برد آردوینو Arduino UNO R3

خرید برد آردوینو UNO برای چه افرادی و چه پروژه هایی مناسب است؟

برد آردوینو Uno، قدیمی‌ترین و مرجع اصلی پلتفرم آردوینو است. در نتیجه کتابخانه‌ها و منابع آماده‌ی زیادی برای استفاده از آن وجود دارد. در نتیجه اگر تجربه کمی در زمینه برنامه‌نویسی میکروکنترلرها دارید و قصد شروع آن را دارید، خرید برد آردوینو Uno یک گزینه بسیار خوب برای شماست.

در سراسر اینترنت، آموزش‌های فراوانی در رابطه با نحوه اتصال و کار کردن انواع ماژول‌ها مانند ماژول‌های دما، رطوبت، فشار، تشخیص فاصله، انواع نمایشگرهای OLED و TFT برای برد آردوینو Uno وجود دارد. در نتیجه به می‌توانید به سادگی از برد آردوینو Uno در طیف وسیعی از پروژه‌های خود استفاده کنید.

همچنین لازم به ذکر است که تعداد زیادی شیلدهای مختلف مخصوص برد آردوینو Uno ساخته شده‌اند که استفاده از این برد را بسیار آسان می‌کند.

برای چه پروژه هایی نباید از آردوینو UNO استفاده کنم؟

همانطور که اشاره شد، برد آردوینو Uno یک برد بسیار مناسب برای شروع برنامه‌نویسی و انجام پروژه‌های ساده است. با این وجود، ممکن است برای برخی پروژه‌ها مناسب نباشد. برای مثال اگر در پروژه خود قصد استفاده از وای‌فای دارید یا نیاز به استفاده از ارتباط بلوتوثی دارید، در برد آردینو Uno امکانات مورد نظر برای چنین کاربردهایی وجود ندارد. با این حال، در این شرایط می‌توانید با اضافه کردن انواع ماژول‌های بلوتوث مانند HC05 به برد آردوینو Uno، بلوتوث را به پروژه خود اضافه کنید. همچنین برای اضافه کردن وای‌فای نیز ببردهایی نظیر برد آردوینو UNO WiFi طراحی شده‌اند.

علاوه بر نداشتن امکاناتی مانند بلوتوث و وای‌فای، برد آردوینو Uno توان پردازشی محدودی دارد. برای مثال برای راه‌اندازی انواع نمایشگرها، ممکن است که شاهد کند تغییر کردن تصاویر باشید و این مساله با بزرگتر شدن اندازه نمایشگر، مشهودتر می‌شود.

در این پروژه‌ها، یکی از بهترین گزینه‌ها برای جایگزینی برد آردوینو می‌تواند خرید انواع بردهای ESP32 و ESP8266 باشند. سری بردهای ESP8266 دارای وای‌فای و سری بردهای ESP32 هم دارای وای‌فای و هم بلوتوث هستند. همچنین به دلیل توان پردازشی بسیار بالاتر، برای راه‌اندازی انواع نمایشگرها بسیار مناسب هستند.

پایه های آردوینو UNO

برد آردوینو Uno در مجموع دارای 20 پایه ورودی/خروجی است که در ادامه جزییات آن‌ها بیان می‌شود.

پایه‌های ورودی/خروجی دیجیتال

14 پایه از مجموع 20 پایه ورودی/خروجی برد آردیونو Uno، پایه‌های ورودی/خروجی دیجیتال آن هستند. در واقع با برنامه‌نویسی این برد، می‌توانید این پایه‌ها را به عنوان ورودی و یا خروجی قرار داده مقادیر دیجیتال HIGH و LOW را در حالت ورودی مقادیر از آن‌ها خوانده و در حالت خروجی در آن‌ها بنویسید. این پایه‌ها به ترتیب به نام پایه‌های 0 تا 13 شناخته می‌شوند.

پایه‌های ورودی آنالوگ

6 پایه دیگر از مجموع 20 پایه ورودی/خروجی برد آردوینو Uno، پایه‌های ورودی آنالوگ هستند. به کمک این پایه‌ها می‌توانید ولتاژهای آنالوگ را به عنوان ورودی بخوانید. این پایه‌ها 10 بیت بوده و در نتیجه توانایی خواندن ولتاژهای ورودی تا دقت 4.88mV را دارند.

این پایه‌ها همچنین می‌توانند همانند پایه‌های ورودی خروجی دیجیتال، برای خواندن و نوشتن مقادیر دیجیتال نیز استفاده شوند.

پایه‌های PWM

6 پایه از مجموع 14 پایه ورودی/خروجی دیجیتال پایه‌های PWM هستند. به کمک این پایه‌ها، می‌توانید مقادیر آنالوگ در خروجی پایه‌ها بنویسید. این پایه‌ها 8 بیت بوده و در نتیجه می‌توان ولتاژ آنالوگ با دقت 19.5mV را در خروجی آن‌ها ایجاد کرد.

پایه‌های GND، 5V و 3.3V

برد آردوینو Uno، در مجموع دارای 3 پایه GND، یک پایه 5V و یک پایه 3.3V است که از آن‌ها می‌توانید برای پروژه‌های خود استفاده کنید.

در شکل بالا، انواع پایه‌های ذکر شده در برد آردوینو Uno نشان داده شده است.

همانطور که گفته شد، این برد در مجوع دارای 20 پایه ورودی/خروجی است. اگر در پروژه خود به این تعداد پایه نیاز ندارید، می‌توانید از انواع دیگر بردهای آردوینو مثل آردوینو پرومینی و آردوینو لیلی‌پد استفاده کنید. همچنین در صورت نیاز به پایه‌های بیشتر می‌توانید از بردهایی مانند آردوینو و آردوینو در پروژه خود بهره ببرید.

پروتکل‌های ارتباطی برد آردوینو UNO

برد آردوینو Uno از انواع پروتکل‌های ارتباطی مانند I2C، SPI و UART پشتیبانی می‌کند. پروتکل‌های ارتباطی بیان شده برای این برد، به صورت جزئی‌تر به شرح زیر است:

یک جفت پایه برای پروتکل ارتباطی I2C: پایه‌های A4 و A5، به ترتیب به عنوان SDA و SCL

چهار پایه برای پروتکل ارتباطی SPI: پایه‌های 10، 11، 12 و 13، به ترتیب به عنوان SS، MOSI، MISO و SCK

یک جفت برای برای پروتکل ارتباطی UART (سریال): پایه‌های 0 و 1، به ترتیب به عنوان RX و TX. این جفت پایه اصطلاحا به عنوان HardwareSerial برد آردوینو Uno شناخته می‌شوند. به این معنا که برای استفاده از آن‌ها نیاز به تعریف آن در کد خود ندارید. علاوه بر این جفت پایه، می‌توانید هر 2 پایه دیگر از بین پایه‌های دیجیتال و آنالوگ را به عنوان SoftwareSerial در کد خود تعریف کنید.

در تصویر بالا، پایه‌های مربوطه به پروتکل‌های ارتباطی برد آردوینو Uno آورده شده‌اند.

بر خلاف پروتکل ارتباطی سریال، امکان تعریف پایه‌های دیگر برد آردوینو Uno به عنوان SPI و یا I2C وجود ندارد. در صورتی که نیاز به پایه‌های بیشتر برای پروتکل‌های SPI و I2C دارید، می‌توانید از سری بردهای توسعه ESP32 و ESP8266 استفاده کنید. امکان برنامه‌ریزی پایه‌های این دو سری بردهای توسعه به عنوان SPI و هم I2C وجود دارد.

حافظه آردوینو UNO

برد آردوینو Uno، در مجموع دارای 3 نوع حافظه مختلف است که در زیر به هر کدام از آن‌ها و کاربردشان اشاره می‌شود.

حافظه Flash (Flash Memory):

برد آردوینو Uno دارای 32کیلوبایت حافظه است.

SRAM:

برد آردوینو Uno دارای یک حافظه SRAM به حجم 2کیلوبایت است.

EEPROM:

حجم حافظه EEPROM نسبت به دو حافظه بررسی شده در قبل کمتر است و تعداد نوشتن‌های محدودی را روی آن می‌توان انجام داد. این حافظه دارای عمر 100000 سیکل نوشتن/پاک کردن (write/erase cycle) است. به این معنا که تنها 100000 بار می‌توان از ذخیره اطلاعات روی این حافظه و پاک کردن آن استفاده کرد. در نتیجه باید مراقب اینکه به چه تعداد از این حافظه استفاده می‌کنید، باشید. حافظه EEPROM موجود روی برد آردوینو Uno دارای حجم 1کیلوبایت است.

سرعت پردازش آردوینو UNO

سرعت کلاک (Clock Speed) برد آردوینو Uno، که همان سرعت پردازش آن حساب می‌شود، 16مگاهرتز است. این بدین معناست، که این برد توانایی اجرای 16000 دستور در هر ثانیه را دارد. در صورتی که نیاز به پردازش سریع‌تر دارید، می‌توانید از سری بردهای آردوینو Due، STM32، ESP8266 و ESP32 استفاده کنید. سرعت کلاک می‎تواند به ترتیب تا 128مگاهرتز، 80مگاهرتز و 240مگاهرتز برای سری بردهای STM32، ESP8266 و ESP32 برسد. (البته سرعت پردازش در همه بردهای یک سری یکسان نبوده و در بردهای گوناگون یک سری یکسان می‌تواند متفاوت باشد.)

