Huong dan Matlab - Arduino OK

Thêm nữa Arduino là một platform đã được chuẩn hóa nên đã có rấtnhiều các bo mạch mở rộng shield để cắm chồng lên bo mạch Arduino, có thểhình dung dễ hiểu là "library" của các ngôn ngữ l

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO

1.1 Giới thiệu chung về arduino

1.1.1 Giới thiệu về các sản phẩm Ardruino

Thông tin về Arduino: Arduino là công cụ hỗ trợ đắc lực cho công việclập trình Điểm hấp dẫn ở Arduino với người đam mê lập trình là ngôn ngữ dễhọc khá giống C/C++, các ngoại vi trên bo mạch đều đã được chuẩn hóa nênkhông cần biết nhiều về điện tử, chúng ta cũng có thể lập trình được những ứngdụng thú vị Thêm nữa Arduino là một platform đã được chuẩn hóa nên đã có rấtnhiều các bo mạch mở rộng (shield) để cắm chồng lên bo mạch Arduino, có thểhình dung dễ hiểu là "library" của các ngôn ngữ lập trình.

Ứng dụng: Với Arduino bạn có thể ứng dụng vào những mạch đơn giảnnhư mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ, hoặc caohơn nữa bạn có thể làm những sản phẩm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu,máy bay không người lái, Chính vì tính tiện lợi và đơn giản cho người sử dụng

mà Arduino đã trở thành một hiện tượng trong ngành điện tử thế giới Nhữngsản phẩm của cộng đồng người dùng Arduino cũng như những thiết bị hỗ trợArduino lớn đến mức không thể thống kê được

Arduino được cấu tạo từ phần cứng và phần mềm IDE Phần cứng hay tavẫn nghe một cái tên quen thuộc là vi điều khiển, board mạch mã nguồn mở

Một số loại board được sử dụng hiện nay như:

số linh kiệnđiện tử khác

Digital I/O: 14(hỗ trợ 6 chânPWM)

Analog I/O: 6

Boardmạch viđiều khiển

Analog output:

2 DACPWM digitalI/O: 12

Digital I/O: 54

Boardmạch viđiều khiểnvới tốc độ

hỗ trợ kếtnối wifi

Digital I/O: 54(15 chân có thểđược sử dụngnhư các chânPWM)

moduleđiều khiểnrobot từ xa

4 Arduin

o Nano

khiển(Atmega 328

họ 8bit)

Digital I/O:14( 6 chân PWM)Analog ipnut : 8

Tích hợp Ledbáo nguồn, ledchân D13, LED

RX, TX

Tích hợp ICchuyển điện áp5V LM1117

Boardmạch viđiều khiển

Boardmạch sửdụng trongtrang tríthời trang

COM port

Digital I/O: 14(6 chân PWM)

Analog input: 4chân

USB HID

KeyBoardHID USB

Boardmạch viđiều khiển

Analog input:

12 Digital I/O:

14 (7 chânPWM)

Boardmạch viđiều khiển,mạch giảlập

chuột,bànphím, taycầm game

…

Ngoài ra, các Shield Arduino là các board mạch được xây dựng sẵn được

sử dụng để kết nối với một số board Arduino Những Shield này nằm trên đỉnhcủa các bo mạch tương thích với Arduino để cung cấp các khả năng bổ sung nhưkết nối với internet, điều khiển động cơ, cung cấp giao tiếp không dây, điềukhiển màn hình LCD, v.v … Các loại khác nhau của Shield Arduino là: shieldArduino,Shield không dây, ShieldGSM, Shield Ethernet,Shield Proto

Các phần mềm lập trình Arduino: Arduino IDE, CloverBlock

1.1.2 Các kiểu dữ liệu

1.1.3 Khai báo biến cho các kiểu dữ liệu trên

Ví dụ 1: Khai báo biến x thuộc kiểu dữ liệu integer và gán giá trị bằng 20

số tự nhiên trong hệnhị phân

Ký tự Char 1byte -128 127, lưu được 1

kí tự

Biểu diễn một kí tựthông qua bảng mãASCII

Kiểu

nguyên

Integer 2byte -32768 32767 Biểu diễn các số

nguyênKiểu

thực

Real 6 byte ±[2,9×10−39 1,7×1038] Biểu diễn các số

thực

Cú pháp: < kiểu dữ liệu >< tên biến > = < giá trị >

int x = 20;

Ví dụ 2: Khai báo biến Arduino thuộc kiểu dữ liệu char và gán bằng một kí tự A

Cú pháp: < kiểu dữ liệu >< tên biến > = < ‘ký tự’ >

char Arduino = ‘A’;

- Cài đặt Java Runtime Inviroment (JRE)

Vì Arduino IDE được viết trên Java nên cần phải cài đặt JRE trướcArduino IDE

Hình 1.1 Phiên bản JRE

- Cài đặt Arduino IDE

Bước 1: Truy nhập vào trang chủ của Arduino (Arduino.cc) Đây là nơi lưu trữcũng như cập nhật các bản IDE của Arduino

Hình 1.2 Dowload phần mềm

Bước 2: Chạy file để khởi động Arduino IDE

Hình 1.3 Giao diện Arduino IDE

- Trong trường hợp máy tính không cập nhật Driver thì ta cài đặt Driver

Để máy tính và Board Arduino giao tiếp được với nhau thì cần phải càiđặt driver trước tiên.

Đầu tiên chạy file arduino-1.6.4\drivers\dpinst-x86.exe (Windowsx86) Cửa sổ “Device Driver Installation Wizard” hiện ra, sau đó chọn Next

Hình 1.6 Quá trình cài đặt hoàn tất

b, Kiểm tra kết nối Arduino với máy tính

• Bước 1: Kết nối Arduino với máy tính (ở đây sử dụng arduino uno R3)

Chuẩn bị:

- Phần cứng board Arduino (Uno, Nano, Mega 2560 )

- Cáp kết nối USB 2 đầu kiểu A-B

Hình 1.7 Kết nối arduino với máy tính

Đèn led sáng thể hiện board arduino đã được kết nối với máy tính

• Bước 2: Tìm cổng kết nối của Arduino uno R3 với máy tính

Khi Arduino Uno R3 kết nối với máy tính, nó sẽ sử dụng một cổng COM(Communication port - cổng dữ liệu ảo) để máy tính và bo mạch có thể truyềntải dữ liệu qua lại thông qua cổng này Windows có thể quản lí đến 256 cổngCOM Để tìm được cổng COM đang được sử dụng để máy tính và mạchArduino UNO R3 giao tiếp với nhau, bạn phải mở chức năng Device Managercủa Windows

Chọn chuột phải vào Computer -> Manage

Hình 1.8 Chọn Manage

Cửa sổ Computer Management hiện lên

Cổng kết nối ở đây là COM5.

Thông thường, trong những lần kết nối tiếp theo, Windows sẽ sử dụng lạicổng COM5 để kết nối nên bạn không cần thực hiện thêm thao tác tìm cổngCOM này nữa

c, Giao diện làm việc của Arduino IDE

Hình 1.10 Giao diện mặc định của Arduino IDE

- Vùng lệnh:

Bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Tools, Help) Phía dưới là các

Hình 1.11 Chức năng các phần tử

- Vùng thông báo:

Hình 1.12 Thông báo từ IDE

Thông báo từ IDE hiển thị loại board Arduino và cổng COM được sử dụng

1.2.2 Ví dụ minh hoạ

Cho sơ đồ như hình 1.13 Viết chương trình để điều khiển led nháy với tấn số0.5Hz

~10

RX < 0

~9 8

7

~6

~5 4

~3 2

SIM1

SIMULINO UNO

R1220

D1LED

Hình 1.13 Sơ đồ nối chân cho Arduino

Để thực hiện ta làm các bước như sau:7

Bước 1: Khởi động phần mềm Arduino IDE

Chạy file shortcut để khởi động Arduino IDE

Bước 2: Thuật toán để điểu khiển led tại chân số 13 nhấp nháy với tần số 0.5Hz

Hình 1.15Sơ đồ thuật toán điều khiển led

Bước 3: Viết chương trình

Hình 1.16 Chương trình điều khiển

Những lệnh trong setup() sẽ được chạy khi chương trình của bạn khởiđộng Bạn có thể sử dụng nó để khai báo giá trị của biến, khai báo thư viện, thiếtlập các thông số,…

Sau khi setup() chạy xong, những lệnh trong loop() được chạy Chúng sẽlặp đi lặp lại liên tục cho tới khi nào bạn ngắt nguồn của board Arduino mớithôi

Bất cứ khi nào bạn nhất nút Reset, chương trình của bạn sẽ trở về lại trạngthái như khi Arduino mới được cấp nguồn

Quá trình này có thể được miêu tả như sơ đồ dưới đây:

Hình 1.17 Sơ đồ mô tả quy trình thực hiện của chương trình

Bước 4: Nạp chương trình xuống kid arduino

Để nạp chương trình xuống kid arduino ta cần khai báo kid thực hiện như sau:

Hình 1.18 Chọn Board

Hình 1.19 Chọn Port

- Tiến hành kiểm tra và Upload chương trình:

Hình 1.20 Upload chương trình

Mạch phần cứng :

Hình 1.21 Sơ đồ nối led phần cứng

Nhóm lệnh chuyển đổi kiểu dữ liệu

1 int() Chuyển kiểu dữ liệu của

một giá trị về kiểu int

int(x)

2 char() Chuyển kiểu dữ liệu của

một giá trị về kiểu char

char(x)

3 byte() Chuyển kiểu dữ liệu của

một giá trị về kiểu byte

byte(x)

4 word() Chuyển kiểu dữ liệu của

một giá trị vềkiểu word hoặc ghép 2giá trị thuộc kiểu bytethành 1 giá trị kiểu word

word(x) word(8bitDauTien,8bitSauCung)

5 long() Chuyển kiểu dữ liệu của

một giá trị về kiểu long

long(x)

6 float() Chuyển kiểu dữ liệu của

một giá trị về kiểu float

float(x)7

Nhóm lệnh nhập xuất Digital (Digital I/O)

1 digitalRead() Đọc tín hiệu từ một chân

digital ( được thiết đặt làINPUT) Trả về hai giá trịthấp hoặc cao

digitalRead(pin)

2 digitalWrite() Xuất tín hiệu ra một chân

digital, có hai giá trị làHIGH hoặc LOW

digitalWrite(pin,value)

3 pinMode() Cấu hình 1 pin quy định

hoạt động như là một đầuvào (INPUT) hoặc đầu ra(OUTPUT)

2 analogWrite() Xuât một mức tín hiệu

ra một chân analog(phát xung PWM)

analogWrite(pin,value)

3 analogReference() Đặt lại mức (điện áp)

tối đa khi đọc tín hiệuanalogRead

analogReference(type)type là một trong các kiểu giátrị sau: DEFAULT,INTERNAL,

INTERNAL1V1,INTERNAL2V56, hoặcEXTERNAL

5 pow() Trả về giá trị x lũy thừa y pow(x,y)

6 sqrt() trả về giá trị là căn bậc hai

Lệnh thời gian (TIME)

1 delay() Tạm dừng chương trình

trong khoảng thời gian x

delay(x)

(tính bằng mili giây) đượcchỉ định là tham số

2

Lệnh ngẫu nhiên

1 random() Trả về một giá trị ngẫu

nhiên trong khoảng giá trịcho trước

random(max+1)random(min,max+1)2

Nhóm lệnh nhập xuất nâng cao (Advanced I/O)

1 tone() Dùng để tạo ra sóng

vuông ở tần số được địnhtrước (chỉ nửa chu kỳ ) tạimột pin digital bất kỳ(analog vẫn được)

tone(pin, frequency)tone(pin, frequency, duration)

2 noTone() Dùng để kết thúc việc tạo

tone() trên một pin nào đóđang chạy lệnh tone()

noTone(pin)

3 pulseIn() Đọc một xung tín hiệu

digital (HIGH/ LOW) vàtrả về nửa chu kỳ củaxung tín hiệu ( tức là thờigian tín hiệu Chuyển từmức cao xuống mức thấphoặc ngược lại

pulseIn(pin, value)pulseIn(pin, value,timeout)

4 shiftOut() Dùng để chuyển 1 byte

(gồm 8 bit) ra ngoài từngbit một

shiftOut(dataPin, clockPin,bitOrder, value)

5 shiftIn() Dùng để nhận 1 byte

(gồm 8 bit) từng bit một

shiftIn(dataPin, clockPin,bitOrder)

6

Lệnh giao tiếp

1 Serial Được dùng trong việc

giao tiếp giữa các boardmạch với nhau (hoặcboard mạch với máy tính

Serial.begin(9600)

Nhóm lệnh giao tiếp với LCD

1.4 Hướng dẫn mô phỏng trên proteus

1.4.1 Update thư viện

Bước 1: Tải thư viện Arduino cho proteus ta truy cập vào địa chỉ trang web

https://www.theengineeringprojects.com rồi sau đó tải về và giải nén chúng

Hình2.22 Dowload file thư viện arduino

Bước 2: Copy 2 fileArduinoTEP.IDX và ArduinoTEP.LIB trong thư mục vừa

giải nén

Hình 2.23 Copy 2 file

Bước 3: Dán file vào thư mục LIBRARY trong thư mục cài đặt Proteus của bạn,

ở đây là để ở ổ đĩa E

Hình 2.24 Dán file vừa copy

Bước 4: Mở file shortcut proteus và kiểm tra thư viện

Hình 2.25 Thư viện Arduino cho proteus

1.4.2 Mô phỏng bài điều khiển led đơn

Ta thực hiện mô phỏng sơ đồ như sau:

Hình 2.26 Sơ đồ kết nối

Với yêu cầu chương trình điều khiển:

Điều khiển led nối với chân số 13 sáng tắt bằng nút bấm Khi bấm nút thìled sáng, khi nhả tay thì led tắt

Để thực hiện, ta làm các bước như sau:

Bước 1: Xây dựng sơ đồ mô phỏng trên proteus

- Chạy file shortcut của proteus -> giao diện chính của phần mềm

Hình 2.27 Giao diện chính

- Lựa chọn thiết bị cho bài toán

Chọn Board Arduino Uno

Hình 2.30 Sơ đồ mô phỏng

Bước 2: Viết chương trình trên Arduino IDE

- Khởi động Arduino IDE và nhập chương trình

Hình 2.31 Chương trình điều khiển

- Chọn Board Arduino

Hình 2.32 Board Arduino

- Lưu file bằng cách vào file ->save as, sau đó biên dịch kiểm tra chương trình

Hình 2.33 Kiểm tra chương trình

Bước 3: Trở lại proteus và chạy chương trình mô phỏng

Hình 2.34 Nạp chương trình

Hình 2.35 Chạy chương trình

1.4.3 Một số tên thiết bị trong proteus

Bảng 2: Tên thiết bị trong thư viện proteus

1 Led đơn LED

Cổng ra: là cổng đưa (xuất) tín hiệu điều khiển từ Arduino ra bên ngoài đểđiều khiển những thiết bị chấp hành (như: Led, động cơ Servo, Step motor,loa, v.v.)

* Khai báo chân vào/ra với arduino

Để khai báo chân vào/ra (I/O) cho Arduino ta sử dụng lệnh:

pinMode() Khai bao một chân

Arduino là chân vào haychân ra

pinMode(Tên chân, chếđộ)

+ Tên chân: là tên chânkhai báo

Hình 2.1.Sơ đồ kết nối

- Thuật toán:

Hình 2.2 Thuật toán điều khiển

- Viết chương trình:

Hình 2.3.Chương trình điều khiển

Ví dụ 2: Cho sơ đồ như hình 2.1 Viết chương trình để điều khiển led đơn Khi

ấn nút P thì led nháy với tần số 1Hz trong 10 lần, khi nhả tay thì led tắt

- Thuật toán:

Hình 2.4 Thuật toán điều khiển

- Viết chương trình:

Hình 2.5 Chương trình điều khiển

Hình 2.1b Thuật toán điều khiển

- Viết chương trình:

Hình 2.1c Chương trình điều khiển

b, Bài toán theo hướng đa nhiệm

- Thuật toán:

Hình 2.2a Thuật toán điều khiển

- Viết chương trình:

Hình 2.2b Chương trình điều khiển

Bài 2:Cho sơ đồ như hình 2.3a Viết chương trình để điểu khiển thời gian sáng của led

Với các yêu cầu như sau:

• Led nháy với chu kì T = 10ms với thời gian sáng là T1(T1= 0÷10ms)

Hình2.3bThuật toán điều khiển

- Viết chương trình:

Hình2.3c Chương trình điều khiển

b, Thực hiện bài toán theo hướng đa nhiệm

- Thuật toán:

Hình 2.4a Thuật toán điều khiển

- Viết chương trình:

Bài 3:Cho sơ đồ như hình 2.5a Viết chương trình sử dụng 3 nút nhấn để điều khiển led tần số nháy của led.

Với các yêu cầu như sau:

• Ấn reset thì chu kì nháy(T) đưa về 1s

Hình 2.5b Thuật toán điều khiển

- Viết chương trình:

Hình 2.5cChương trình điều khiển

b, Thực hiện bài toán theo hướng đa nhiệm

- Thuật toán:

Hình 2.6b Chương trình điều khiển

Bài 4: Cho sơ đồ như hình 2.7a Viết chương trình để điểu khiển led 1 nháy với tần số 1Hz, led 2 nháy với tần số 2 Hz

a, Thực hiện bài toán theo hướng đa nhiệm

- Sơ đồ kết nối:

Hình 2.7a sơ đồ kết nối

- Thuật toán:

- Thuật toán:

Hình 2.8a Thuật toán điều khiển

- Viết chương trình:

Hình 2.8b Chương trình điều khiển

2.2 Kết nối Arduino với LCD

b, Chức năng các chân

Bảng 2.1 Sơ đồ chân LCD

Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ

2 thanh ghi này khi giao tiếp với MPU Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đốivới hai chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp

Bảng 2.2 Chức năng RS và R/W

c, Thông số của LCD

Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật của LCD

Chân cấp nguồn (VCC-GND) 2.7-5.5V

Điện áp vào mức cao VIH 2.2-3.2 V

Điện áp vào mức thấp VIL -0.3-0.6 V

Điện áp ra mức cao (DB0-DB7) Min 2.4V (khi IOH = -0.205mA)Điện áp ra mức thấp (DB0-DB7) Max 0.4V (khi IOL = 1.2mA)

Dòng điện ngõ vào (input leakage

current) ILI

-1uA đến 1uA (khi VIN = 0 đến Vcc)

Dòng điện cấp nguồn ICC 350uA(typ.) đến 600uA

Tần số dao động nội fOSC 190kHz đến 350kHz (điển hình là

270kHz)Nhiệt độ hoạt động Min:-30C , Max:+75C

Nhiệt độ bảo quản Min:-55C , Max:+125C

d, Khởi tạo LCD

Khởi tạo là việc thiết lập các thông số làm việc ban đầu Đối với LCD,khởi tạo giúp ta thiết lập các giao thức làm việc giữa LCD và MPU Việc khởitạo chỉ được thực hiện 1 lần duy nhất ở đầu chương trình điều khiển LCD và baogồm các thiết lập sau :

• lcd.begin : khởi tạo LCD

• Display clear : Xóa/không xóa toàn bộ nội dung hiển thị trước đó

• Function set : Kiểu giao tiếp 8bit/4bit, số hàng hiển thị 1hàng/2hàng, kiểu

e, Con trỏ trong LCD

Con trỏ thể hiện vị trí mà ta đang lập trình cho kí tự

Các lệnh liên quan đến con trỏ:

- Lcd.setCursor(x,y); // Set con trỏ LCD ở vị trí (cột x, hàng y)

- Lcd.blink(); // Bật Blink con trỏ

- Lcd.noBlink(); // Tắt chức năng Blink con trỏ

- Lcd.cursor(); // Hiện con trỏ

Khai báo thư viện LCD

LiquidCrytal lcd(a,b,c…); Khai báo các chân kết nối LCD với Arduino

Lcd.begin(16×2); Khởi tạo LCD 16×2

Lcd.setCursor(x,y); Set con trỏ LCD ở vị trí (cột x, hàng y)

Lcd.print(i); In giá trị (i) lên LCD

Lcd.clear(); Xóa tất cả các kí tự trên LCD

Lcd.noAutoscroll(); Tắt chức năng tự động cuộn

lcd.autoscroll(); Cấu hình hiển thị tự động cuộn chữ

lcd.blink(); Bật Blink con trỏ

lcd.noBlink(); Tắt chức năng Blink con trỏ

Lcd.cursor(); Hiện con trỏ

Lcd.noCursor(); Tắt con trỏ

lcd.scrollDisplayRight() Cuộn 1 vị trí sang phải

lcd.scrollDisplayLeft() Cuộn 1 vị trí sang trái

2.2.2 Ví dụ minh hoạ

Cho sơ đồ như hình 2.9a Viết chương trình để xuất ra màn hình LCD 2 dòng(Dinh Giang và Hai Phong)

- Sơ đồ kết nối: