты у нас инверсные, то есть 1 это выкл, 0 это вкл. Расставляя галочки в калькуляторе, мы формируем байт, галочка стоит – бит включен, но в результирующем байте включенные биты являются нулями. Об этом стоит задумываться при ручном составлении фьюз-байта, при использовании калькулятора можете об этом даже не вспоминать. Что позволяют настроить биты?
- CKSEL0–CKSEL3 – выбор источника и частоты тактирования (уточняй в даташите на свой МК, какая конфигурация за что отвечает)
- SUT0–SUT1 – задержка старта МК после перезагрузки
- CKOUT – дублирование тактирования на один из пинов (см. в даташите на какой)
- CKDIV8 – делит тактовую частоту на 8
- BOOTRST – если включен, МК запускается с загрузчика
- BOOTSZ0–BOOTSZ1 – задаёт размер сектора загрузчика
- EESAVE – защита EEPROM от стирания во время выполнения полной очистки чипа
- WDTON – если включить, то Watchdog будет принудительно включен без возможности отключения
- SPIEN – опасный бит , при его отключении пропадает возможность прошивки через ISP, и возможность выключить этот бит в том числе*
- DWEN – вкл/выкл отладочный интерфейс DebugWire. На других моделях бывает и JTAG, и его бит – JTAGEN
- RSTDISBL – опасный бит , при его включении можно использовать ногу RST как обычный цифровой пин, но пропадает возможность прошивки через ISP и выключить этот бит как следствие*
- BODLEVEL0–BODLEVEL3 – настройка контроля напряжения (МК сбросится при падении ниже установленного напряжения)
* – прошивка возможна при помощи высоковольтного программатора
Программирование на C++
Рассмотрим программирование Nano RP2040 Connect на языке C++ в среде Arduino IDE на компьютере под управлением Windows.
Запись загрузчика
Решение проблем
Для прошивки микроконтроллера, тактирующегося низкой частотой (менее 1 МГц внутренний клок):
- Arduino ISP: нужно изменить частоту загрузки прошивки в скетче Arduino ISP и снова прошить его в ардуино-программатор (см. строку в скетче 45 и ниже);
Чтение из порта
Проблемы возникают при попытке принять данные в порт. Дело в том, что метод read() читает один символ, а если вы отправите длинное число или строку – программа получит его по одному символу. Чтение сложных данных называется парсинг. Его можно делать вручную, об этом мы поговорим в отдельном уроке из блока “Алгоритмы”. В рамках этого урока рассмотрим встроенные инструменты для парсинга Serial.
Чтобы не нагружать программу чтением пустого буфера, нужно использовать конструкцию
Таким образом чтение будет осуществляться только в том случае, если в буфере есть какие-то данные.
Отправка в порт
Рассмотрим самый классический пример для всех языков программирования: Hello World!
Отправка в порт позволяет узнать значение переменной в нужном месте программы, этот процесс называется отладка. Когда код работает не так, как нужно, начинаем смотреть, где какие переменные какие значения принимают. Или выводим текст из разных мест программы, чтобы наблюдать за порядком её работы. Во взрослых средах разработки и более серьёзных микроконтроллерах есть аппаратная отладка, которая позволяет наблюдать за ходом выполнения программы и значениями любых переменных без вывода в порт.
Давайте вспомним урок циклы и массивы и выведем в порт элементы массива:
Вывод: 0 50 68 85 15 214 63 254 – элементы массива, разделённые пробелами.
Как убрать загрузчик?
Объект Serial
Начнём знакомство с одним из самых полезных инструментов Arduino-разработчика – Serial, который идёт в комплекте со стандартными библиотеками. Serial позволяет как просто принимать и отправлять данные через последовательный порт, так и наследует из класса Stream кучу интересных возможностей и фишек, давайте сразу их все рассмотрим, а потом перейдём к конкретным примерам.
Запустить связь по Serial на скорости speed (измеряется в baud, бит в секунду). Скорость можно поставить любую, но есть несколько “стандартных” значений. Список скоростей для монитора порта Arduino IDE:
- 300
- 1200
- 2400
- 4800
- 9600 чаще всего используется, можно назвать стандартной
- 19200
- 38400
- 57600
- 115200 тоже часто встречается
- 230400
- 250000
- 500000
- 1000000
- 2000000 – максимальная скорость, не работает на некоторых китайских платах
Возвращает количество байт, которые можно записать в буфер последовательного порта, не блокируя при этом функцию записи.
