ورودی – وبلاگ آردوینو

جلسه چهاردهم : پتانسیومتر

سلام

حدود 10 جلسه فقط و فقط از پینهای دیجیتال حرف زدیم . این که به پین دیجیتال مقدار بدیم یا از پین دیجیتال مقدار بخونیم .
این جلسه تمرکزمون رو می بریم روی آنالوگ ها . اینجا ببینید که کلا سیگنال آنالوگ چیه.

تو این آموزش قراره یاد بگیریم که چجوری با استفاده از آردوینو داده یک سنسور آنالوگ رو بخونیم. ولی قبل از این درست مثل حالت دیجیتال یه بحث کلی داریم روی ورودی و خروجی بودن پینها. اگه یادتون باشه می گفتیم مثلا وقتی داریم داده یه سوئیچ رو می خونیم از پین دیجیتال آردوینو به عنوان ورودی استفاده می کنیم و وقتی که قراره مثلا یه موتور رو روشن کنیم از پین دیجیتال آردوینو به عنوان خروجی استفاده می کردیم. دقیقا همین قانون در مورد آنالوگ ها هم وجود داره. وقتی یه سنسور آنالوگ داریم که می خوایم داده اون رو بخونیم زمانی که اون سنسور رو به پین آنالوگ آردوینو وصلش می کنیم اون پین رو به عنوان ورودی در نظر می گیریم و زمانی که قراره به یه دستگاه انالوگ فرمان بدیم پین آنالوگ به صورت خروجی تعریف میشه.
اما:
این وسط یه فرق خیلی خیلی بزرگ وجود داره. میکروکنترلر ما که وظیفش پردازش داده هاست دیجیتاله .چه داده از بیرون وارد میکروکنترلر بشه چه خود میکروکنترلر فرمان بده نوع سیگنال های دریافتی و تولیدی باید از جنس دیجیتال باشه ( یعنی 0 و 1 باشه) . هر نوع داده دیگه ای خارج از این تایپ داده برای میکروکنترلر قابل پردازش نیست. تو آموزش های قبلی چه وقتی سوئیچ وصل کردیم به آردوینوچه وقتی موتور یا RGB راه انداختیم جنس داده های رد و بدلی 0 و 1 بود. سوئیچ 0 و 1 داده می داد و به موتور و LED هم 0 و 1 داده می دادیم ( اگه یادتون باشه همیشه سر و کله HIGH و LOW تو کد نویسی مون پیدا می شد.)

اما وقتی از آنالوگ حرف میزنیم دیگه خبری از داده مطلق 0 و1 نیست بلکه با یه طیف پیوسته از اعداد سر و کار داریم. طیف پیوسته ای که میکروکنترلر به هیچ عنوان نمیتونه اون رو پردازش کنه چون زبونش رو نمیفهمه. بنابراین این وسط باید به واسط هایی داشته باشیم که آنالوگ رو بکنن دیجیتال (چون زبون قابل فهم برای میکروکنترلر دیجیتال هست) و در صورت نیاز دیجیتال رو بکنن آنالوگ.

مبدل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال :
اصطلاحا به این مبدل ها ADC میگن که مخفف Analog to Digital Converter هست. وکارکردش به طور خلاصه اینه که یه سیگنال آنالوگ دریافت میکنن و طی یه پروسه ای اون رو به سیگنال دیجیتال تبدیل می کنن:

بنابراین ما اگه یه سنسور آنالوگ داشته باشیم باید خروجی سنسور آنالوگمون رو بدیم به مبدل های ADC و بعد خروجی مبدل رو که از جنس دیجیتاله بدیم به میکروکنترلرمون و پردازشش کنیم. اینجا یه آموزش کامل در مورد ADC ها گذاشته. شما اگه یه کم در مورد ADC ها تحقیق کنید یه پارامتر خیلی مهم در مورد این مبدل ها تعداد بیت خروجی اونهاست. تو عالم داده های دیجیتال وقتی میگن یه داده مثلا 8 بیتیه (طبق قانون احتمال و به دلیل 0 و 1 بودن داده ها ) از 0 تا 255 می تونه تو این داده قرار بگیره (255 معادل 11111111 باینری هست ). حالا وقتی میگیم یه مبدل ADC مثلا 10 بیتیه یعنی از 0 تا عدد 1024 می تونه به عنوان خروجی این مبدل بوجود بیاد. دقیق تر بگیم یعنی این که سمت ورودی این مبدل یه ولتاژ بین 0 تا 5 ولت اعمال میشه (ولتاژ پیوسته :یعنی می تونه مثلا 4.2 ولت باشه ) بعد تو خروجی ADC محاسبه میشه که این ولتاژ معادل با چه عددی هست در صورتی که ADC ده بیتی باشه میشه یه عدد بین 0 تا 1023، در صورتی که ADC هشت بیتی باشه میشه یه عدد بین 0 تا 255. کاملا واضحه دیگه، هرچی بیت های خروجی ADC بیشتر باشه دقت این تبدیل بالاتر میره .چرا میگم منطقیه ؟ ورودی ADC ما (چه خروجی 8 بیت باشه چه 10 بیت) 0 تا 5 ولته. در صورتی که 8 بیتی باشیم هر 19.6mV در ورودی 1واحد در خروجی خواهد بود ( 5/255= 19.6mV) اما در صورتی که خروجی ADC ده بیتی باشد هر 4.9mV در ورودی 1واحد در خروجی خواهد بود (5/1024= 4.9mV).

حالا یه ترس بوجود میاد: اگه بخوایم داده سنسورهای آنالوگ رو (که سنسورهای خیلی زیادی در مجموعه سنسورهای آنالوگ قرار میگیرن ) بخونیم باید بین آردوینو و سنسورمون یه ADC طراحی کنیم و بزاریم؟ جواب منفیه.
بحث ما عموما روی UNO می چرخه بنابراین فقط در مورد UNO حرف میزنم. برد آردوینو UNO شش تا پایه آنالوگ ورودی داره (دقت کنید ورودی ). به تعداد همین 6 تا پایه آنالوگ ، 6 تا کانال ADC ده بیتی هم داره. یعنی شما هیچ احتیاجی به طراحی و قرار دادن ADC ندارید خودش همه کارها رو کرده یعنی آماده و حاضره. ادامه بحث رو روی همین موضوع ادامه خواهیم داد.

مبدل سیگنال‌های دیجیتال به آنالوگ :
به این نوع مبدل ها اصطلاحا DAC میگن که مخفف Digital to Analog Convertor هست و به طور ساده بخوام بگم یه سیگنال دیجیتال به عنوان ورودی میگیره و در خروجی یه سیگنال آنالوگ میده. این مبدل در مواردی کاربرد داره که دستگاه محرک ما (دستگاهی که از ما فرمان میگیره تا یه کاری بکنه ) ورودی آنالوگ قبول کنه. در چنین مواردی بعد از این که تو میکروکنترلر پردازش ها انجام شد با یه تبدیل DAC سیگنال رو به آنالوگ تبدیل میکنن و به دستگاه محرک میدن.

ما تو دو پاراگراف قبل گفتیم آردوینو 6 تا پایه آنالوگ داره . خب بیاین درمورد دو تا ایده حرف بزنیم که عین دیجیتال ها باهاشون برخورد کنیم یعنی وقتی خواستیم به سنسور وصل کنیم ورودیشون کنیم و وقتی خواستیم به دستگاه محرک وصل کنیم خروجیشون کنیم. حتی شاید یه عده حرف گروه اول رو با با این استدلال غلط تایید کنن که : اره دیگه تو همون مسیری که سیگنال از آنالوگ به دیجیتال تبدیل میشه برعکس از دیجیتال هم به آنالوگ تبدیل بشه و بنابراین 6 تا پین آنالوگ آردوینو هم ورودی هستن هم خروجی.
اما این دو گروه به شدت اشتباه می کنن. مدار های DAC و ADC کاملا کاملا کاملا با هم متفاوت هستن و تبدیل دو طرفه به حساب نمیان. اون 6 تا پین آنالوگ آردوینو هم که قبلا در موردشون حرف زدیم ADC دارن. بنابراین نمیتونن به عنوان خروجی استفاده بشن و تنها و تنها می تونیم از اونها به عنوان ورودی استفاده کنیم. هیچ کدوم از بردهای آردوینو پین آنالوگ خروجی ندارن به جز آردوینو DUE و M0-PRO . این در صورتیه که تمام آردوینو ها بدون استثنا پین آنالوگ ورودی دارن.

خب تا اینجای داستان فقط در مورد فلسفه آنالوگ در آردوینو حرف زدیم. از این جای آموزش میریم سراغ پروژمون یعنی راه اندازی پتانسیومتر.

موارد لازم:
آردوینو از هر نوعی
پتانسیومتر
سیم برد بوردی نری به مادگی

خب حالا مطابق عکس زیر مدار رو ببندید.

