Tổng quan về lập trình điều khiển và vi mạch Arduino

Cấu tạo của Arduino

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều dòng Arduino và chúng được sử dụng cho các mục đích khác nhau tùy vào quy mô và kích thước của dự án. Nhưng nhìn chung thì hầu hết các dòng Arduino đều sẽ có cấu tạo chung như sau: (ở đâu ta sẽ lấy ví dụ là Arduino UNO)

Nguồn USB / Đầu cắm nguồn cái

Arduino UNO được cấp nguồn thông qua đầu cắm USB (1) hoặc là đầu cắm nguồn cái được đánh số (2). Đầu USB (1) còn hỗ trợ tải mã từ máy tính lên bo mạch.

LƯU Ý: Tuyệt đối KHÔNG được cấp nguồn điện lớn hơn 20V sẽ gây hư hại bo mạch Arduino. Ở hầu hết các dòng Arduino, điện áp hoạt động tối ưu sẽ vào khoảng 6V - 12V.

Chân (5V, 3.3V, GND, Analog, Digital, PWM, AREF)

Chân là các vị trí trên bo mạch Arduino dùng để cắm dây xây dựng mạch (loại dây sử dụng sẽ có một đầu nhựa đen).

• GND (3): Đây là viết tắt cho "Ground". Ở Arduino UNO, bạn có thể sử dụng bất cứ chân GND nào để nối đất cho mạch điện của bạn.

• 5V (4) & 3.3V (5): Đây là 2 chân cấp nguồn 5V và 3.3V cho các linh kiện, thiết bị trong dự án của bạn. Hầu hết các linh kiện cơ bản sử dùng cho Arduino đều hoạt động tốt ở mức điện áp 5V hoặc 3.3V.

• Analog (6): Ở dãy chân "Analog In", tức là các chân từ A0 - A5 sẽ là các chân nhận tín hiệu đầu vào. Ở các chân này, chúng ta sẽ kết nối dây tín hiệu của các thiết bị cảm biến và chúng sẽ đảm nhận vai trò biến đổi các tín hiệu trả về thành các giá trị số mà ta có thể đọc được.

• Digital (7): Đây sẽ các chân từ 0 - 13. Chúng được dùng cho các tín hiệu đầu vào digital (nút nhấn, cảm biến hồng ngoại...) hay để điều khiển LED, Relay,...

• PWM (8): Như trên hình, các bạn có thể dễ dàng nhìn thấy có một số chân sẽ được đánh dấu (~). Trên mạch UNO sẽ là các chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11. PWM (Pulse Width Modulation) hay còn được gọi là "Điều chế độ rộng xung", "Băm xung", vấn đề này chúng ta sẽ tìm hiểu thêm ở các bài sau nhé!

• AREF (9): Là viết tắt của tham chiếu analog. Chân này thường ít được sử dụng. Thỉnh thoảng nó được dùng để thiết lập điện áp tham chiếu bên ngoài (giữa 0V và 5V) làm giới hạn trên cho các chân analog đầu vào. 

Nút Reset

Khi bạn nhấn nút Reset (10), thì ngay lập tức chân Reset sẽ được nối đất tạm thời và bo mạch sẽ khởi động lại đoạn mã đã được nạp trước đó.

Đèn LED báo nguồn

Nếu bạn nhìn kĩ hơn thì bạn sẽ thấy một chiếc đèn LED nằm cạnh chữ 'ON' (11), đèn LED này sẽ sáng khi Arduino ta cắm Arduino vào nguồn điện.

Đèn LED RX-TX

TX hay còn hiểu là transmitter và RX nghĩa là receiver. Đây là là những thuật ngữ bạn sẽ nghe thường xuyên trong các dự án điện tử sau này chỉ việc truyền và nhận tín hiệu, thông tin. Trong hình ảnh UNO phía trên, có 2 vị trí ta sẽ bắt gặp TX và RX - thứ nhất là ở chân 0 và 1, thứ hai là ở cạnh đèn báo TX và RX. Hai đèn LED này có vai trò thông báo mỗi khi mạch Arduino đang thực hiện thao tác truyền hay nhận tín hiệu.

Mạch tích hợp - IC

IC là bộ phận có màu đen và có các chân kim loại (13). Để dễ hình dung, bạn cứ hiểu IC chính là bộ não của bo mạch. Ở hầu hết các bo mạch thì IC được sử dụng là dòng IV ATmega đến từ công ty ATMEL. Và các thông tin cơ bản về IC sẽ được in trên bề mặt IC. Còn nếu bạn muốn biết thêm các thông tin chi tiết, bạn cần phải đọc datasheet của dòng IC đó.

Điều chỉnh điện áp

Điều chỉnh điện áp là bộ phận sẽ điều chỉnh điện áp đầu vào cho Arduino (14). Đây cũng là bộ phận mà chúng ta không thể tương tác được với bo mạch. Hiểu nôm na đây chính là "bảo vệ" của căn nhà của bạn, sẽ không cho các thành phần xấu chính là những điện áp phụ có thể gây hại cho mạch vào được căn nhà của bạn. Tuy nhiên, nó cũng có giới hạn nên cấp điện áp dưới 20V thôi nhé!

Các loại Arduino phổ biến

Như đã nói ở trên thì Arduino là một thiết bị phần cứng nguồn mở (open source) nên việc bổ sung, cập nhật và đổi mới là không ngừng. Hiện nay trên thị trường đã có rất nhiều loại Arduino được ra mắt và sử dụng rộng rãi, chúng có kích thước, màu sắc, hình dáng và chức năng khác nhau. Có thể kể đến một số loại nổi bật như:

Arduino UNO (R3)

Nếu bạn là người mới biết đến Arduino thì đừng lo, UNO được tạo ra là dành cho bạn. Nhà phát triển tạo ra UNO với rất nhiều chân để bạn có thể thoải mái sáng tạo dự án cho riêng mình mà không bị giới hạn gì cả. Hơn thế nữa, việc cấp nguồn cho bo mạch UNO cũng được đơn giản hóa, bạn chỉ cần một chiếc máy tính có cổng USB hoặc một bộ chuyển đổi điện xoay chiều-một chiều (adapter) hay thậm chí là pin.

Arduino Nano

Arduino Nano cũng là một loại Arduino được sử dụng rất nhiều hiện nay. Bởi vì kích thước của loại Arduino này rất nhỏ, chỉ bằng ngón cái của bạn thôi! Đúng vậy, bạn không đọc nhầm đâu, Arduino Nana chỉ có kích thước tầm 185x430mm và nặng khoảng 7g. Tuy nhỏ gọn nhưng chức năng của Nano chẳng thua kém UNO là mấy, và việc nạp chương trình cũng chẳng khó khăn vì đã có tích hợp một chân micro USB ngay trên bo mạch.

Arduino Mega (R3)

Nếu Nano là phiên bản thu nhỏ của UNO thì Mega chính là "anh trai" của UNO! Với kích thước lớn hơn đồng nghĩa với việc sẽ có thêm nhiều chân kết nối, vô cùng tiện lợi cho các dự án đòi hỏi nhiều nút bấm hay nhiều LED. Và hơn hết, Mega vẫn có nút Reset và giắc cắm nguồn chẳng khác gì Arduino UNO cả.

Ứng dụng của Arduino

Arduino được thiết kế cho bất kỳ ai quan tâm đến việc tạo ra các đối tượng hoặc môi trường tương tác. Arduino có thể tương tác với các nút, đèn LED, động cơ, loa, đơn vị GPS, máy ảnh, internet và thậm chí cả điện thoại thông minh hoặc TV. Sự linh hoạt này cộng với với phần mềm Arduino là miễn phí, các bo mạch phần cứng khá rẻ và cả phần mềm, phần cứng đều dễ học, nên nó có một cộng đồng người dùng lớn đã đóng góp mã và hướng dẫn cho một lượng lớn dự án dựa trên Arduino.

Tại Việt Nam, hiện nay cũng chẳng quá khó để bắt gặp các cuộc thi và các lớp học robot sử dụng Arduino nữa. Và còn có một cộng đồng Arduino.vn để những người có đam mê với điện tử nói chung và Arduino nói riêng tại Việt Nam có thể trao đổi và chia sẻ kiến thức.

Như vậy, ta đã tìm hiểu sơ lược về Arduino và các thông tin xoay quanh nó. Ở bài viết sau, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về cách sử dụng Arduino và cùng nhau lập trình để điều khiển một vài thứ hay ho về LED nhé!

Xin chào và hẹn gặp các bạn ở bài viết tiếp theo.