아두이노 기초

1. 아두이노란?

- 마이크로컨트롤러 기반 전자작품(electronic projects) 구현(교육용)을 위한 오픈소스 플랫폼( = 하드웨어+소프트웨어 기반)

- 아두이노에서 실행되는 프로그램을 'sketch'라 함.

2. 1. What is an Arduino?

- An open-source platform used for building electronics projects

- The Arduino does not need a separate piece of hardware (called a programmer) in order to load new code onto the board. You can simply use a USB cable.

2. What is an Arduino consisted of?

- A physical programmable circuit board

- IDE (integrated development environment): to make a program and download it to an Arduino board

The Arduino IDE uses a simplified version of C++, making it easier to learn to program.

- Input and output devices: user selected

3. What's in an Arduino board?

(기본 정보)

- Example: Arduino Uno 보드

1 = USB 단자: PC와 연결하여 프로그램을 PC로부터 보드로 다운로드, 외부로부터 전원공급

2 = barrel jack: 외부로부터 전원공급

3 = GND: 0V 전원접지, 외부에 전원 공급 시 사용

4 = 5V: 전원단자, 외부에 전원 공급 시 사용

5 = 3.3V: 전원단자, 외부에 전원 공급 시 사용

6 = Analog: 아날로그 전압 입력 단자. A0부터 A5까지 총 6개 핀. 아날로그 신호는 마이크로컨트롤러에 의해 디지털로 변환되1고 값이 판독되어 프로그램에서 사용할 수 있다.

7 = Digital: 디지털 신호 단자. 0-13번까지 총 14개 핀. 프로그램에서 정의하기에 따라 출력 또는 입력으로 사용할 수 있다. 0V와 5V의 두 값 중에 하나를 가진다.

8 = PWM: 3,5,6,9,10,11번 총 6개 단자. 디지털 신호의 펄스폭을 가변하여 외부장치 제어에 사용하는 단자

9 = AREF: analog reference. 외부전압의 기준값 설정에 사용

10 = RESET: 아두이노 보드에 다운로드되어 실행 중인 프로그램을 처음부터 다시 시작

11 = POWER LED: 아두이노 보드에 전원이 공급된 상태 표시

12 = TX RX LEDs: PC와 아두이노 보드가 신호를 보낼 경우 (송신, Tx; transmit) LED가 점등, 받을 경우 (수신, Rx; receive) LED가 점등

13 = MCU: microcontroller unit. Atmel ATMEGA 328P. PC에서 다운로드된 프로그램을 수행하는 칩. 아두이노 보드의 두뇌역할. 연산 기능, 메모리 기능, 입출력 기능을 수행

14 = Votage Regulator: 사용자가 공급한 전압(7-15V)을 아두이노 보드에서 필요한 5V로 변환

(고급 정보)

- ICSP (in-circuit serial programming) 핀: MCU의 시동 프로그램(bootloader)를 재설치하기 위한 핀

(상세 정보)

It’s very uncommon to program ICs before they are soldered onto a PCB. Instead, most microcontrollers have what’s called an in-system programming (ISP) header. Particularly, some IC manufacturers, such as Atmel and Microchip, have a specialized ISP method for programming their ICs. This is referred to as in-circuit serial programming (ICSP). Most Arduino and Arduino compatible boards will have a 2x3 pin ICSP header on them. Some may even have more than one depending on how many ICs live on the PCB. It breaks out three of the SPI (serial peripheral interface) pins (MISO, MOSI, SCK), and power, ground, and reset. These are the pins you’ll need to connect your programmer to in order to reflash the firmware on your board.

- bootloader: 마이크로컨트롤러의 동작을 개시하는 프로그램. 모든 MCU에 내장되어 있음. PC의 BIOS에 해당

(상세)

What is a bootloader?

  The bootloader is basically a .hex file that runs when you turn on the board. It is very similar to the BIOS that runs on your PC. It does two things. First, it looks around to see if the computer is trying to program it. If it is, it grabs the program from the computer and uploads it into the ICs memory (in a specific location so as not to overwrite the bootloader). That is why when you try to upload code, the Arduino IDE resets the chip. This basically turns the IC off and back on again so the bootloader can start running again. If the computer isn’t trying to upload code, it tells the chip to run the code that’s already stored in memory. Once it locates and runs your program, the Arduino continuously loops through the program and does so as long as the board has power.

Why install a bootloader in an Arduino?

  If you are building your own Arduino, or need to replace the IC, you will need to install the bootloader. There are also cases where you’ve put your board in a weird setting and reinstalling the bootloader and getting it back to factory settings is the easiest way to fix it.

Selecting a programmer (a hardware board) to install a bootloader

     AVR Procket Programmer

     Atmel JTAG ICE3 Programmer

Using the Arduino as a programmer

   The other option is grabbing an Arduino Uno. If you go into the Arduino IDE you will see an example sketch called ‘Arduino as ISP.’ If you upload this code to your Arduino, it will basically act as an AVR programmer. As of this writing the code only works on ATmega328 boards.

Bootloader is already installed in the Arduino

   The Arduino has largely done away with the blootloader issues. They’ve put a .hex file on their AVR chips that allows you to program the board over the serial port, meaning all you need to program your Arduino is a USB cable.

- I2C/TWI: MCU 간의 저속 통신

(상세)

- 회로 상에서 장치들이 어떻게 통신할 것인지 필립스 사가 1980년대 고안한 BUS 방식

- SDA(Serial Data Line), SLK(Serial Clock)라 부르는 2 개의 연결만 사용

- 단 2개의 연결을 사용하는 방식이어서 Two Wire Interface, 즉 TWI라고 부르기도 한다.

- 하나의 마스터(Master) 장치와 여러 개의 슬레이브(Slave) 장치가 이 두 회선을 통해 연결

- 다음은 Arduino UNO 보드의 A4, A5를 연결한 그림이다. SDA, SLK 2개 단자와 접지단자를 연결한다.

4. Arduino 보드 종류

- Arduino Uno (R3) :

- LilyPad Arduino:

- RedBoard:

- Arduino Mega (R3):

- Arduino Leonardo:

- Arduino Shields:

They are pre-built circuit boards that fit on top of your Arduino and provide additional capabilities – controlling motors, connecting to the internet, providing cellular or other wireless communication, controlling an LCD screen, and much more.

[참고문헌]

1. DC: Arduino Uno

2. Lee: Arduino