Урок 1. Что такое Arduino и что купить для начала
Arduino — это плата с микроконтроллером, которую программируют с обычного компьютера. Вы пишете программу, загружаете её по USB-кабелю, и плата начинает управлять тем, что к ней подключено: мигать светодиодом, читать кнопку, мерить температуру, поворачивать мотор.
Микроконтроллер — компьютер в одной микросхеме
В обычном компьютере процессор, память и диск — отдельные детали. В микроконтроллере всё это собрано в одной микросхеме. Он гораздо слабее компьютера, зато дешёвый, потребляет мало энергии и умеет то, чего компьютер не умеет без переходников: напрямую включать и выключать напряжение на своих выводах и измерять напряжение на них.
Микроконтроллеры стоят повсюду: в стиральной машине, микроволновке, пульте от телевизора, зарядном устройстве. На платах Arduino Uno и Nano стоит микроконтроллер ATmega328P:
- частота 16 МГц — в сотни раз меньше, чем у процессора компьютера;
- 32 КБ памяти для программы (флеш-память: программа хранится и после выключения питания);
- 2 КБ оперативной памяти для переменных;
- 1 КБ памяти EEPROM для настроек, которые должны сохраняться.
Памяти мало, но для управления светодиодами, датчиками и моторами её хватает с запасом.
Что есть на плате Arduino Uno
Arduino Uno — самая известная плата, на ней написано большинство примеров и уроков в интернете. На ней есть:
- Разъём USB (квадратный, USB-B) — через него плата получает питание и программу, через него же передаёт сообщения на компьютер.
- Гнездо питания — круглое, для блока питания на 7–12 В, когда плата работает без компьютера.
- Цифровые выводы 0–13 — вдоль одного края. Каждый может быть входом (читать кнопку) или выходом (включать светодиод). Выводы со значком
~(3, 5, 6, 9, 10, 11) умеют ещё и ШИМ — плавно менять яркость и скорость. - Аналоговые входы A0–A5 — вдоль другого края. Они измеряют напряжение от 0 до 5 В: так читают потенциометр, датчик освещённости и многие другие датчики.
- Выводы питания:
5Vи3.3V— отсюда берут питание для датчиков;GND— «земля», общий минус;VIN— вход для внешнего питания. - Кнопка RESET — перезапускает программу с начала.
- Светодиоды:
ONгорит, когда на плату подано питание;Lподключён к выводу 13, им удобно проверять первую программу;TXиRXмигают, когда идёт обмен с компьютером.
Выводы 0 и 1 (подписаны RX и TX) связаны с USB: через них в плату загружается программа. Пока учитесь, ничего к ним не подключайте — иначе загрузка может не пройти.
Как работает программа
Программа для Arduino называется скетч (от английского sketch — набросок). Пишут её в программе Arduino IDE на языке C++ с готовыми функциями Arduino. Дальше всё происходит так:
- Arduino IDE проверяет скетч и переводит его в машинный код — компилирует.
- Код по USB записывается во флеш-память микроконтроллера.
- Плата перезапускается и выполняет программу — снова и снова, пока есть питание.
Компьютер нужен только для загрузки. После неё плату можно питать от блока питания или батареек, и программа будет работать сама. Новая загрузка стирает старую программу.
Какие бывают платы
| Плата | Чем отличается |
|---|---|
| Arduino Uno R3 | Классика: ATmega328P, удобные гнёзда для проводов, гнездо питания. Лучший выбор для начала. |
| Arduino Nano | Тот же ATmega328P на маленькой плате, которая вставляется прямо в макетную плату. Удобна в готовых самоделках. |
| Arduino Mega 2560 | Больше выводов и памяти — для больших проектов: 3D-принтеры, роботы с множеством датчиков. |
| Arduino Uno R4 | Новое поколение Uno с более мощным микроконтроллером и разъёмом USB-C. Большинство скетчей курса работают и на ней. |
Есть и платы, которые работают от 3,3 В, а не от 5 В: Arduino Nano 33, Nano ESP32, платы на ESP32 и ESP8266 с Wi‑Fi. Их тоже программируют в Arduino IDE, но подавать на их выводы 5 В нельзя — они могут сгореть. Для курса берите Uno или Nano.
Оригинал или совместимая плата
Схемы Arduino открыты, и многие производители выпускают совместимые платы. Работают они так же, а самое частое отличие — микросхема USB: вместо фирменной стоит CH340. Для неё в Windows иногда нужен драйвер (как поставить — в справке Arduino не определяется компьютером). Для учёбы подходят и оригинальные, и совместимые платы.
Что купить для начала
Проще всего взять стартовый набор: в нём плата и детали для десятков опытов. Если собирать самостоятельно, вот список для всех уроков курса:
- плата Arduino Uno или Nano и USB-кабель к ней;
- макетная плата (breadboard) — пластиковая плата с отверстиями, куда детали вставляются без пайки;
- провода-перемычки «папа — папа» и «папа — мама», по 20–40 штук;
- светодиоды разных цветов, 10–20 штук;
- резисторы 220 Ом, 330 Ом, 1 кОм и 10 кОм, по 10 штук;
- тактовые кнопки — 4–5 штук;
- потенциометр (переменный резистор) на 10 кОм;
- фоторезистор, пьезопищалка (зуммер);
- датчик температуры и влажности DHT11 или датчик температуры DS18B20;
- ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04;
- сервопривод SG90;
- дисплей LCD 1602 с переходником I2C.
Очень пригодится мультиметр — самый простой: он показывает напряжение, сопротивление и помогает найти обрыв провода.
Попробовать Arduino без платы можно в онлайн-симуляторах (например, Wokwi или Tinkercad Circuits): там собирают схему мышью и запускают скетч в браузере. Но настоящая плата учит большему — в том числе находить плохой контакт и перепутанный провод.
Коротко
- Микроконтроллер — процессор, память и выводы в одной микросхеме; на Uno и Nano это ATmega328P.
- Скетч пишут в Arduino IDE, компилируют и загружают по USB; дальше плата работает сама.
- Цифровые выводы 0–13 включают и читают, аналоговые A0–A5 измеряют напряжение,
~— выводы с ШИМ. - Выводы 0 и 1 заняты связью с компьютером — к ним пока ничего не подключают.
- Для начала: Uno или Nano, макетная плата, перемычки, светодиоды, резисторы, кнопки.