دقت کنید به پایه آنالوگ شماره 2 وصلش کردیم.
خب حالا این کدرو آپلود کنید:

قسمت هدر که معرفی پین انالوگ هست که اگه دقت کنید نوشته شده A2. این A نمایشگر اینه که داریم از پین آنالوگ استفاده می کنیم. تو تابع setup این پین به عنوان ورودی و ارتباط سریال با نرخ 9600 کانفیگ شده.
تو تابع loop خط اول با دستور analogRead مقدار پین آنالوگ خونده میشه. عملا مقداری که توی متغیر sensorValue ریخته میشه خروجی ADC هست. یعنی پین وسط پتانسیومتر که متصل شده به پین آنالوگ شماره 2 آردوینو، طبق قانون مداری تقسیم ولتاژ ، یه ولتاژ بین 0 تا 5 ولت رو روی پین شماره 2 می ندازه. این ولتاژ میشه ورودی ADC متصل به پین شماره 2 آردوینو. از اون طرف خروجی این ADC به صورت یک عدد بین 0 تا 1023 (به علت 10 بیتی بودن ADC ) توی متغیر sensorValue ریخته میشه. با دستور پرینت هم این مقدار توی کنسول سریال چاپ میشه. خط آخر هم که دستور delay هست فرمان میده با سر فاصله های یک ثانیه این روند تکرار بشه.

پایان.

جلسه سیزدهم : استفاده از کتابخانه Bounce2

سلام

اگه یادتون باشه توی آموزش جلسه 11 استفاده از پین دیجیتال آردوینو به عنوان ورودی و تو جلسه 12 نحوه اضافه کردن کتابخونه به محیط آردوینو رو یاد گرفتیم.
این جلسه تلفیقی از 2 جلسه قبله. یعنی قراره داده یه سوئیچ رو بخونیم ولی نه با یه digitarRead معمولی بلکه با استفاده از کتابخونه Bounce2.
مهم ترین سوالی که برتون پیش میاد اینه که خب مگه digitalRead معمولی چشه که بخوایم بریم کتابخونه اضافه کنیم و از لحاظ نرم افزاری کارمون رو یه کم مشکل تر کنیم.

برای این که دلیل این کار رو بدونید ترجیح میدم انجامش بدید تا خودتون بفهمید.
برای این کار اول سخت افزارمون رو می بندیم یه آردوینو می خوایم (هر مدلی دارید فرقی نمی کنه ) و یه سوئیچ و یه برد بورد کوچیک .

خب وقتی سوئیچ رو نگاه کنید می بینید 4 تا پایه داره! داستان چیه؟ داستان اینه که این پایه ها مطابق عکس زیر 2 تا 2 تا به هم وصلن:

حالا مطابق عکس زیر مدار رو ببندید:

یعنی یه پایه رو به 5 ولت و یه پایه رو به پین دیجیتال شماره 2 وصل کنید. دقت کنید که پایه های متصل به هم به صورت عکس زیرهستن و سوئیچ باید درست توی مدار قرار بگیره:
می دونید که هیچ اصراری به پین شماره 2 نداریم هر پین دیجیتال دلخواهی میشه. دقت کنید بین پایه شماره 2 آردوینو (که به سوئیچ هم وصله )و زمین یه مقاومت قرار داده شده. این مقاومت برای این گذاشته شده که زمانی که کلید فشار داده نشده روی پین شماره 2 دقیقا ولتاژ 0 ولت بیفته و زمانی که کلید فشار داده میشه دقیقا ولتاژ 5 ولت و منطق باینری HIGH بیفته.
یه کم دقیق تر حرف بزنیم:
زمانی که کلید رو فشار ندادیم بین دو قسمت مشخص شده سوئیچ در شکل اول هیچ ارتباطی وجود نداره. یه طرف که مستقیم به 5 ولت وصله خب تکلیفش معلومه. ولی اون طرف سوئیچ که به پین دیجیتال آردوینو وصله داستان داره. اگه مقاومت نزاریم یعنی پین آردوینو رو مستقیم به اون سر سوئیچ وصل کنیم پین وضعیت آزاد داره یعنی مختاره روش منطق باینری 0 یا 1 بیفته چون هیچ کس نیست بهش فرمانی دستوری چیزی بده. اونم مختاره هر چی خواست باشه که اصلا پدیده خوشایندی نیست و اگه مدار رو همینطوری ببندید بینهایت پر خطا خواهد بود. بنابراین یه مقاومت بر می داریم و اون پین رو به واسطه این مقاومت زمین می کنیم. با این کار یه مسیر بین این پین و زمین برقرار میشه . این مسیر طبق قوانین مداری باعث میشه روی پین دیجیتال شماره 2 آردوینوهم ولتاژ 0 ولت معادل منطق باینری LOW بیفته و هر چی که خواست نباشه. به این مقاومت ، مقاومت Pull-down گفته میشه . برای دریافت توضیحات بیشتر این لینک رو بخونید.
اما زمانی که کلید رو وصل می کنیم بین دو قسمت نشون داده سوئیچ تو شکل اول یه ارتباط به وجود میاد و دو تا قسمت به هم وصل می شن. بنابراین اون قسمتی که به پین شماره 2 وصل بود الان به خاطر این اتصال ولتاژی معادل 5 ولت و منطق باینری HIGH خواهد داشت.

خب حالا این کد رو آپلود کنید:

روال این کد به این صورته که به محض فشار داده شدن کلید در کنسول سریال پیغام Pressed نمایش داده میشه. دقت کنید شرط if رو چجوری نوشتم. نوشتم اگه داده پین دیجیتال HIGH بود (که معادل فشار داده شدنه کلیده ) برو رو کنسول سریال چاپ کن.
خب کد رو آپلود کنید و کنسول سریال رو باز کنید و یک بار کلید رو فشار بدید . با این نتیجه دلخراش در کنسول مواجه خواهید شد:

می بینید شما یک بار کلید رو فشار دادید ولی این طفلک بیشتر از 10 بار اینو چاپ کرده چرا؟
علتش اینه که فرض کنید مدت زمانی که شما کلید رو فشار می دید مثلا 10 میلی ثانیه باشه ( این عددها همش مثاله و دقیق نیست ) . آردوینو هر 1 میلی ثانیه یک بار میاد این پین شماره 2 رو سرکشی می کنه که مقدارش چقدره ( به خاطر دستور digitalRead که خودمون نوشتیم ) . بنابراین اون 10 میلی ثانیه ای که دست شما روی کلیده آردوینو 10 بار اون پین رو خونده و هر 10 بار هم منطق باینری اون رو HIGH دیده ( چون دست روی کلید بوده و طبق مدار ما در زمان اتصال کلید 5 ولت معادل منطق باینری HIGH روی پین افتاده ) . بنابراین طبق دستوری که ما نوشتیم عین 10 بار پیام Pressed نمایش داده میشه. خب این اصلا خوب نیست. ما به نظر خودمون یه بار کلید رو فشار دادیم ولی 10 بار پیام چاپ شده.

حالا باید دنبال راه حل بگردیم تا این مشکل رو حل کنه:
یکی از راه حل ها استفاده از دستور delay هست به صورت زیر:

این ساده ترین راه حل هست که الان اگر کد رو آپلود کنیم با هر بار فشار دادن کلید فقط 1 بار پیام Pressed چاپ می شه. با دستکاری مقدار آرگومان تابع delay می تونید دقت های متفاوتی رو به دست بیارید .

راه حل دوم استفاده از خطوط کدنویسی پیچیده تر با استفاده از دستور millis و غیره هست که خب چون ما اول کاریم سراغ این مورد نمیریم.

راه حل سوم استفاده از کتابخونه Bounce2 هست.
این کتابخونه رو با یکی از روش های جلسه قبل به نرم افزار آردوینو اضافه کنید.
لینک فایل زیپ هم اینجاست در صورتی که احتیاج داشتید.

خب حالا مطابق تصویر زیر به مثال bounce برید:

خب مثال رو که باز کنید با قسمت های زیر مواجه میشید. قبلش من یه آلارم بدم بهتون . معمولا کتابخونه های آردوینو رو با کلاس می نویسن. برای این که با نوشتن کد با کلاس آشنا بشید می تونید از این آموزش استفاده کنید. اگه حوصله یاد گرفتن و این داستانا رو هم ندارید صرفا جاهایی که میگم رو می تونید دقت کنید ولی به نطر من حتما بخونیدش تا در آینده به مشکل برخورد نکنید.

این قسمت بخش هدر برنامه هست که معرفی کتابخونه ، پینها و آبجکت درون اون قرار داده شده.

قسمت اول پین متصل به سوئیچ به عنوان ورودی پول آپ تعریف شده است. یعنی چی؟ اگه یادتون باشه تو قسمت سخت افزاری این پروژه ما اومدیم اون پایه ای که به پین دیجیتال آردوینو وصل بود رو با یه مقاومت به زمین وصل کردیم (Pull-down کردیم ). حالا اگه لینک آموزش رو خونده باشید در مقابل Pull-down یه Pull-Up داریم. یعنی به جای این که اون سر مقاومت رو زمین کنیم به 5 ولت وصل کنیم .

