Lekce 9 - Arduino - Samostatný čip ATmega 328p

Pokud budete chtít nějaké projekty realizovat, tak vám určitě bude líto použít celé Arduino. Ale co s tím? Arduino UNO běží na čipu ATMega 328P, který se stará o všechno. Pak jsou již na desce jen regulátory, převodník, spousta dalších součástek a 16MHz krystal. Čip má ale obsažený (sice jen 8MHz) krystal v sobě, takže ho také nebudeme potřebovat. Tím, že použijeme interní krystal, se nám sníží paměť z 32 256 bitů na pouhých 30 720, takže ztratíme skoro 2kB paměti, ale u menších projektů by to neměl být problém. Někdy příště si ukážeme, jak to zprovoznit s krystalem a využít celou paměť.

Abychom ale mohli na čip nahrávat programy jako do klasického Arduina, tak do něj budeme muset v první řadě nahrát Arduino Bootloader, bez kterého do něj přes Arduino IDE nic nenahrajeme. Abychom mohli na čip bootloader nahrát, budeme potřebovat alespoň funkční Arduino. A abychom mohli pracovat se samostatným čipem bez krystalu, budeme si do IDE muset přidat další "desku". Takže IDE vypneme (pokud je zapnuté) a do složky pro sketche (C:\Users\Já\Do­cuments\Ardui­no) přidáme složku hardware, v ní složku Breadboard a v ní bude txt soubor. Vše si to můžete stáhnout v souborech tutoriálu níže. Teď Arduino IDE zapneme a v Tools -> Board by se nám měla na konci objevit nová možnost - ATMega328 on a breadboard (8MHz internal clock). Na tu ještě nepřepneme! Zvolíme si takovou desku, se kterou budeme chtít ATMegu naprogramovat a v examples si otevřeme Arduino ISP. To do Arduina nahrajeme a přesuneme se k připojování čipu.

ATMega má 28 nožiček. Ty nejsou popsané, takže si doporučuji na čip nalepit nálepku s popiskem pinů. Mně se povedlo najít tyto od Adafruitu,, které si jen vytisknete a nalepíte (nejlépe oboustrannou izolepou).

Čip pootočíme zoubkem doleva a podíváme se na něj z vrchu a vysvětlíme si jednotlivé nožičky.

V horní řadě máme zleva:

• 6 analogových pinů A6-A0
• GND je zem
• AREF a AVCC jsou vstup 5V
• D13-D9 jsou digitální piny

Naši partneři možná hledají právě tebe!

V dolní poté:

• RST je resetující pin
• RX a TX jsou pro sériovou komunikaci a zároveň piny 0 a 1
• D2-D4 jsou další digitální piny
• V+ je vstup 5V
• GND jde na zem
• XTL 1 a 2 jsou pro připojení krystalu. Ty nás nezajímají.
• D5-D8 jsou poslední digitální piny

Zpátky k nahrávání bootloaderu. Ve sketchi Arduino ISP máme na začátku část:

// pin name:    not-mega:         mega(1280 and 2560)
// slave reset: 10:               53
// MOSI(11):    11:               51
// MISO(12):    12:               50
// SCK(13):     13:               52

Jsou zde popsány piny - kam které připojit. Takže připojíme piny reset a D11-D13 na čipu k Arduinu. U MEGA dle pravého sloupce, u ostatních dle levého. Tyto 4 ale nestačí! Čip má dvakrát GND, tu na zem a na V+, AREF a AVCC připojíme 5V. Nyní by čip měl být připojen nějak takto:

Jelikož na schématu nejsou popsané piny, doporučuji držet se raději popisu v kódu. Takže máme čip připojený, v Arduinu je nahrán sketch ISP a můžeme jít nahrávat. V Tools -> Board zvolíme poslední položku ATMega328 on a breadboard (8MHz internal clock). Dále si v Tool -> Programmer zvolíme Arduino as ISP. Sériový port zvolíme takový, na jakém je připojeno Arduino, kterým budeme nahrávat bootloader. V kódu se pod popisy pinů doporučuje připojit na piny 7,8 a 9 LEDky, které budou informovat o stavu nahrávání. Já je ale nepoužívám, všechno potřebné je v IDE. Nyní v Tools zvolíme Burn Bootloader. Začne se vypalovat bootloader, toto může chvilku trvat (prý až několik minut), takže se nelekněte, že se IDE seklo. Pokud bude vypalování úspěšné, tak se nám v IDE napíše "Done burning bootloader". Pokud k tomu nedojde, zkontrolujte, zda máte vše správně. Pokud je i toto v pořádku, tak je čip asi vadný. Takže na čipu máme bootloader, ale jak do něj nahrát kód?

Pokud máme Arduino s odnímatelným čipem (UNO, Duemilanove,..), tak stačí z Arduina vyndat čip, náš nový připojíme na napájení a piny RX a TX připojíme na piny RX a TX na desce Arduina bez čipu. Tady se RX a TX neprohazuje! Potom můžeme nahrávat jako normálně (ale stále musíme mít jako board zvoleno ATmega328 on a breadboard) . Pokud se nám čip odendávat nechce, nebo to na Arduinu prostě nejde (MEGA, ...), tak potřebujeme sériový převodník. Ten má USB pro připojení k počítači a alespoň 4 piny - VCC, GND, TX, RX. Pokud jich je více, tak nás momentálně nezajímají. VCC a GND je napájení, to normálně připojíme, ale TX připojíme na RX a RX připojíme na TX! Je to tím, že RX je příjem, a TX odesílání, takže nemůžeme připojit vstup do vstupu a výstup do výstupu. Pokud budeme používat sériový převodník, tak to znamená další COM port, na který budeme muset přepnout v IDE (Tools -> Serial Port), ale stále zůstává deska ATmega 328 on a breadboard. Z dřívějška již umíme používat DHT11, takže si čip naprogramujeme, aby po sériové lince posílal teplotu.

K čipu připojíme sériový převodník (popřípadě Arduino bez čipu), připojíme napájení, sériovou komunikaci (pamatujte na prohození RX a TX) a dht11 na pin 8.

Pak si v IDE napíšeme tento kód:

#include <dht11.h>

dht11 cidlo;

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  cidlo.read(8);
  Serial.print("Teplota: ");
  Serial.println(cidlo.temperature);
  delay(1000);
}

V Tools -> Board se ujistíme, že máme ATmega328 on a breadboard. V Serial ports si zvolíme port, na kterém je převodník Arduino bez čipu a sketch nahrajeme jako do normálního Arduina. Otevřeme serial monitor a uvidíme výpis teploty. Někdy se nahrávání nepovede napoprvé, někdy trvá déle a někdy se odmítá sketch nahrát i po několikátém pokusu. Nevím, v čem je problém, ale když se sketch odmítá nahrát, tak znovu vypálím do čipu bootloader a pak jde vše zas nějakou dobu bez problémů.

Při používání samostatného čipu je třeba dbát na to, že je to jen čip a nic víc. To, že do MEGA můžete pustit podle dokumentace až 12 V, tak zde to prostě NELZE. Je to jen čip bez všech regulátorů a dalších věcí jak jsou na desce. Pokud bychom chtěli jako napájení použít 9V baterii, kterou lze k Arduinu normálně připojit, budeme muset použít nějaký regulátor napětí. U projektů s nízkým odběrem stačí regulátor LM7805, který přebytečnou energii mění na teplo.

Takto LM7805 vypadá. Na vstup(pin 1) se připojí vstupní napětí 9V (zvládá i 12) a na zem (2) se připojí zem baterie. Pak na výstupu (3) je 5V, pro které je zem také pin 2, tudíž je zem společná.

Pokud bychom ale měli projekt s větší spotřebou, tak bychom jím spíše topili a to se hodí použít 5V convertory, které mají 2 vstupní piny a 2 výstupní a jsou schopny držet stálých 5V bez velkých ztrát. Některé zvládají fungovat už od 3V do 30V.

To by bylo pro dnešní díl vše, příště bude nejspíše 7-segmentový display.