Отправляет в порт val численное значение или строку, или отправляет количество len байт из буфера buf. Важно! Отправляет данные как байт (см. таблицу ASCII), то есть отправив 88 вы получите букву X: Serial.write(88); .
Отправляет в порт значение val – число или строку, фактически “печатает”. В отличие от write выводит именно текст, т.е. отправив 88, вы получите 88: Serial.print(88); . Отправляет любые стандартные типы данных: численные, символьные, строковые. Также методы print()/println() имеют несколько настроек для разных данных, что делает их очень удобным инструментом отладки:
format позволяет настраивать вывод данных: BIN, OCT, DEC, HEX выведут число в соответствующей системе счисления: двоичная, восьмеричная, десятичная (по умолчанию) и 16-ричная. Цифра после вывода float позволяет настраивать выводимое количество знаков после точки:
Полный аналог print() , но автоматически переводит строку после вывода. Позволяет также вызываться без аргументов (с пустыми скобками) просто для перевода курсора на новую строку.
Возвращает текущий байт с края буфера, не убирая его из буфера. При вызове Serial.read() будет считан тот же байт, но из буфера уже уберётся.
Устанавливает time (миллисекунды) таймаут ожидания приёма данных для следующих ниже функций. По умолчанию равен 1000 мс (1 секунда).
Читает данные из буфера и ищет набор символов target (тип char ), опционально можно указать длину length. Возвращает true , если находит указанные символы. Ожидает передачу по таймауту.
Читает данные из буфера и ищет набор символов target (тип char ) либо терминальную строку terminal. Ожидает окончания передачи по таймауту, либо завершает приём после чтения terminal.
Читает данные из порта и закидывает их в буфер buffer (массив char[] или byte[] ). Также указывается количество байт, который нужно записать – length (чтобы не переполнить буфер).
Читает данные из порта и закидывает их в буфер buffer (массив char[] или byte[] ), также указывается количество байт, который нужно записать – length (чтобы не переполнить буфер) и терминальный символ character. Окончание приёма в buffer происходит при достижении заданного количества length, при приёме терминального символа character (он в буфер не идёт) или по таймауту
Читает порт, формирует из данных строку String , и возвращает её (урок про стринги). Заканчивает работу по таймауту.
Читает порт, формирует из данных строку String , и возвращает её (урок про стринги). Заканчивает работу по таймауту или после приёма символа terminator (символ char ).
Читает целочисленное значение из порта и возвращает его (тип long ). Заканчивает работу по таймауту. Прерывает чтение на всех знаках, кроме знака – (минус). Можно также отдельно указать символ skipChar, который нужно пропустить, например кавычку-разделитель тысяч (10’325’685), чтобы принять такое число.
Фьюзы
Конфигуратор платы в Arduino IDE устроен следующим образом: каждой плате в Инструменты > Плата соответствует свой набор настроек, включая фьюзы, которые прошиваются вместе с загрузчиком . Некоторые из них:
- Загрузчик (путь к файлу)
- Скорость загрузки (через загрузчик)
- Объем доступной flash и sram памяти
- Весь набор фьюзов и лок-биты
Файл конфигурации называется boards.txt и найти его можно в папке с ядром Arduino: C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\boards.txt. Документацию на boards.txt можно почитать здесь. При желании можно вывести нужные фьюзы через калькулятор (читайте выше), изменить их в boards.txt (главное не запутаться, для какой выбранной конфигурации платы делается изменение) и прошить в МК, нажав Инструменты > Записать загрузчик.
- Фьюзы подписаны как low/high/extended fuses, можно вставлять полученное в калькуляторе значение.
- Локбиты работают следующим образом: unlock_bits это локбиты, которые прошьются до записи загрузчика (при нажатии на кнопку Записать загрузчик). А вот после прошивки загрузчика будут автоматически прошиты lock_bits, которые и определят доступ к памяти контроллера во время его работы. Чтобы защитить прошивку от чтения – ставим lock_bits 0x3C.
Такая работа с фьюзами максимально неудобна, но есть и другие варианты:
- Ядро GyverCore для atmega328, в нем мы сделали кучу готовых настроек фьюзов прямо в настройках платы, читайте в уроке про GyverCore. Несколько загрузчиков, включая вариант без загрузчика, выбор источника тактирования и другие настройки в один клик мышкой.