اندازه آردوینو UNO

برد آردوینو Uno در اندازه 68.6mm * 53.4mm و وزن حدود 55 گرم عرضه می‌شود. در صورتی که در پروژه خود نیاز به بردی با اندازه خیلی کوچک دارید، می‌توانید خرید بردهای آردوینو Nano، آردوینو Pro Micro، آردوینو Pro Mini و آردوینو لیلی‌پد را بررسی کنید.

تغذیه آردوینو UNO

برای تغذیه این برد سه راه وجود دارد.

• از طریق کابل ارتباط USB
• از طریق جک آداپتور: ولتاژ ورودی بین 7-12 ولت
• از طریق پایه vin: ولتاژ ورودی بین 7-12 ولت

تراشه درایور آردوینو UNO

تراشه درایور در بردهای توسعه در واقع یک قطعه USB-TTL است که به عنوان رابط بین میکروکنترلر و کامپیوتر عمل می‌کند. در حالت کلی، نوع این قطعه در عملکرد برد تاثیری ندارد.

در برد آردوینو Uno، از یک میکروکنترلر Atmega16U2 یا Atmega8U2 به عنوان USB-TTL استفاده می‌شود.

جمع بندی نهایی

بردهایی مانند برد آردوینو UNO CH340G و همچنین انواع مختلف برد آردوینو نانو Nano بیشترین شباهت را به برد آردوینو Uno دارند. برد آردوینو UNO CH340G کاملا مشابه با برد آردوینو Uno است و همانطور که در بخش قبل توصیف شد، نوع درایور موجود در یک برد، تاثیری در عملکرد آن ندارد. بنابراین می‌توانید در کاربردهای یکسان به جای خرید برد آردوینو Uno، خرید برد آردوینو UNO CH340G یا انواع دیگر بردهای دیگر آردوینو Uno را نیز بررسی کنید.

علاوه بر انواع دیگر بردهای آردوینو Uno، انواع بردهای آردوینو نانو نیز، کاملا مشابه بردهای آردوینو Uno هستند. تنها تفاوت این دو سری بردهای آردوینو، استفاده از نوع SMD میکروکنترلر ATmega328P در بردهای آردوینو نانو است در حالی که در بردهای آردوینو Uno، از نوع DIP میکروکنترلر ATmega328P استفاده شده است. همچنین سری بردهای آردوینو Nano اندازه بسیار کوچکتری هم دارند. در نتیجه اگر در پروژه خود فضای کمی دارید می‌توانید به جای خرید برد آردوینو Uno، خرید سری بردهای آردوینو Nano را هم در نظر بگیرید.

در رابطه با تعداد پایه‌ها و قدرت پردازشی نیز، در صورتی که در نظر دارید از تعداد زیادی سنسور و ماژول استفاده کنید و به دلیل محدودیت پردازشی و همچنین محدودیت تعداد پایه‌ها به مشکل خورده‌اید، انواع بردهای آردوینو Mega، آردوینو Due، سری بردهای ESP8266 و سری بردهای ESP32 گزینه‌های بسیار خوبی هستند که می‌توانید به خرید آن ها فکر کنید.

چطور از آردوینو Uno استفاده کنم؟

برد آردوینو Uno یک برد توسعه مبتنی بر میکروکنترلر ATmega328P است. این برد شامل همه چیز مورد نیاز برای پشتیبانی از میکروکنترلر است. برای شروع به کار با این برد می‌توانید به سادگی آن را با کابل USB به کامپیوتر متصل کنید یا با یک آداپتور AC-DC و یا باتری آن را روشن کنید. برای برنامه‌نویسی این برد به نرم‌افزار آردوینو IDE نیاز دارید که در ادامه بررسی شده است.

برای شروع به کار با برد آردوینو Uno، در ابتدا لازم است که نرم‌افزار آردوینو IDE را بر روی سیستم خود نصب کنید. برا این کار می‌توانید از آموزش گام‌به‌گام زیر استفاده کنید.

آموزش نصب نرم افزار آردوینو

در این آموزش نحوه نصب و همچنین نحوه برنامه‌نویسی برد آردوینو Uno توضیح داده شده است.

مشخصات فنی آردوینو UNO R3 :

• میکروکنترلر : ATmega328
• ولتاژ عملیاتی : 5 ولت
• ولتاژ ورودی (پیشنهادی) : 7-12 ولت
• ولتاژ ورودی (محدوده) : 6-20 ولت
• پین های دیجیتال ورودی/خروجی : 14 (6 تای آن به عنوان خروجی PWM استفاده می شود.)
• پین های ورودی آنالوگ : 6
• جریان DC هر پین ورودی و خروجی : 40 میلی آمپر
• جریان DC جهت پین 3.3V : 50 میلی آمپر
• حافظه فلش : 32 کیلوبایت (ATmega328) که 0.5 کیلوبایت از آن مورد استفاده BootLoader قرار می گیرد.
• SRAM : 2 کیلوبایت (ATmega328)
• EEPROM : 1 کیلوبایت (ATmega328)
• سرعت ساعت : 16 مگاهرتز