Arduino

Arduino standalone (Arduino senza Arduino)

Pubblicato da Luca Soltoggio in 6 febbraio 2012
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In questo post vorrei mostrare come utilizzare Arduino in configurazione standalone, ovvero utlizzare l’Atmega328 (munito di bootloader) in circuito senza dover portarsi dietro tutta la nostra board Arduino Uno (o quella che avete).
Il concetto è questo: ho finito il mio progetto con Arduino (ad esempio una con LED RGB) e sono pronto per realizzare la versione definitiva da inscatolare in una lampada.
Potrei si usare la board Arduino, ma sarebbe sconveniente sia dal punto di vista del costo, che dal punto di vista delle dimensioni e dei consumi… In realtà quello che a noi serve è semplicemente il microcontroller dotato di bootloader e pochi altri componenti esterni.
Se il nostro Atmega non ha il bootloader, dobbiamo caricarglielo, ma andiamo con ordine… Poniamo che al momento abbiamo già il bootloader onboard.
Per poter fare l’upload degli sketch dobbiamo utlizzare i collegamenti come indicato in figura:

E’ importante rimuove il microcontroller dalla scheda con cui andiamo a programmare, altrimenti programmeremmo quello al posto del nostro Atmega standalone.
Come vedete lo schema è molto semplice, si collega l’alimentazione, i pin TX e RX dei rispettivi microcontroller e il pin RESET.
A questo punto dal nostro Arduino IDE possiamo andare a fare l’upload dello sketch, dopo aver selezionato ovviamente “Arduino Duemilanove or Nano w/ ATmega328” dal menu Tools –> Board. E’ il gioco è fatto.
Ovviamente lo stesso discorso varrebbe se l’Atmega fosse programmato per lavorare con l’oscillatore interno a 8mhz. Con la differenza che non ci sarebbero i due condensatori e il cristallo indicati in figura. Per utilizzare però l’oscillatore interno, va riprogrammato il bootloader (lo vedremo nel prossimo post).
Qualora avessimo a disposizione (e vi consiglio di prenderlo perchè è un’accessorio che costa poco ed è veramente utile) un convertitore USB/Seriale tipo lo Sparkfun FTDI Basic o l’Arduino USB-Serial Light il collegamento sarebbe tipo il seguente:

Non è niente di complicato, semplicemente i collegamenti sono quasi come prima: VCC, GND, RX, TX, mentre il reset è un po’ diverso perchè richiede un condensatore da 100nF tra il PIN DTR (o RTS – da non confondere con RST) e il PIN RST dell’Atmega.
Abbiamo quindi visto come programmare un Atmega328 in standalone con il bootloader già preinstallato; nel prossimo post vedremo come caricare il bootloader su un’Atmega328 vergine sia in versione con cristallo esterno a 16mhz, sia in versione con oscillatore interno a 8mhz.

Arduino e Atmega328: Un po’ di chiarezza

Pubblicato da Luca Soltoggio in 2 febbraio 2012
Pubblicato in: Arduino. Tag: , , , , , , , , , , , , , , , . 16 commenti