- Программа AVRdudeprog, про нее поговорим ниже
Avrdudeprog
- Чтение/запись/очистка flash памяти
- Чтение/запись/очистка eeprom памяти
- Полная очистка чипа
- Калькулятор фьюзов и локбитов (чтение/запись)
Более подробный обзор на avrdudeprog можно посмотреть здесь . Давайте посмотрим на калькулятор фьюзов. Выбираем свой микроконтроллер и программатор (можно добавить другие модели микроконтроллеров и программаторов, читай тут). Переходим во вкладку Fuses, нажимаем прочитать. При успешном чтении увидим текущий набор настроек своего чипа. Можно их поменять и загрузить. Важно! Галку инверсные биты не трогаем! Лок-биты и отключение RST заблокирует микроконтроллер, не трогайте их, если такой цели нет! Можно загружать прошивку или загрузчик из .hex файла, указав путь к ней на первой вкладке в окне Flash. Очень удобная утилита для низкоуровневой работы с МК.
Порт USB Type-B
Разъём USB Type-B предназначен для прошивки и питания платформы Arduino. Для подключения к ПК понадобится кабель USB (A — B).
Светодиодная индикация
Имя светодиода | Назначение |
---|---|
ON | Индикатор питания платформы. |
L | Пользовательский светодиод на 13 пине микроконтроллера. Используйте определение LED_BUILTIN для работы со светодиодом. При задании значения высокого уровня светодиод включается, при низком – выключается. |
RX и TX | Мигают при прошивке и обмене данными между Uno и компьютером. А также при использовании пинов 0 и 1 . |
Режимы загрузки
Arduino Nano RP2040 Connect поддерживает два метода загрузки: штатный режим и режим загрузчика.
ICSP-разъём ATmega328P
ICSP-разъём выполняет две полезные функции:
Используется для передачи сигнальных пинов интерфейса SPI при подключении Arduino Shield’ов или других плат расширения. Линии ICSP-разъёма также продублированы на цифровых пинах SS/10 , MOSI/11 , MISO/12 и SCK/13 .
Предназначен для загрузки прошивки в микроконтроллер ATmega328P через внешний программатор. Одна из таких прошивок — Bootloader для Arduino Uno, который позволяет прошивать платформу по USB.
Микрофон MP34DT05
Встроенный цифровой микрофон MP34DT05 пригодится для распознавания коротких голосовых команд или записи звука. Для работы с модулем используйте библиотеку PDM.
Распиновка
Шаг 1
Подключите плату к компьютеру по USB. Для коммуникации используйте кабель USB (A — B).
Что-то пошло не так?
Загрузка скетча
В Arduino IDE можно зашить скетч через программатор, для этого надо нажать Скетч > Загрузить через программатор. Это очень удобно в том случае, когда МК используется без загрузчика, или просто голый МК.
ISP программатор
Основные ошибки в логе Arduino IDE
- Проверить и сменить USB порт
- Попытаться переустановить драйвер
- Проверить пайку USB разъема на плате программатора
- Проверить наличие и целостность элементов вблизи usb разъема программатора, кварцевый резонатор
- Возможно программатор криво прошит – при возможности попытаться перепрошить
- Возможно микроконтроллер на плате программатора – брак или же мертв, попытаться заменить и прошить
avrdude: error: program enable: target doesn't answer. Причина – usbasp не видит подключаемый микроконтроллер
- Проверить правильность и целостность соединения с МК
- Попытаться снизить частоту прошивки, джампером или же указав более низкую скорость в среде программирования
- Проверить пайку разъема 10 pin и переходника 10 pin – 6 pin
- Возможно прошиваемый микроконтроллер попался с браком, или же мертв.
Режим загрузчика
Платформа загружается с внутренней памяти микроконтроллера RP2040. В диспетчере устройств OS Windows плата отображается как съёмный накопитель с именем RPI-RP2 . Режим служит для загрузки прошивки в формате UF2 простым перемещением файла с одного носителя на другой. Активация режима:
Замкните между собой контакты REC и GND . В качестве перемычки используйте джампер или провод «папа-папа».