حالا یه نکته جالب وقتی Pull-down کردیم خودمون رفتیم یه مقاومت برداشتیم و به صورت خارجی تو مدار قرار دادیم. شاید این تصور به وجود بیاد که پول آپ هم همینه دیگه یعنی یه مقاومت بر میداریم منتها به جای این که زمین کنیم 5 ولت می کنیم. اما یه اتفاق خوب این وسط وجود داره .وقتی با آردوینو کار می کنیم دیگه نیازی نیست مقاومت پول آپ رو به صورت خارجی بزاریم بلکه تو خود سخت افزار آردوینو یه فکرایی کردن که سر راه پایه های دیجیتال مقاومت داخلی گذاشتن. فقط باید از آردوینو بخوای این مقاومت داخلی رو بیاره تو مدار که با فرمت INPUT_PULLUP موقع کانفیگ پین دیجیتال بهش میگیم این کار رو بکنه. همونطور که می بینید این اسم دو قسمته: اول INPUT که بهش میگیم این پایه دیجیتال ورودیه و بخش دوم PULLUP هست که بهش میگیم سر راه این پایه دیجیتال یه مقاومت بزار. بنابراین در مقوله Pull-Up ( نه Pull-down ) نیازی به مقاومت خارجی نداریم فقط خود کلید رو میزاریم تو مدار و یکی از پایه هاش رو به پین دیجیتال مورد نظرمون وصل می کنیم.
اما اگه از Pull-Up استفاده کردیم باید به یه نکته حواسمون رو جمع کنیم. وقتی پول آپ می کنیم داریم ولتاژ اون پایه ای از سوئیچ رو که به آردوینو وصله (در حالتی که کلید فشار داده نشده ) رو 5 ولت نگه می داریم (یا همون منطق HIGH ) . بنابراین اون یکی سر سوئیچ رو باید گراند کنیم . منطقیه دیگه مگه نه ! اگه قرار بود اون یکی سر سوئیچ هم مثل مدار اول 5 ولت باشه وقتی سوئیچ رو فشار بدیم به خاطر اتصال دو پایه سوئیچ ، 5 ولت رو به پین دیجیتال وصل می کنه. خب با پول آپ کردن که خودش 5 ولت شده بود .بنابراین برای این که با فشار داده شدن کلید اختلاف سطح منطقی روی پین دیجیتال به وجود بیاد باید اون سر سوئیچ رو به زمین وصل کنیم مطابق عکس زیر:

و اما دستور debouncer.attach:
این دستور یه آرگومان داره که از شما شماره پینی که سوئیچ رو بهش وصل کردید می خواد . تو کد ما در قسمت هدر این پین BUTTON_PIN معرفی شده بنابراین آرگومان ورودی این دستور رو هم BUTTON_PIN قرار دادیم.

دستور debouncer.interval :
این دستور هم یه آرگومان میگیره که زمان اینتروال هست . واحد این آرگومان میلی ثانیه است و مثلا وقتی نوشته 5 یعنی 5 میلی ثانیه زمان نویز نوگیری در نظر گرفته بشه. خب به نظر من که کمه می تونید تا حدود 50 (در اکثر کدها روی 50 تنظیم میشه) افزایشش بدید.

تابع setup هم تموم شد و اما میریم سر وقت تابع loop :

خب اول دستور debouncer.update :
با این کار وضعیت پین دیبانس که در حال نمونه برداریه به روز می شه بعد از اون با دستور debouncer.read این مقدار خونده میشه. اگه این داده ای که خونده سطح منطقی LOW باشه LED شماره 13 آردوینو رو که همون LED داخلی آردوینو هست روشن میکنه. دقت کنید چون مدارمون رو عوض کردیم وقتی کلید وصل بشه پایه دیجیتال شماره 2 آردوینو به زمین متصل میشه و سطح منطقیش برابر LOW میشه (به همین دلیل این مدلی کد نویسی شده).

بنابراین با این سخت افزار ساده که فقط و فقط خود کلید وصله بدون هیچ نویزی تونستیم اثر فشار داده شدن کلید رو لحاظ کنیم.
تو این کد که کد پیش فرض این کتابخونه بود برای فشار داده شدن سوئیچ عمل روشن شدن LED در نظر گرفته شده بود . شما میتونید هر عملیاتی رو از جمله چاپ پیام در کنسول سریال انجام بدید.

*************************

کتابخونه دیبانس 2 تا دستور دیگه داره fell و rise که اگه کسی خواست بدونه اینا چیکار می کنن می تونه تو انجمن سوالش رو مطرح کنه.

جلسه یازدهم : میکروسوئیچ

به نام خدا
سلام به دوستان

راستش قصد داشتم جلسه بعد برم سراغ سروو . ولی یه کم فکر کردم دیدم هنوز پروژه بیس زیاد داریم که بهتره اول اونا رو بگم بعد بریم سراغ سروو و ادامه ماجرا.
یه روند جدید: اول هر کاری که میشه با پین های دیجتال آردوینو کرد رو یاد میگیریم بعد میریم سراغ آنالوگ ها.
تا الان هر پروژه ای که انجام دادیم از پین های دیجیتال آردوینو به صورت خروجی استفاده کردیم. مثلا موقعی که یه LED ساده روشن کردیم، یا موقعی که RGB LED روشن کردیم و یا تو پروژه آخر یعنی موتور DC. همه جا پین دیجیتال خروجی بود یعنی ما ( آردوینو ) به فلان پایه دستور می دادیم 0 شو، یا 1 شو یا در مواقع pwm عدد متغیر می دادیم( انشاءالله که یادتونه).

الان نه! می خوایم از پایه دیجیتال بخونیم. فرض کنید یه سنسور دیجیتال داریم مثلا تشخیص حرکت . روش کار این سنسور دیجیتال اینطوریه که اگه کسی از جلوش رد بشه 1 رو بر میگردونه و در حالت عادی هم روی پایه سیگنالش 0 می افته. حالا این سنسور با این شرح عملکرد تو محیط قرار گرفته. اگه بخوایم داده سنسور رو با استفاده از آردوینو بخونیم مسلما باید بریم سراغ پین های دیجیتال ( چون سنسور دیجیتاله) و پین دیجیتال رو به عنوان ورودی استفاده کنیم . حالا این که اصن چرا اصرار دارم ورودی باشه؟
ببینید وقتی می خواستیم یه LED رو روشن کنیم ما دستور می دادیم که روش بشه در نتیجه فرمان دهنده ما بودیم. الان داستان کاملا برعکسه. الان سنسور داره دستور میده . وقتی روی پایه سیگنالش عدد 1 بیفته یعنی داره خبر میده که یکی از جلوش رد شده. بنابراین ما در نقش پذیرنده فرمان هستیم و به همین علت ساده پین دیجیتال متصل به سنسور از نوع ورودی تعریف میشه.

حالا تو این جلسه به جای این که از سنسور به عنوان تولید کننده پالس دیجیتال استفاده کنیم از سوئیچ استفاده می کنیم. سوئیچ ها خیلی متنوع هستن چند نمونش رو ببینید:

ولی ما از هیچ کدوم اینا استفاده نمی کنیم. از این ماژول استفاده می کنیم.

سوئیچ های معمولی فقط بهت میگن فشار داده شدن یا نه ولی این سوئیچ علاوه بر اون قابلیت بهت میگه در کدوم جهت فشار داد شده. اگه به عکس پشت ماژول نگاه کنین علاوه بر پایه VCC (پایه ولتاژ) و GND (زمین) 5 تا پایه دیگه هم بیرون کشیده شده که به این صورتن:
Right (راست)، Down (پایین)، Left (چپ)، Center (مرکز) و Up (بالا).
حالا اگه کلید به سمت بالا فشار داده بشه پایه منطق پایه Up یک میشه ( از نظر ولتاژی یعنی ولتاژ این پایه ماژول 5 ولت میشه ) ، اگه کلید به سمت چپ فشار داده بشه پایه منطق پایه Left یک میشه و الی آخر.

برای اتصال این ماژول به آردوینو باید علاوه بر اتصال VCC و GND ، بقیه پین ها رو به 5 تا پین دیجیتال وصل کنیم.
اگه یادتون باشه (آیا؟) جلسه های قبل برای اتصال LED و موتور با یه سوال بزرگ مواجه می شدیم و سوال این بود که آیا به هر پین دیجیتالی می تونیم وصل کنیم؟ اونجا متناسب با پروژه جواب فرق داشت یا آره بود یا نه بود. اما تو مقوله استفاده از پین دیجیتال به عنوان ورودی هیچ استثنایی وجود نداره و از هر پین دیجیتالی میشه استفاده کرد بنابراین راحت باشید.

بنابراین اتصال ماژول به آردوینو به صورت زیر خواهد بود:

5 تا پین دیجیتال استفاده شده در این مدار می تونن هر 5 پین دیجیتال دلخواهی باشن.
مدار رو بستید؟
تمام؟
خب میریم سراغ کد نویسی
نرم افزار آردوینو رو باز کنید تا شروع کنیم.
پروژه ما اینه: هر جهتی که سوئیچ فشار داده شد تو کنسول آردوینو اون جهت نوشته بشه، مثلا اگه کلید به سمت پایین فشار داده شد تو کنسول نوشته بشه Down.
قدم اول نوشتن هدر برنامه هست:
ببینید تو هدر برنامه صرفا معرفی می کنیم، حالا این معرفی میتونه پین های مورد استفاده باشه، می تونه کتابخونه های مورد استفاده باشه و یا متغیرهایی که در طول برنامه قراره روشون کار کنیم. تو این پروژه ما از هیچ کتابخونه خاصی استفاده نمی کنیم بنابراین فقط پین هایی رو که استفاده کردیم براشون اسم انتخاب می کنیم(همون معرفی)
مثلا شماره پینی که به پین راست ماژول سوئیچ وصل شده پین شماره 6 آردوینو هست. تو هدر برنامه اسم این پین رو right_pin گذاشتیم. با این کار تا آخر برنامه هر بار با این پین کار داشته باشیم از اسم right_pin استفاده می کنیم. در مورد 4 پین دیجیتال دیگه هم همین قانون حاکمه.

مرحله بعد تابع setup هست. قرارمون این بود که هر چی کانفیگ داریم رو بزاریم تو این تابع. الان چند تا کانفیگ داریم یا به زبون دیگه چیا رو باید کانفیگ کنیم؟
چون قراره خروجی کار رو تو کنسول ببینیم یکی از کانفیگ ها تنظیم نرخ داده (Baude Rate) هست که روی 9600 تنظیمش می کنیم.
از طرف دیگه داریم 5 تا پین دیجیتال رو استفاده می کنیم که طبق قوانین مطرح شده تو جلسات قبل لازمه ورودی بودنشون تو تابع setup بیان بشه.
بنابراین دو تا کانفیگ لازم داریم که به صورت زیر کد نویسی می کنیم:

و اما تابع loop:
خب روند کار تو این تابع اینطوری هست که اول مقدار پایه دیجیتال رو می خونیم و توی یه متغیر نگهش می داریم .اگه مقدار 1 بود ( که یعنی کلید فشار داده شده) کامند مناسب اون رو تو کنسول چاپ می کنیم. من کد برای یه پین رو می نویسم که به صورت زیر میشه:

کد رو با 4 قسمت مختلف از هم جدا کردم که تک به تک میریم جلو:

1.هر خطی که با دو تا اسلش شروع بشه (//) جزء دستور و خط برنامه به حساب نمیاد و اصطلاحا بهش میگن کامنت (بعدا خودمون هم کامنت میزاریم)
2.روند رو یادتونه؟ گفتم اول پایه دیجیتال آردوینو رو می خونیم. تو این خط برنامه دقیقا داریم همین کار رو می کنیم. به کمک دستور digitalRead مقدار پین دیجیتال رو می خونیم. همونطور که میبیند این دستور یه ورودی داره که همون پین دیجتالی هست که قراره خونده بشه. الان تو ورودی تابع right_pin نوشته شده که اسم دیگه همون پین دیجیتال شماره 6 هست. مقدار خونده شده توسط دستور digitalRead (که یا 0 هست یا 1) درون متغیر right_value ریخته شده.
3.قدم بعد باید چک کنیم داده خونده شده از پین دیجیتال 1 بوده یا نه؟ هر جا شرطی ایجاد میشه یعنی تابع if : الان تو تابع if گفتیم اگه مقدار متغیر right_value ( که همون داده پین دیجیتال رو داره) مساوی با 1 بود (یعنی کلید به سمت راست فشار داده شده بود) بیا کل دستورهای بین دو آکولاد رو اجرا کن.

4.در صورتی که کلید به سمت راست فشار داده شده باشه بنابراین برنامه وارد این تابع if میشه و با دستور Serial.println ما کلمه Right رو توی کنسول چاپ می کنیم و تمام.

همونطور که گفتم این فقط مال یک پین بود برای 4 تا پین دیگه منطق کد نویسی دقیقا به همین شکل هست. اگر در ادامه دادن برنامه مشکل داشتید کافیه تو انجمن مطرح کنید.

جلسه هفتم: کنسول به عنوان ورودی

جلسه قبل از کنسول به عنوان خروجی استفاده کردیم یعنی یه سری پیغام رو تو کنسول چاپ کردیم. این جلسه روند معکوس میشه یعنی تصمیم داریم از کنسول به عنوان ورودی استفاده کنیم و از اون داده دریافت کنیم. برای وارد کردن پیغام در کنسول آردوینو از قسمت بالای کنسول استفاده می کنیم. خب شروع می کنیم به کد نویسی. طبق معمول اول باید نرخ ارتباط سریال رو کانفیگ کنیم. این دفعه Baude Rate رو به جای 9600 روی 115200 تنظیم می کنیم. البته هیچ اصراری نیست که Baude Rate رو تغییر بدید صرفا محظ تنوع این کارو می کنیم.هدفمون تو این برنامه این هست که اول از کنسول سریال یه داده دریافت کنیم بعد همون رو توی کنسول چاپ کنیم. روند کد نویسی برای خوندن از کنسول سریال به این صورته که اول چک میکنیم اصلا داده ای برای دریافت وجود داره یا نه! اگر داده ای دریافت شده بود اون رو بر می داریم و توی کنسول چاپ می کنیم اگر نه خب هیچی.

دستوری که معین میکنه اصن داده برای دریافت وجود داره یا نه Serial.available هست. خروجی این دستور تعداد کاراکترهای دریافتی از کنسوله. برای این که بدونیم اصن داده ای توسط کنسول سریال دریافت شده یا نه کافیه همین دستور رو بنویسیم و چک کنیم که آیا خروجیش بزرگتر از صفر هست یا نه. اگر بزرگتر از صفر بود که یعنی یه داده اومده توکنسول سریال و آماده خوندنه اگر نه یعنی هیچ داده ای دریافت نشده. همین شرطی که میذاریم (خروجی دستور بزرگتر از صفر هست یا نه) تو عالم کدنویسی یعنی استفاده از دستور if . فرم کد نویسی این دستور میشه این شکلی: درمورد ساختار دستور if حتما یه مطالعه ای بکنید. حالا فرض کنید شرط if برقرار باشه یعنی تو بافر ارتباط سریال داده وجود داشته باشه، وقتشه که اون داده خونده بشه. بدون شک دستور خوندن باید تو تابع if و درون کروشه های تابع if نوشته بشه چون عملا اگه داده ای برای خوندن وجود نداشته باشه خب خوندنش کار بیخودیه. محل مورد نظر ما توی شکل نمایش داده شده: و اما قدم نهایی: خوندن داده. دستوری که باهاش می خونیم Serial.read هست. خروجی این دستور یک کاراکتر هست. یعنی وقتی این دستور رو می نویسیم کامپایلر میره اولین کاراکتر عبارت ما رو برمیگردونه. مثلا اگه aftab رو نوشته باشیم با دستورSerial.read کاراکتر a برگردونده میشه. حالا این که ما چجوری از خروجی این تابع استفاده کنیم باز هم برمیگرده به قوانین برنامه نویسی. یه قانون داریم به نام معرفی متغیر. اگه لینک رو مطالعه کردید میدونید که ما به هر متغیر میتونیم یه مقدار انتساب بدیم. مثلا من متغیرم رو از نوع char در نظر میگیرم. اسمشم میزارم data. حالاباید بهش مقدار بدم. مقدار این متغیر رو خروجی دستور Serial.read (یعنی همون یه کاراکتر) در نظر میگیرم. بنابراین دستور من به فرم زیر در میاد. الان در حال حاضر در صورتی که داده ای توی بافر سریال وجود داشته باشه توسط دستور Serial.read خونده میشه. خیلی خیلی دقت کنید نوع متغیر رو از نوع char در نظر گرفتیم. در نهایت برای چاپ عدد توی کنسول از دستور ؟؟؟؟؟؟؟؟ استفاده میکنیم. طبق آموزش های جلسه قبل جای علامت سوال ها با دستور Serial.println پر میشه. بنابراین ورژن نهایی کد میشه عکس زیر: اما کسایی که دقیقن میتونن درک کنن چرا کنار دستور Serial.println یه فلش خورده. جلسه قبل گفتیم فرمت دستور Serial.println اینطوریه که هرچیزی به عنوان آرگومانش بخواد در نظرگرفته بشه باید توی علامت دبل کوتیشن گذاشته بشه (علامت “”) پس چرا الان علامت دبل کوتیشن نذاشتیم ؟ اگه من میخواستم دقیقا عبارت data رو توی کنسول چاپ کنم باید علامت دبل کوتیشن رو رعایت می کردم و کد رو به همون صورت قبل می نوشتم. اما الان قرار نیست همچین کاری بکنم الان data بعنوان یه متغیر تعریف شده و من میخوام مقداری که توی متغیر data هست رو چاپ کنم. طبق قانون دستور Serial.println برای چاپ عبارت داخل یه متغیر (مثل متغیر data) علامت دبل کوتیشن نباید گذاشته بشه. خب کد رو اپلود کنید و کنسول سریال رو باز کنید. الان قسمت بالای کنسول عدد 5 رو تایپ کنید و دکمه send رو بزنید (یا enter کنید).

