Câu chuyện và lịch sử phát triển của Arduino

Câu chuyện và lịch sử phát triển của Arduino

Khái niệm, lịch sử hình thành và phát triển.

    Theo định nghĩa từ www.arduino.cc , Arduino là nền tảng điện tử mã nguồn mở, dựa trên phần cứng và phần mềm, linh hoạt và dễ sử dụng, các board Arduino có khả năng đọc dữ liệu từ môi trường (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm,…), trạng thái nút nhấn, tin nhắn từ Twitter,… và điều khiển trở lại với các thiết bị như động cơ, đèn LED, gửi thông tin đến 1 nơi khác,…Chúng ta có thể điều khiển các vi điều khiển trên board Arduino bằng cách sử dụng ngôn ngữ lập trình C++, được điều khiển biên dịch bởi Arduino IDE và các trình biên dịch đi kèm ra mã máy nhị phân. Lúc này Vi điều khiển có thể dễ dàng thực thi chương trình. Hiện tại, Arduino là một công ty hoạt động trong lĩnh vực phần cứng và phần mềm máy tính mã nguồn mở. Dự án Arduino được sinh ra tại học viện Interaction Design ở Ivrea, Italy vào năm 2003.

    Mục đích ban đầu của board Arduino là giúp cho các sinh viên ở học viện - những người không có nền tảng kiến thức về điện tử có thể tạo ra các sản phẩm 1 cách nhanh chóng với chi phí thấp và dễ sử dụng. Đó là 1 dự án mã nguồn mở, Arduino phát triển thông qua việc cho phép người dùng trên toàn thế giới có thể xây dựng, phát triển và đóng góp vào dự án.

Phần cứng

    Một bảng mạch Arduino bao gồm một bộ vi điều khiển Atmel AVR 8-bit và các thành phần bổ sung để tạo điều kiện lập trình và tích hợp cách mạch điện khác với bảng mạch Arduino. Một khía cạnh quan trọng của Arduino dựa trên tiêu chuẩn kết nối thống nhất, cho bo mạch CPU được kết nối với một loạt mô-đun chuyển đổi tiện ích bổ sung được gọi là shield (bộ chắn). Một số shield giao tiếp bo mạch Arduino trực tiếp từ các chân nối khác nhau, nhưng shield được định địa chỉ riêng biệt thông qua bus kết nối nối tiếp I² C, cho phép shield được xếp chồng lên nhau và được sử dụng song song nhau. Arduino chuẩn sử dụng megaAVR là tổ chợp chip, đặc biệt là ATmega8 , Atmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560. Một số ít các bộ vi xử lý khác đã được sử dụng tương thích chuẩn Arduino. Hầu hết bo mạch bao gồm một bộ điều áp tuyến tính 5V và một bộ dao động tinh thể 16 MHz (hoặc cộng hưởng gốm trong một số biến thể dao động), mặc dù một số thiết kế như LilyPad chạy ở 8 MHz và chia sẻ bộ điều áp trên bo mạch do hạn chế thông số định dạng thể. Bộ vi điều khiển của Arduino cũng được lập trình trước nhờ một bộ nạp khởi động theo cách đơn giản là tải lên các chương trình vào bộ nhớ flash trên chip, so với các thiết bị khác thường cần một lập trình viên bên ngoài hỗ trợ khi sử dụng. Ở cấp độ khái niệm, khi sử dụng xếp chồng phần mềm Arduino, tất cả bo mạch được lập trình nhờ kết nối nối tiếp RS-232, nhưng cách này được thực hiện khác nhau theo từng phiên bản của phần cứng . Bảng mạch Arduino nối tiếp chứa một mạch dịch cấp để chuyển đổi giữa tín hiệu cấp-RS-232 và cấp-TTL. Bảng mạch Arduino hiện nay được lập trình thông qua cổng USB, cài đặt này sử dụng chip chuyển đổi USB-sang-nối tiếp như FTDI FT232. Một số biến thể, chẳng hạn như Arduino Mini và Boarduino không chính thức, sử dụng một bảng mạch có thể tháo rời chuyển đổi USB-sang-nối tiếp hoặc cáp, Bluetooth hoặc các phương pháp khác . (Khi được sử dụng với các công cụ vi điều khiển truyền thống thay vì Arduino IDE, lập trình AVR ISP chuẩn phải được sử dụng.)

    Bảng mạch Arduino luôn cho thấy hầu hết các chân nối I/O pins của vi điều khiển để sử dụng bởi các mạch khác. Các Diecimila, Duemilanove , và Uno hiện tại cung cấp 14 chân I/O số, sáu trong số đó có thểtạo tiến hiệu điều biến độ rộng xung, và sáu đầu vào tương tự. Các chân nằm ở mặt trên bo mạch, thông qua đầu chân cái 0.10-inch (2,5 mm). Một số shield ứng dụng nhúng plug-in cũng đã có ở dạng thương mại. Bo mạch Arduino Nano và Bare Bones tương thích Arduino có thể cung cấp các chân cắm đực ở mặt duwois của bo mạch để kết nối các bo mạch khác không cần hàn.

    Có rất nhiều bo mạch tương thích Arduino và bo mạch dẫn xuất từ Arduino. Một số có chức năng tương đương với Arduino và có thể được sử dụng thay thế lẫn cho nhau. Phần lớn là Arduino cơ bản với việc bổ sung các trình điều khiển đầu ra phổ biến, thường sử dụng trong giáo dục cấp trường để đơn giản hóa việclắp ráp các xe đẩy và robot nhỏ. Những biến thể khác là tương đương về điện nhưng thay đổi tham số dạng (form-factor), đôi khi cho phép tiếp tục sử dụng các Shield, đôi khi không. Một số biến thể sử dụng bộ vi xử lý hoàn toàn khác, với mức độ khác nhau về tính tương thích.

Phần mềm

    Môi trường phát triển tích hợp (IDE) Arduino là một ứng dụng đa nền tảng được viết bằng Java, và được dẫn xuất từ IDE cho ngôn ngữ lập trình xử lý và các dự án lắp ráp. Nó được thiết kế để làm nhập môn lập trình cho các nhà lập trình và những người mới sử dụng khác không quen thuộc với phát triển phần mềm. Nó bao gồm một trình soạn thảo mã với các tính năng như làm nổi bật cú pháp, khớp dấu ngặc khối chương trình, và thụt đầu dòng tự động, và cũng có khả năng biên dịch và tải lên các chương trình vào bo mạch với một nhấp chuột duy nhất. Một chương trình hoặc mã viết cho Arduino được gọi là "sketch" .

Chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++. Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm được gọi là "Wiring" từ dự án lắp ráp ban đầu, cho hoạt động đầu vào/đầu ra phổ biến trở nên dễ dàng hơn nhiều. Người sử dụng chỉ cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình điều hành theo chu kỳ :

• setup() : hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng để khởi tạo các thiết lập.

• loop() : hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt đi.

    Khi các bạn bật điện bảng mạch Arduino, reset hay nạp chương trình mới, hàm setup() sẽ được gọi đến đầu tiên. Sau khi xử lý xong hàm setup(), Arduino sẽ nhảy đến hàm loop() và lặp vô hạn hàm này cho đến khi bạn tắt điện bo mạch Arduino. Chu trình đó có thể mô tả trong hình dưới đây:

Khi các bạn bật điện bảng mạch Arduino, reset hay nạp chương trình mới, hàm setup() sẽ được gọi đến đầu tiên. Sau khi xử lý xong hàm setup(), Arduino sẽ nhảy đến hàm loop() và lặp vô hạn hàm này cho đến khi bạn tắt điện bo mạch Arduino. Chu trình đó có thể mô tả trong hình dưới đây:

    Arduino IDE sử dụng GNU toolchain và AVR libc để biên dịch chương trình, và sử dụng avrdude để tải lên các chương trình vào bo mạch chủ.

    Do nền tảng Arduino sử dụng vi điều khiển Atmel, môi trường phát triển của Atmel, AVR Studio hoặc Atmel Studio mới hơn, cũng có thể được sử dụng để phát triển phần mềm cho các Arduino.