Понижающий регулятор 3V3
Понижающий линейный преобразователь LP2985-33DBVR обеспечивает напряжение на пине 3V3 . Регулятор принимает входное напряжение от линии 5 вольт и выдаёт напряжение 3,3 В с максимальным выходным током 150 мА.
Порт micro-USB
Разъём USB Micro предназначен для прошивки и питания платформы. Для подключения к ПК понадобится кабель USB (A — Micro USB).
Установка драйвера
Рассмотрим установку драйвера на примере платы Iskra Uno в операционной системе Windows. С остальными платами ситуация будет аналогичная.
Подключите плату к компьютеру по USB. Для коммуникации используйте кабель USB (A — B).
Скачайте и установите драйвер CH340 для Windows.
Если во вкладке отображается пункт USB-SERIAL CH340 (COMx) — значит, всё получилось, и можно переходить к прошивке платформы.
Если пункта не обнаружено или вкладка «Порты (COM и LPT)» вовсе отсутствует, следуйте дальнейшей инструкции.
В диспетчере устройств Windows раскройте вкладку «Другие устройства» и найдите пункт USB2.0-Serial .
Далее кликните правой кнопкой мыши по пункту USB 2.0 Serial и выберите раздел «обновить драйвер».
Выберите пункт «Выполнить поиск драйверов на этом компьютере».
Укажите путь к директории драйвера и нажмите кнопку «установить». В нашем случае: C: Program Files (х86) Arduino drivers
Откройте повторно вкладку «Порты (COM и LPT)» в диспетчере устройств. Если там отображается пункт USB-SERIAL CH340 (COMx) — значит, всё получилось, и теперь можно переходить к прошивке платформы.
Как мы с вами знаем из урока “Что умеет микроконтроллер“, у многих микроконтроллеров есть интерфейс UART, позволяющий передавать и принимать различные данные. У интерфейса есть два вывода на плате – пины TX и RX. На большинстве Arduino-плат к этим пинам подключен USB-UART преобразователь (расположен на плате), при помощи которого плата может определяться компьютером при подключении USB кабеля и обмениваться с ним информацией. На компьютере создаётся виртуальный COM порт (последовательный порт), к которому можно подключиться при помощи программ-терминалов и принимать-отправлять текстовые данные. Таким же образом кстати работают некоторые принтеры и большинство станков с ЧПУ.
В самой Arduino IDE есть встроенная “консоль” – монитор порта, кнопка с иконкой лупы в правом верхнем углу программы. Нажав на эту кнопку мы откроем сам монитор порта, в котором будут настройки:
Если с отправкой, автопрокруткой, отметками времени и кнопкой очистить вывод всё и так понятно, то конец строки и скорость мы рассмотрим подробнее:
- Конец строки: тут есть несколько вариантов на выбор, чуть позже вы поймёте, на что они влияют. Лучше поставить нет конца строки, так как это позволит избежать непонятных ошибок на первых этапах знакомства с платформой.
- Нет конца строки – никаких дополнительных символов в конце введённых символов после нажатия на кнопку отправка или клавишу Enter.
- NL – символ переноса строки в конце отправленных данных.
- CR – символ возврата каретки в конце отправленных данных.
- NL+CR – и то и то.
Понижающий регулятор 5V
Понижающий линейный преобразователь NCP1117ST50T3G обеспечивает питание микроконтроллера и другой логики платы при подключении питания через разъём питания DC или пин Vin. Диапазон входного напряжения от 7 до 12 вольт. Выходное напряжение 5 В с максимальным выходным током 1 А.
Преобразователь питания MP2332
Понижающий DC-DC преобразователь MP2322 обеспечивает питание микроконтроллера RP2040 и другой логики на плате. Диапазон входного напряжения от 5 до 18 вольт. Выходное напряжение 3,3 В с максимальным выходным током 1 А.
Зачем нужен драйвер?
При подключении любого устройства к USB-порту компьютера необходимо подсказать операционной системе, как с ним общаться. На стороне компьютера таким переводчиком является специальная программа, называемая драйвером. Например, драйвер преобразователя USB-UART работает в режиме эмуляции последовательного COM-порта. Т. е. при подключении вашей платы к компьютеру чип моста с помощью драйвера попросит операционную систему открыть виртуальный COM-порт, через который начнётся общение между платой и ПК.