Fino a qualche settimana fa, nemmeno io sapevo con precisione qual’era la differenza tra Arduino, ed il suo “core” Atmega328.
Leggevo qua e la che l’Atmega328 può lavorare in stand-alone, con o senza il bootloader di Arduino, e addirittura, nella sua configurazione minimale, senza alcun componente esterno.
Ero confuso quindi su cosa facesse esattamente Arduino e su cosa facesse l’Atmega328 “senza Arduino”, non trovando nemmeno tante informazioni in merito su Internet.
Alla fine, con tanta pazienza, “sbocconcellando” qua e la qualche informazione sui vari blog, leggendo riviste e libri specializzati, e facendo delle prove sul campo, finalmente mi si è accessa la lampadina (o il LED) in testa e tutto mi è apparso più chiaro.
Ho deciso quindi di pubblicare questo post dove spiego brevemente ed in maniera semplice (e probabilmente anche in maniera non del tutto professionale – chiedo quindi scusa se ci sono delle imprecisioni) cos’è Arduino e cosa lo differenzia dall’Atmega328 (che è inserito nelle schede Arduino di ultima generazione).
Se dovessi definire il progetto Arduino, lo definirei una piattaforma Hardware e Software opensource, che permette di sfruttare in maniera più semplice e rapida le potenzialità offerte dal microcontrollore Atmega328.
La parte Hardware, tipicamente è rappresentata dalle schede elencate sul sito ufficiale, con tanto di schemi aperti che ci permettono di realizzare da noi le varie schede Arduino o di modificarle e personalizzarle a nostro piacimento. La parte Software invece è raprresentata dal tanto citato bootloader, dalle librerie (presenti sempre sul sito) e dall’IDE, l’interfaccia che permette di programmare e “debuggare” la nostra scheda Arduino.
Ma quali sono le differenze tra Arduino e il suo microcontrollore Atmega328 e quali vantaggi ci offre Arduino nella programmazione del microcontrollore?
Dal punto di vista Hardware, la scheda di Arduino (prendiamo come esempio Arduino UNO) è pronta all’uso: ha tutto quello che ci serve per programmare il microcontrollore collegando la scheda semplicemente alla porta USB del PC; contiene al suo interno un connettore di alimentazione, una porta usb, un integrato che fa da convertitore USB/Seriale, un LED ci accensione, un LED di controllo collegato al PIN 13, due led di segnalazione TX/RX, le strip header femmina per il collegamento degli ingressi/uscite tramite cavetti per breadboard e ovviamente il nostro microcontrollore Atmega328 con bootloader Arduino già caricato.
In questo modo aprendo l’IDE e selzionando la porta seriale del PC possiamo caricare i nostri sketch con un semplice tasto ed in pochi secondi (tipicamente 2-3). L’upload avviene tramite la porta seriale emulata dall’USB, che va a collegarsi ai PIN TX e RX dell’Atmega (piedini rispettivamente 3 e 2).
Dal punto di vista Software , il bootloader precaricato sull’Atmega (indipendentemente che sia montato su una scheda Arduino o semplicemente su una breadboard), è quello che permette la comunicazione seriale con il nostro PC. Senza il bootloader, per caricare gli sketch (i nostri “programmi”), avremmo bisogno di un programmatore per AVR, più costoso, un po’ più macchinoso da utilizzare e più lento nel caricare gli sketch. Il bootloader è quindi un programma, un firmware potremmo dire, il cui compito è praticamente quello di caricare i nostri sketch compilati all’interno della memoria flash del microcontrollore tramite comunicazione seriale, facendo si che tale programmazione non vada a sovrascrivere la zona di memoria dove è presente il bootloader. Quindi quando facciamo l’upload di uno sketch andiamo a scrivere in una zona di memoria libera e il bootloader non viente toccato e rimane integro.
Il vantaggio rispetto all’Atmega senza bootloader come abbiamo già visto è quello di poter effettuare l’upload tramite una semplice comunicazione seriale, e ad una velocità maggiore rispetto a quello che avremmo caricando direttamente gli sketch tramite programmatore AVR.
L’altra parte che riguarda il software sono le librerie incluse nell’IDE di Arduino. Tali librerie aggiungono svariate funzioni e costanti che permettono di semplificare enormemente il codice che andiamo a scrivere rendendolo molto più fruibile rispetto a quello standard del microcontrollore. Il tutto viene gestito tramite l’IDE, che è l’intefaccia di Arduino con cui noi scriviamo gli sketch, li “uploadiamo” e li “debugghiamo”.
Fatta questa premessa (sperando di non avervi tediato e di essere riuscito a spiegare senza creare ulteriore confusione) nei prossimi post andremo a vedere come fare a costruire un’Arduino stand-alone e come programmare un’Atmega328 senza bootloader, soluzione che a volte può risultare vantaggiosa.