وقتی اینتر کنید باید توی کنسول سریالتون عدد 5 تایپ بشه مثل شکل زیر:

یه نکته توی عکسه باید بهش دقت کنید. baud rate روی 115200 باید تنظیم باشه. اگه به اشتباه baude rate رو روی 9600 گذاشته باشید هر چقدر 5 تایپ کنید و enter بزنید فقط یه سری داده پرت و پلا دریافت می کنید بنابراین دقت کنید که baude rate ای که تو دستور Serial.begin انتخاب می کنید با baude rate ای که توی کنسول انتخاب می کنید مساوی باشه.
به همون صورت قبل حرف a رو تو قسمت ورودی کنسول تایپ کنید و اینتر بزنید همون موقع حرف a برای شما تایپ میشه.
حالا قسمت جالب انگیز ماجرا:
بیاید قسمت ورودی کنسول تایپ کنید aftab و اینتر بزنید. وقتی بخواد تو کنسول چاپ کنه با شکل زیر مواجه میشید.

خیلی به این قضیه اصرار دارم. ببنید کل کلمه aftab پشت سر هم تایپ نشده بلکه هر کاراکتر تو یه خط چاپ شده. این قضیه خیلی مهمه. دلیل این اتفاقی که افتاده اینه که دستور Serial.read تنها و تنها یک کاراکتر رو بر میگردونه. بنابراین هر باری که وارد شرط if میشه یک کارکتر از کاراکترهای عبارت aftab چاپ میشه.

خب این جلسه هم تموم شد الان قابلیت این رو دارید که هر عبارتی رو تو کنسول چاپ کنید و ازش داده بگیرید.

دوستان عزیز بابت این تاخیری که توی این جلسه پیش اومد از همگی عذر خواهی می کنم. موفق باشید

پایان جلسه هفتم

جلسه پنجم: ساختار کدنویسی در اسکچ

با سلام
دوستان آردوینویی وارد جلسه پنجم میشم. این جلسه دنبال این هستیم که با ساختار کدنویسی در محیط برنامه نویسی آردوینو (اسکچ) آشنا بشیم. دقیق تر بگم هدفمون اینه که بگیم کد برنامه چشمک زن که جلسه قبل آپلود کردیم چجوری نوشته شده.

خب میریم وسط داستان. هر برنامه ای که برای آردوینو میخوایم بنویسیم دو قسمت مجزا داره. یکی تابع setup یکی تابع loop. دقت کنید تمام برنامه ها باید حتما شامل این دو تا تابع باشن. طرح خالی برنامه به این شکله:

حالا این که این دو تا تابع چی هستن و چیکار میکنن؟
اول تابع setup: به زبون نیمه علمی بخوام بگم کامپایلر آردوینو این تابع رو فقط و فقط 1 بار اجرا می کنه یعنی تمام خط های برنامه که توی این تابع نوشته میشن تنها 1 بار فراخوان میشن. خب این قسمت به چه دردی میخوره اصن؟ فرض کنید یه پروژه داشته باشیم که بخواد میزان الودگی هوای محیط یه کارخونه رو روی یه LCD نشون بده. همچنین تاکید کرده باشن که اول برنامه لوگوی اون کارخونه نمایش داده بشه. خب شما کافیه که دستور چاپ لوگوی اون کارخونه رو توی تابع setup قرار بدید، با این کار لوگو یک بار و تنها یک بار اونم اول برنامه نشون داده میشه.

setup یه کاربرد دیگه هم داره که اصطلاحا بهش میگن کانفیگ(config) کردن. کانفیگ کردن اینجا یعنی تنظیمات مربوط به قطعه هاتون رو توی همین تابع انجام بدید. مثلا فرض کنید دارید با ارتباط سریال با یه بلوتوث ارتباط برقرار میکنید. طبق خواص ارتباط سریال لازمه که نرخ تبادل اطلاعات (Baude Rate) رو تعیین کنید. برای این کار کافیه توی تابع setup این نرخ تبادل رو یه بار معین کنید.

میریم سراغ LOOP . این تابع تنها یه مفهوم داره: اجرا شدن تا ابد. روند اجرای دستورات در loop به این صورت هست که کامپایلر شروع میکنه به اجرای خط به خط برنامه ها. از خط اول شروع میکنه تا برسه به خط آخری که در تابع loop نوشته شده. وقتی رسید به خط اخر دوباره برمیگرده از خط اول و اجرا میکنه(دقیقا نقش همون (1)while توی کدنویسی avr در سایر برنامه ها).
برای درک بهتر فرض کنید یه ماهواره قراره اطلاعاتی که دریافت کرده رو به زمین مخابره کنه، تو ایستگاه زمینی برای دریافت اطلاعات از آردوینو استفاده شده باشه.برای دریافت اطلاعات در ایستگاه لازمه یه سری کد نویسی هایی در آردوینو انجام بشه. فرض کنید اشتباها کد دریافت داده تو setup گذاشته بشه. تو این شرایط ماهواره دائم داده میفرسته ولی ایستگاه زمینی ما (آردوینو) فقط یک بار اون داده رو گرفته بعدش دیگه هیچ کاری نمیکنه در حالی که ماهواره داره اطلاعات مخابره میکنه و تمام اون اطلاعات هم دارن از دست میرن. درستش اینه که کدهای مربوط به دریافت اطلاعات بیاد توی
loop قرار بگیره تا ارتباط همزمان ماهواره و ایستگاه برقرار باشه.

خب تا اینجا ساختار کلی کدنویسی آردوینو مطرح شد. از این جا به تمرکز می کینم روی کدهای برنامه چشمک زن.

دستور pinMode :

یادتون هست تو جلسه های قبلی در مورد پین های دیجیتال و آنالوگ حرف زدیم. گفتیم 14 تا پین دیجیتال داریم که هم میتونن ورودی باشن هم خروجی. از اون طرف 6 تا پین آنالوگ داشتیم که فقط و فقط ورودی بودن. برای این که به آردوینو بفهمونیم قراره از این پین ها چجوری استفاده کنیم میریم سراغ دستور pinMode . این دستور دو تا آرگومان(ورودی) داره.

توی آرگومان اول بهش میگیم که داریم از کدوم پین استفاده می کنیم. اگه پین مورد استفاده دیجیتال بوده باشه عدد 0 تا 13 به عنوان آرگومان نوشته میشه. اگه از پین آنالوگ استفاده کرده باشیم A0 تا A5 نوشته میشه.
ورودی دوم تابع pinMode مربوط میشه به این که ما از پین (که در آرگومان اول معرفیش کردیم) چجوری داریم استفاده می کنیم. کلا 3 حالت وجود داره: INPUT , OUTPUT و INPUT_PULLUP . در صورتی که از پین دیجیتال استفاده کنیم یکی از سه حالت بالا میتونه اتفاق بیفته، ولی اگه پین استفاده شده آنالوگ باشه فقط و فقط INPUT مجاز خواهد بود.

نمیدونم حواستون بود یا نه دستور pinMode توی تابع setup نوشته شده. دستور pinMode از اون دستورایی هست که برای کانفیگ کردن استفاده میشه. در حقیقت ما با این دستور یک پین از آدوینو رو کانفیگ می کنیم.

دستور digitalWrite :

برای این که به پین های دیجیتال (دقت کنید پین های دیجیتال) مقدار داده بشه از دستور digitalWrite استفاده می کنیم. این دستور دو تا آرگومان داره. آرگومان اول شماره پین دیجیتال رو میگیره که چون بحث روی دیجیتاله میشه 0 تا 13. آرگومان دوم مقدار میگیره یعنی LOW و HIGH. اگه قراره روی پین مقدار 1 بیفته از HIGH و اگه قراره 0 باشه از LOW استفاده می کنیم.

دستور delay :

این دستور یه آرگومان عددی داره به این صورت که هر عددی که توش بنویسید بر حسب میلی ثانیه محاسبه میشه و آردوینو همون اندازه صبر می کنه. مثلا ما این جا نوشتیم (delay(1000 این یعنی به مدت 1000 میلی ثانیه (همون یک ثانیه) آردوینو صبر میکنه بعد خط بعدی برنامه رو اجرا میکنه.

امیدوارم دقت کرده باشید که دو تا تابع digitalWrite و delay توی loop نوشته شدن. یعنی اجرای این دستورها تا ابد ادامه خواهد داشت.

خب تا این قسمت از جلسه فقط تیکه تیکه اومدیم کد ها رو گفتیم الان میخوایم بگیم کامپایلر چجوری این دستورها رو کنار هم میخونه و اجرا میکنه. اگه با این روند جلو بریم همیشه میتونیم خودمون کدهامون رو دیباگ و اشکال زدایی کنیم.

شروع می کنیم.
کامپایلر اول میره سراغ تابع setup. توی تابع setup اومدیم با دستور (pinMode(13, OUTPUT به آردوینو فهموندیم که میخوایم از پین شماره 13 (همون پینی که LED داخلی بهش وصله) به صورت خروجی استفاده کنیم. در حقیقت با این کار پین 13 رو به عنوان خروجی کانفیگ کردیم.
قدم بعد کامپایلر وارد تابع loop میشه. خط اول از دستور ( digitalWrite(13, HIGH استفاده کرده. طبق آرگومان هایی که بهش داده شده، میاد روی پین شماره 13 سطح منطقی HIGH رو قرار میده و با این کار LED داخلی روشن میشه.
خط بعد از دستور delay با آرگومان 1000 استفاده شده. با این کار آردوینو به مدت 1 ثانیه روی همین خط برنامه متوقف میشه و این در حالیه که led داخلی اون قبلا روشن شده.
بعد از گذشت یک ثانیه خط بعدی با دستور (digitalWrite(13, LOW اجرا میشه. با این دستور led داخلی آردوینو خاموش میشه.
خط آخر برنامه که دستور delay هست، باز هم برنامه رو به مدت 1 ثانیه متوقف میکنه با این تفاوت که الان led داخلی آردوینو خاموشه.

خب خط های برنامه تموم شد آیا روند اجرای برنامه متوقف میشه؟
کسانی که بحث رو دنبال کرده باشن میتونن جواب این سوال رو بدن. خیر روند اجرایی برنامه متوقف نمیشه چرا که تمام این دستور ها توی تابع loop نوشته شده. بنابراین دوباره از خط اول تابع loop که همون( digitalWrite(13, HIGH هست برنامه شروع میکنه به انجام شدن.

اگه دقت کرده باشین توی بعضی دستورها حروف بزرگ و کوچک شدن. این اتفاق همینجوری الکی نبوده. کامپایلر آردوینو نسبت به بزرگ و کوچکی حروف دستورها حساسه و اگه رعایت نشه ازتون خطای کامپیال میگیره.

این جلسه هم تموم شد موفق باشید.

جلسه سوم : سخت افزار آردوینو

به نام خدا موضوع این جلسه، آموزش سخت افزار آردوینو هست که بیس آموزش، آردوینو UNO است.

متاسفانه تو این آموزش نمی تونیم به صورت خیلی جزئی به آموزش الکترونیکی بپردازیم ولی جاهایی که ممکنه تو مفهوم مشکل وجود داشته باشه لینک دادیم به صفحه های فارسی که بچه های دیگه زحمت کشیدن. عکس زیر نمایش قسمت های مختلف آردوینو به تفکیک رنگه:

USB connector(قسمت زرد رنگ):
با این پورت آردوینو با کابل USB به کامپیوتر وصل می شه. حالا چه احتیاجی به این کابل USB وجود داره؟
1. تامین ولتاژ مصرفی آردوینو، به زبان ساده تر یعنی روشن کردن آردوینو.
2.پروگرام کردن آردوینو با همین کابل انجام میشه یعنی فقط کافیه کد رو داشته باشیم کابل USB رو وصل می کنیم و آپلود می کنیم.
3.ارتباط سریال بین کامپیوتر و آردوینو (این قسمت مربوط به بخش برنامه نویسی است که در جلسات آینده مورد بحث قرار می گیرد.)

سوکت آداپتور (قسمت صورتی رنگ) :
هروسیله ای برای روشن شدن به ولتاژ یا به اصلاح عامیانه تر برق احتیاج داره. آردوینو هم از این قاعده جدا نیست. برای روشن کردن آردوینو چند تا راه داریم. اولین راه همون کابل USB بود. حالا فرض کنید یه مدار با آردوینو بستیم که قراره توی یه مطب یا توی بانک ازش استفاده بشه. اگه قرار باشه تنها راه روشن کرد آردوینو کابل USB باشه، باید همه جا دنبال خودمون لپتاپ هم ببریم که منطقی نیست. حالا اومدن توی بردهای آردوینو یه سوکت قرار دادن که میشه به اون سوئیچ آداپتور وصل کرد و با همون ولتاژ مصرفی آردوینو فراهم میشه.
آداپتور ها ولتاژها وجریان های متفاوتی دارن. حواستون باشه اینطوریا هم نیست که هر ولتاژی دوست داشته باشیم به آردوینو بدیم. معمولا آداپتورهای 5 ولت یا 9 ولت به آردوینو وصل کنید. شدیدا پیشنهاد میکنیم که 12 ولت به آردوینو وصل نکنید چون در طولانی مدت مجبور می شید باهاش خداحافظی کنید.
حالا اومدیم یه بنده خدایی پیدا شد می خواست مدارشو برداره ببره وسط صحرا باهاش کار کنه و لپتاپ هم نتونه ببره. وسط صحرا ؟ پریز برق واسه آداپتور ؟راه حل: پایه vin (در مورد این پایه بعدا توضیح داده میشه).

منبع تغذیه (قسمت نارنجی رنگ):

برای توضیح پین های این قسمت با مثال میریم جلو. فرض کنید دو تا سنسور داریم یکی دما یکی فشار. سنسور دما 5 ولت و سنسور فشار 3.3 ولت برای روشن شدن احتیاج دارن(همون VCC). از کجا ولتاژ بیاریم؟
اگه با avr کار کنیم باید دوتا رگولاتور 5 ولت و3.3 ولت بزاریم تا از خروجی این رگولاتورها به سنسورها ولتاژ بدیم ( اگه ولتاژ بیشتر از حد تحملشون بهشون داده بشه می سوزن).

حالا اگه با آردوینو کار کنیم این دوتا رگولاتوری که ازشون حرف زدیم به صورت پیش فرض روی خود برد قرار گرفته و خروجی 5 ولت و 3.3 ولت آماده و حاضر وجود دارن. یعنی اگه شما با یکی از راه های قبلی (کابل USB یا آداپتور) خود آردینو رو روشن کرده باشین روی این دو تا پایه ولتاژهای 5 ولت و 3.3 ولت آماده استفاده هستن (شک دارید ولتمتر بزارید).
علاوه بر این، دو تا پایه زمین (GND) هم داره. برای روشن شدن سنسور علاوه بر ولتاژ دادن باید پایه گراند هم متصل باشه در غیر این صورت با وجود وصل بودن vcc سنسور روشن نمیشه.

تا الان تکلیف 4 تا پایه روشن شد حالا میریم سراغ پایه Vin. تو قسمت سوکت آداپتور یه اشاره کوچیکی کردیم. فرض کنید یه پروژه داریم که باید دمای هوای صحرا در طول یک روز اندازه گیری بشه و به ایستگاهی در فاصله یک کیلومتری فرستاده بشه. پس باید به مدت یک روز آردوینو و سنسور دما و فرستنده بی سیم توی صحرا کار گذاشته بشن. وسط صحرا نمی تونیم با آداپتور آردوینو رو روشن کنیم (پریز برق نداریم خب) میریم سراغ کابل USB. برای استفاده از کابل باید لپتاپ ما بتونه به مدت یک روز شارژ نگه داره! عملا با دو روش قبلی کاری از پیش نمیبریم.
یعنی پروژه کنسل ؟ خیر میریم سراغ پایه Vin. میشه با باتری هم آردوینو رو روشن کرد . باتری دو تا خروجی داره : ولتاژ و زمین. کافیه خروجی ولتاژ باتری به پایه Vin و گراندش به گراند آردوینو وصل بشه. البته مثل آداپتور اینجا هم مجاز نیستیم هر ولتاژی بهش بدیم. سایت سازنده خودش پیشنهاد کرده ماکزیمم 12 ولت بهش بدید ( زیر 5 ولت هم قاعدتا نباید بهش ولتاژ داد).
البته پایه Vin یه کاربرد دیگه هم داره. وقتی ولتاژ آردوینو با آداپتور فراهم بشه روی این پایه همون ولتاژ آداپتور میوفته یعنی اگه آداپتور 9 ولت وصل کرده باشید روی این پایه ولتاژی حدود 9 ولت میوفته. زمانی هم که آردوینو با کابل USB روشن بشه روی پایه Vin تقریبا 5 ولت میوفته.

و اما پایه IOREF. سطح منطقی ای که برد باهاش کار میکنه روی این پایه میفته. مثلا آردوینو UNO روی پین های ورودی خروجیش با سطح منطقی 5 ولت کار میکنه ولی آردوینو DUE با ولتاژ 3.3 ولت کار می کنه.

در مورد پایه ریست پایان همین جلسه در قسمت کلید ریست توضیح میدیم.

ورودی و خروجی های دیجیتال (قسمت سبز رنگ):

قبل از این که وارد موضوع اصلی بشیم شاید یه عده معنی دیجیتال و آنالوگ رو ندونن .اون دوستان برن اینجا یه دوری بزنن و بیان.
آردوینو 14 تا پین دیجیتال داره از D0 تا D13. این پین ها هم به عنوان ورودی هم به عنوان خروجی تعریف میشن. یه موقع دنبال این هستیم که رله خاموش روشن کنیم پس پین به عنوان خروجی در نظر گرفته میشه. بعضی موقع ها یه سنسور دیجیتال داریم (مثل سنسور تشخیص حرکت) در این شرایط پین به عنوان ورودی تعریف میشه.
یه نکته ظریفی این وسط وجود داره. درسته موتورها هم با پایه های دیجیتال کار میکنن ولی هر پایه آردوینو فقط 40 میلی آمپر جریان داره پس عملا موتور راه انداختن با آردوینو به تنهایی کار جالبی نیست و باعث سوختنش می شه.نه تنها موتور، هر سنسوری که جریانی بیشتر از تحمل آردوینو بکشه باعث سوختنش میشه. روی هر پین آردوینو هم PULL UP داخلی وجود داره که اگه پایه به عنوان ورودی در نظر گرفته بشه با برنامه نویسی میتونیم ازش استفاده کنیم.
بعضی از این 14 تا پین آردوینو علاوه بر دیجیتال بودن ویژه گی های دیگه ای هم دارن که توضیحشون همینجاست و جلسه های بعدی روی هر کدوم ازاونها پروژه انجام میدیم.
1- پایه های سریال (Rx & Tx) : پایه های D0 و D1 آردوینو به صورت پیش فرض به عنوان پایه های ارتباط سریال در نظر گرفته شدن. پروگرام کردن آردوینو از طریق کامپیوتر هم از طریق همین 2 تا پین صورت میگیره. طوری که وقتی آردوینو در حال پروگرام شدنه این دو تا پایه که به دو تا led وصل هستن شروع به چشمک زدن می کنن. خیلی کم پیش میاد از این دو تا پایه به عنوان پین های دیجیتال در حین انجام پروژه استفاده بشه. مثلا فرض کنید بیایم به پایه های D0و D1 رله وصل کنیم و با کد نویسی اون ها رو خاموش و روشن کنیم، در حین مسیر آپلود کردن کد تو نرم افزار آردوینو یه ارور میده چرا که پین هایی که برای پروگرام کردن لازم داره ما بهشون رله وصل کردیم و استفاده شدن. بنابراین اول رله ها رو جدا می کنیم بعد پروگرام می کینم و دوباره رله ها رو وصل می کنیم. خب چه کاریه؟ از اول به دو تا پین دیگه وصل می کردیم تا این مکافات کندن و وصل کردن رو نداشته باشیم.
حالا اومدیم و مجبور شدیم با ماژولی(مثل بلوتوث) کار کنیم که ار تباطش با آردوینو از نوع TTL بود، یعنی مجبور بودیم از پایه های Rx و Txاستفاه کینم. واقعا باید برای هر بار کد آپلود کردن دائم سیم جدا کنیم و وصل کنیم؟ جواب منفیه
شما میتونید به صورت نرم افزاری پین های ارتباط سریال رو اضافه کنید. البته نمیتونید از هر پین دلخواهی هم استفاده کنید. بسته به اینکه روی کدوم نوع آردوینو کار می کنید این پین ها متفاوت هستن. به این ترفند SoftwareSerial میگن که در آینده نزدیک روش مانور خواهیم داد.

2- اینتراپت (وقفه):
اول بخونید ببینید اینتراپت چیه.
در مورد کیس خاص ما یعنی آردوینو UNO دو تا وقفه خارجی روی پین های D2و D3 وجود داره که میشه با برنامه نویسی ازاونها استفاده کرد. روال کلی وقفه اینطوریه که وقتی روی پین D2 سیگنال بیفته (به عبارتی trigger بشه) میکرو دست از اجرای هر کاری بکشه و بره یه عملیات مخصوص وقفه انجام بده(اصطلاحا میگن تابع وقفه رو انجام بده). برای مثال فرض کنید کد اصلی روی میکرو شمارش اعداد باشه، حالا ما یه وقفه تعریف کنیم که اگه پایه D2 توسط یه رله خارجی تحریک شد پیغام “Relay ” رو چاپ کنه روی lcd. برنامه رو استارت می کنیم. میکرو شروع میکنه به شمارش 1 ، 2 ،3 و همینطوری میره جلو روی عدد 8 رله را روشن میکنیم بنابراین در اون لحظه پایه D2 تحریک شده وتابع مربوط به وقفه باید انجام باشه بنابراین در عدد 8 متوقف میشه میره پیغام “Relay ” رو روی lcd نشون میده و بر میگرده در ادامه شروع میکنه 9 ،10 ،11 و….
شکل کلی یک پالس به صورت زیره:

همونطور که از شکل معلومه هر پالس لبه بالارونده و لبه پایین رونده داره. وقتی از وقفه صحبت می کنیم می تونیم تعیین کنیم پالسی که به پایه D2 داده میشه روی کدوم لبه حساس باشه. یعنی اگه به لبه بالارونده پالس رسید زیر برنامه وقفه اجرا بشه یا روی لبه پایین رونده. حتی میشه تعیین کرد به ازای هر تغییری که در سطح منطقی بوجود میاد زیر برنامه اجرا بشه.

3- 6 تا پین از 14 پین دیجیتال آردوینو UNO به صورت PWM هم کار میکنن. پین های 3، 5، 6، 9، 10 و 11. وقتی از PWM صحبت می کنیم یاد راه اندازی موتورهای DC می افتیم. ما میتونیم با استفاده از مد کاری PWM به موتورهای DC سرعت چرخش متفاوتی بدیم. با نحوه عملکرد این مد توجلسات آینده با جزئیات بیشتر و دقیق تر آشنا میشیم.

4- هر سنسوری برای برقراری ارتباط با پردازنده از یه پروتکل استفاده میکنه. بعضی ها از SPI و بعضی ها از I2C استفاده می کنن (البته یه سری از سنسورها هم ساده تر ازاین حرفا راه اندازی میشن که بعدا می بینیم). روی برد آردوینو برای هر کدوم از این دوتا پروتکل ارتباطی، پین های مشخصی در نظر گرفته شده.
اول در مورد ارتباط I2C حرف میزنیم. کلا اگه بخواهیم تشخیص بدیم سنسوری که قراره باهاش کار کنیم I2C هست یا نه کافیه به پین هاش نگاه کنیم اگه SCL و SDA داشت زدیم وسط خال. قدم بعد از تشخیص پروتکل ارتباطی سنسور، اینه که وصلش کنیم به آردوینو. برای آردوینو UNO از پین های آنالوگ A4 و A5(تو همین جلسه میگیم کجاس) استفاده میکنیم ولی بقیه مدل های آردوینو دقیقا پین هایی به اسم های SCL و SDA دارن. در آینده نزدیک با راه اندازی یه سنسور I2C کامل متوجه میشید داستان از چه قراره.

میایم سراغ SPI .برای تشخیص سنسور SPI دنبال دو تا پین تابلو برگردین: MOSI و MISO. روی برد آردوینو پین های دیجیتال 10 و 11 و 12 و 13 مخصوص پروتکل SPI هستن. ما گفتیم دنبال دوتا پین بگردین الان 4 تا پین باید وصل کنیم چی شد؟ MOSI و MISO پین هایی بود که با دیدنشوم مطمئن می شدیم سنسور از نوع SPI هست ولی در حقیقت این روش ارتباطی با 4 تا سیم داده رد و بدل میکنه به خاطر همین ما هم 4 تا پین معرفی کردیم.

5- پین دیجیتال شماره 13. این پین تو آردوینو خاصه چرا که یه led بهش وصله. گهگاهی توی پروژه هایی که داریم انجام میدیم لازمه برای آلارم یا حتی چک کردن یه LED رو روشن خاموش کنیم. مثلا فرض کنید یا سنسور تشخیص حرکت داریم و هدف اینه که به محض تشخیص هر نوع حرکتی یه آلارم به ما بده. میتونیم از این led داخلی استفاده کنیم تا به محض تشخیص جا به جایی این led روشن بشه.

پین AREF در قسمت آنالوگ توضیح داده خواهد شد.

• ورودی آنالوگ (قسمت آبی رنگ):

6 پین بالا ورودیهای آنالوگ برد آردوینو است که با نام های A0 تا A5 مشخص شده اند. بعضی سنسورها مثل فوتوسل انالوگ هستن یعنی داده هاشون به صورت پیوسته تغییر میکنه. بدون شک نمیشه داده این سنسورها رو با پایه دیجیتال خوند پس میایم سراغ پایه آنالوگ. خروجی سنسور وارد یه مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ده بیتی میشه و عددی بین 0 تا 1023 به عنوان داده سنسور مورد استفاده قرار می گیره. این در شرایطی هست که سنسور با ولتاژ 5 ولت کار کنه ( یعنی ماکزیم ولتاژ قابل تحمل اون 5 ولت باشه). وقتی ولتاژ قابل تحمل سنسور پایین تر باشه(مثلا 3.3 ولت) لازمه اون ولتاژ به پایه AREF هم داده بشه تا ولتاژ ورودی مرجع آنالوگ به 3.3 ولت تبدیل بشه. با اینکار رزولوشن تبدیل آنالوگ به دیجیتال بالاتر میره.

حالا یه بنده خدایی پیدا شده توی پروژش اصلا سنسور آنالوگ نداره ولی 15 تا سنسور دیجیتال باید راه بندازه. بالاتر گفتیم که کلا 14تا پین دیجیتال داریم که پین 0 و 1 هم عملا قابل استفاده نیست. بنابراین فقط 12 تا پین دیجیتال باقی میمونه در حالی که ما 15 تا سنسور داریم. یا باید بریم سراغ یه آردوینو دیگه که تعداد پایه هاش بیشتر باشه یا از یه تریک جدید استفاده کنیم . تریک جدید اینه که اون 6 تا پایه آنالوگ میتونن به عنوان دیجیتال هم استفاده بشن. یعنی چی؟
یعنی ما میتونیم به پایه A0 بگیم پایه شماره 14 دیجیتال و تا آخر به A5 بگیم پایه دیجیتال 19. با این کار دقیقا 20 تا پایه دیجیتال داریم که با کم کردن پایه 0 و 1 (به خاطر آپلود کردن کد) عملا 18 تا پایه دیجیتال داریم (هورا شدیم).

کلید ریست (قسمت آبی رنگ):

گاهی اوقات در روند اجرای یه پروژه لازم میشه برنامه از اول اجرا بشه. مثلا فرض کنید پروژه شمارش تعداد نفراتی باشه که روزانه وارد یه محیط اداری میشن. اگه قرار باشه برنامه ریست نشه هر روز به تعداد نفرات شمارش شده اضافه میشه و داده دقیقی در دسترس نیست بنابراین لازمه روزانه مدار ریست بشه. حالا یا میتونیم یه صورت سخت افزاری ریست کنیم یعنی کلید ریست رو فشار بدیم یا میتونیم از پین ریست (RESET) استفاده کنیم. پین ریست که توی قسمت منبع تغذیه قرار داره به محض دریافت سطح منطقی 0 مدار رو ریست میکنه و برنامه از اول شروع میکنه به انجام شدن. از هر روشی که استفاده کنیم برنامه از اول اجرا میشه.

جلسه دوم : چرا آردوینو ؟

به نام خدا
وارد جلسه دوم می شیم.
اول باید بدونیم آردوینو چیه؟
به زبان ساده، آردوینو بردیه که از پردازنده و یک سری قطعات الکترونیکی دیگه مثل خازن و مقاومت و رگولاتور و کریستال و … تشکیل شده . آردوینو انواع مختلفی داره که بسته به نوعش، پردازنده ای که روش استفاده شده متفاوته. مثلا روی آردوینو UNO میکروکنترلر مورد استفاده، ATMEGA32 هست. قطعات الکترونیکی که به صورت پیش فرض روی برد آردوینو قرار گرفته، برای راه اندازی ساده تر میکروکنترلر AVR هست که در ادامه در مورد آنها بیشتر توضیح داده میشه. همین قطعات الکترونیکیه که با قرار گرفتن در کنار AVR بردی متفاوت و پرکاربرد را بوجود آورده. ناگفته نمونه بعضی از بردهای آردوینو میکروکنترلر ARM استفاده میکنن.

حالا چرا از خود AVR استفاده نکنیم و بیایم سراغ آردوینو ?
کسانی که با AVR کار کرده باشن خوب میدونن، حتی اگه بخوای یک پروژه LED چشمک زن ساده هم راه اندازی کنی علاوه برخود AVR به یک سری سخت افزار جانبی مثل رگولاتور و کریستال و سیم بندی واسه تغذیه و زمین کردن(مهم ترین پایه ها) کنترلر AVR نیاز داری. حالا این وسط اگه یه موقع میکرو را بر عکس تو مدار جا بزنی یا اشتباه به یه پایه دیگه اون ولتاژ بدی عملا میکرو می سوزه و تا بخواد دستت بیاد چجوری اشتباه نکنی، عملا مقدار هنگفتی پول خرج کردی و دل زده شدی و الفرار.
این اول داستان نیست. پروگرام کردن AVR هم یه سری مشکلات داره .در بهترین حالت که پروگرامر از نوع USB باشه، باید AVR را از مدار خارج کنی، وصلش کنی روی پروگرامر، کد رو آپلود کنی، دوباره از برد پروگرامر جداش کنی و بزاریش تو مدار ( اگه اشتباه نزاری). اگه از کد نویسی مطمئن باشی و نخواد به خاطر یه اشتباه کوچک کد را عوض کنی 4 مرحله وجود داره تا آپلود کنی.
اینم یک نمونه از پروگرامر که اگه قصد دارید از AVR به تنهایی استفاده کنید باید همه جا دنبالتون باشه .

تا این قسمت از جلسه توضیح راه اندازی پروژه LED چشمک زن با AVR بود. از این جای داستان به بعد پروژه LED چشمک زن را با آردوینو پیاده سازی میکنیم .(الان صرفا یک شمای کلی از نحوه کار با آردوینو بیان میشه. جزئیات بحث آردوینو، مطمئنا در جلسات بعدی مطرح خواهد شد.)
خب شروع میکنیم .
قطعات مورد نیاز: برد آردوینو + کابل USB .
سخت افزار همین جا تمام میشه .شما به هیچ چیز دیگری (حتی LED) احتیاج ندارید. رگولاتور و کریستال و همه سخت افزارهای دیگه ای که برای راه اندازی پروژه LED چشمک زن لازمه روی این برد به صورت پیش فرض قرار گرفته. برای آپلود کردن کد کافیه کابل USB رو به آردوینو وصل کنید، در نرم افزار آردوینو با اشاره یک کلید آپلود کنید. یعنی بعد از آماده شدن کد فقط با 2 حرکت می تونید آپلود کنید.
اگر فرض کنیم کسی در کد نویسی وارد نباشه، مطمئنا چندین بار لازمه کد برنامه را تغییر بده. حالا اگه با AVR کار کنه به ازای هر تغییری که در کد بوجود بیاره و بخواد آپلود کنه باید 4 مرحله را طی کنه اما، اگه بخواد با آردوینو پروژه انجام بده هیچ نیازی نداره میکرو از مدار جدا بشه، همونطوری که تمام اجزای مدار سر جاشه کابل USB وصل میشه و برنامه آپلود میشه.
خیلی قابل درکه که پروگرام کردن و ساخت مدار پروژه چشمک زن توسط آردوینو نسبت به AVR کار بسیار ساده تری است.
حالا اگه قصد داشته باشیم در حوزه کد نویسی وارد بشیم و تفاوت ها را در این حوزه هم بیان کنیم، یه بار دیگه برمی گردیم به پروژه LED چشمک زن. اگر بخواهیم با نرم افزار های مخصوص AVR کد نویسی کنیم، اول برنامه(هدر برنامه) باید تعدادی تابع را include کنیم تا بتونیم از توابع مورد نیاز استفاده کنیم. بعد برای این که پین میکرو را 0 و 1 کنیم (تا LED روشن و خاموش بشه) اول باید به ریجسترها مقدار بدیم تا اون پین خروجی بشه، بعد پایه را 0 و 1 کنیم. ریجسترهایی که استفاده میشه معمولا اسم هایی دارن که به خاطر سپردنشون برای بعضی افراد کار مشکلیه .
حالا اگه بخواهیم همین کد رو توی آردوینو بنویسیم نه نیازه تابعی را include کنیم نه به ریجستری مقدار بدیم .با یک خط کد نویسی پین به عنوان خروجی در نظر گرفته میشه. دستوری که با اون پین را معرفی می کنیم، دستور pinMode هست که به خاطر سپردنش کار ساده ایه. در نرم افزار آردوینو کدنویسی به زبان ++c است.
برای مقایسه، دو تا کد میزاریم اولی کدنویسی AVR است:

define F_CPU 4000000UL#
 <include <avr/io.h#
 <include <avr/delay.h#
 "include “myTimer.h#
 (int main (void
 }
 ;DDRC = 0xFF
 } (while(1
 ;(PORTC |=(1<<0
 ;(delay_ms(250
 ;(PORTC &= ~(1 << 0
 ;(delay_ms(250
 ;{
 {

دومی کد نویسی آردوینو است:

}()void setup
 ;(pinMode(13, OUTPUT
 {
 }()void loop
 ;(digitalWrite(13, HIGH
 ;(delay(250
 ;(digitalWrite(13, LOW
 ;(delay(250
 {

پایان این جلسه را اعلام میکنیم.
در صورت داشتن هر گونه سوالی به لینک فروم در آفتاب رایانه مراجعه کنید.

Tag Archives: ورودی