Каждый производитель делает свои чипы с соответствующими драйверами. К сожалению, не все драйверы предустановлены в операционных системах по умолчанию. Когда нужного драйвера нет, ОС пытается найти его для нового подключённого устройства, не находит, и вместо виртуального COM-порта вы видите надпись «USB 2.0 SERIAL» или «Неизвестное устройство». Для решения проблемы скачайте и установите драйвер для вашей операционной системы.
Кнопка сброса
Кнопка предназначена для ручного сброса прошивки — аналог кнопки RESET обычного компьютера.
Flash-память AT25SF128A-MHB-T
Для хранения программ и сопутствующих статичных ресурсов на плате распаяна внешняя Flash-память AT25SF128A-MHB-T объёмом 16 МБ.
Видео
Arduino Uno — флагманская платформа для разработки на языке программирования С++.
Uno выполнена на микроконтроллере ATmega328P с тактовой частотой 16 МГц. На плате предусмотрены 20 портов входа-выхода для подключения внешних устройств, например плат расширения или датчиков.
USB-TTL (UART)
Этот способ реализован прямо на платах Arduino при помощи USB-TTL (USB-UART) преобразователя, именно поэтому мы можем подключить плату к компьютеру и загрузить код. USB-TTL позволяет только загрузку данных во flash, остальные возможности (как у ISP программатора) ему недоступны. В то же время он ограничен только возможностями загрузчика, но в этом уроке мы рассматриваем только стандартные. Также USB-TTL мост позволяет микроконтроллеру общаться с компьютером по последовательному соединению (тот самый Serial и монитор com порта). Есть платы без бортового USB-TTL, например Arduino Pro Mini. Для работы с ними нужно купить внешний USB-TTL преобразователь. Также загрузка прошивки через UART возможна и в “голый” микроконтроллер при условии наличия там загрузчика, который запишет принятый код во flash. Про запись загрузчика мы поговорим ниже. UART “загружатор” подключается к пинам RX и TX Ардуино (или микроконтроллера), RX->TX и TX->RX, также обязательно подключается земля GND. Если у прошиваемой платы нет своего питания, то подключается и питание. Загрузчик отрабатывает при запуске МК, поэтому непосредственно перед загрузкой прошивки МК должен быть сброшен (перезагружен), и для этого на платах USB-UART есть вывод DTR (Data Terminal Ready), который подключается к пину RST Reset и собственно выполняет сброс перед перед загрузкой прошивки. На платах Pro Mini есть отдельный пин DTR.
USB-TTL Arduino DTR DTR RX TX TX RX GND GND VCC/5V/3.3V VCC Китайцы выпускают USB-TTL модули в широком ассортименте, но в целом они все одинаковые по своей сути. Ссылка на результат поиска на aliexpress, и ссылка на все USB-TTL в моём любимом магазине WAVGAT. Что использую я? В основном платку на CP2102. Перед заказом модуля обязательно убедитесь в том, что у него есть выход DTR, иначе этот модуль можно будет использовать только для “общения” с контроллером через COM порт. Для работы с таким преобразователем нужно установить драйвер для чипа, на базе которого собран модуль, это может быть CP2102, CH340/341, FT232, PL2303 и другие. Прошивка загружается как обычно: выбираем порт, на котором сидит преобразователь, версию загрузчика и жмём загрузить, всё! Важный момент: на некоторых китайских версиях плат Arduino Pro Mini не распаян пин DTR, т.е. он не идёт на RST и автоматический сброс перед загрузкой прошивки не выполняется. В этом случае сброс нужно производить вручную, кнопкой RST, непосредственно перед загрузкой прошивки… Загрузка прошивки посредством загрузчика (bootloader) возможна с любого UART устройства, даже через Bluetooth. Но об этом мы поговорим в отдельном уроке.
Список поддерживаемых плат
Крипточип ATECC608A
Криптографический сопроцессор Microchip ATECC608A интегрирует протокол безопасности ECDH (Elliptic Curve Diffie Hellman) в сверхзащищённый метод, обеспечивающий согласование ключей для шифрования / дешифрования, наряду с ECDSA (алгоритм цифровой подписи эллиптической кривой) для проверки подлинности с подписью для Интернета вещей (IoT), включая домашнюю автоматизацию, промышленные сети, медицинские услуги, аутентификацию аксессуаров и расходных материалов.
Управляющие символы
Существуют так называемые управляющие символы, позволяющие форматировать вывод. Их около десятка, но вот самые полезные из них
- \n – новая строка
- \r – возврат каретки
- \v – вертикальная табуляция
- \t – горизонтальная табуляция
Также если в тексте вы захотите использовать одинарные кавычки ' , двойные кавычки " , обратный слэш \ и некоторые другие символы – их нужно экранировать при помощи обратного слэша, он просто ставится перед символом:
- \" – двойные кавычки
- \' – апостроф
- \\ – обратный слэш
- \0 – нулевой символ
- \? – знак вопроса
Выведем строку с кавычками:
Комбинация \r\n переведёт строку и вернёт курсор в левое положение:
Символы табуляции позволят удобно отправлять данные для последующей вставки в таблицу. Например выведем несколько степеней двойки в виде таблицы, используя символ табуляции \t :
Результат скопируем и вставим в excel Удобно!
Микроконтроллер ATmega16U2
Микроконтроллер ATmega328P не содержит USB интерфейса, поэтому для прошивки и коммуникации с ПК на плате присутствует дополнительный микроконтроллер ATmega16U2 с прошивкой USB-UART преобразователя. При подключении к ПК Arduino Uno определяется как виртуальный COM-порт.
Микроконтроллер ATmega328P общается с ПК через сопроцессор ATmega16U2 по интерфейсу UART используя сигналы RX и TX , которые параллельно выведены на контакты 0 и 1 платы Uno. Во время прошивки и отладки программы, не используйте эти пины в своём проекте.
Шаг 2
Установите и настройте интегрированную среду разработки Arduino IDE.
ICSP-разъём ATmega16U2
ICSP-разъём предназначен для программирования микроконтроллера ATmega16U2. А подробности распиновки читайте в соответствующем разделе.
Кнопка сброса
Кнопка предназначена для ручного сброса прошивки — аналог кнопки RESET обычного компьютера.
Элементы платы
Микроконтроллер RP2040
Платформа Arduino Nano RP2040 Connect выполнена на одноименном чипе RP2040 от компании Raspberry Pi Foundation. Кристалл содержит двухъядерный процессор на архитектуре ARM Cortex M0+ с тактовой частотой до 133 МГц. На RP2040 также расположились часы реального времени, датчик температуры и SRAM-память на 264 КБ. А Flash-память на 16 МБ расположилась на плате отдельной микросхемой.
Пины питания
5V: Выходной пин от стабилизатора напряжения с выходом 5 вольт и максимальным током 1 А. Регулятор обеспечивает питание микроконтроллера и другой обвязки платы.
IOREF: Вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера. В нашем случае рабочее напряжение платформы 5 вольт.
AREF: Пин для подключения внешнего опорного напряжения АЦП относительно которого происходят аналоговые измерения при использовании функции analogReference() с параметром «EXTERNAL».
Подключение и настройка
Видеообзор
IMU-сенсор LSM6DSOXTR
Инерционный модуль на чипе LSM6DSOXTR трёхосевой акселерометр и трёхосевой гироскоп для распознавания движений и моушен-функций с жестами. Для работы с модулем используйте библиотеку ArduinoLSM6DSOX.
Штатный режим
Платформа загружается с внешней Flash-памяти, распаянной на плате Arduino Nano RP2040 Connect. В диспетчере устройств OS Windows плата отображается как виртуальный COM-порт с именем Устройство с последовательным интерфейсом USB . Режим служит для загрузки пользовательских программ через Arduino IDE, Thonny Python и друг сред разработки.
Активация режима происходит простым подключением платы по USB.
Загрузчик (bootloader)
Загрузчик живёт в самом конце Flash памяти МК и позволяет записывать прошивку, отправляемую через UART. Загрузчик стартует при подаче питания на МК, ждёт некоторое время (вдруг кто-то начнёт слать код прошивки по UART), затем передаёт управление основной программе. И так происходит каждый каждый раз при старте МК.
- Загрузчик позволяет прошивать МК через UART;
- Загрузчик замедляет запуск МК, т.к. при каждом запуске ждёт некоторое время для потенциальной загрузки прошивки;
- Загрузчик занимает место во Flash памяти. Стандартный старый для Arduino NANO занимает около 2 кБ, что весьма существенно!
- Именно загрузчик мигает светодиодом на 13 пине при включении, как индикация работы.
Читайте также: