گشت‌وگذار در برد Uno
گشت‌وگذار کامل در برد Uno R3؛ میکروکنترلر ATmega328P، پین‌های دیجیتال و آنالوگ، پین‌های تغذیه و واژه‌نامهٔ کوچک الکترونیک برای شروع.
آنچه در این درس می‌آموزید
- قطعه‌های اصلی برد Uno R3 و کار هر کدام را نام ببرید
- پین‌های دیجیتال، آنالوگ و تغذیه را از هم تشخیص دهید
- مفهوم‌های پایهٔ الکترونیک مثل ولتاژ، جریان و مقاومت را در حد کار با آردوینو بشناسید
فهرست مطالب
اگر برد Uno را روی میز دارید، همین حالا کنارتان بگذارید؛ این درس یک تور کامل از برد است. اگر هنوز نخریده‌اید، عکس یک Uno R3 را باز کنید و همراه متن پیش بروید. هدف این است که در پایان درس، هر نقطهٔ برد را بشناسید و در درس‌های بعدی بدانید هر سیم را کجا بزنید — چون در دنیای سخت‌افزار، خطای سیم‌کشی به‌جای پیام خطا، گاهی یک قطعهٔ سوخته است.
قطعه‌های اصلی برد
Uno R3 بردی به ابعاد تقریبی ۷ در ۵٫۵ سانتی‌متر است و قطعه‌های اصلی آن این‌هاست:
| قطعه | جای برد | کارکرد |
|---|---|---|
| میکروکنترلر ATmega328P | وسط برد، تراشهٔ مستطیلی بلند | مغز برد؛ برنامهٔ شما در حافظهٔ فلش ۳۲ کیلوبایتی آن ذخیره و اجرا می‌شود |
| پورت USB | لبهٔ بالا، کانکتور چهارگوش | آپلود برنامه، ارتباط با رایانه و تغذیهٔ برد |
| سوکت آداپتور (Barrel Jack) | گوشهٔ پایین چپ | تغذیه از آداپتور ۷ تا ۱۲ ولت وقتی رایانه‌ای در کار نیست |
| رگولاتور ولتاژ | پشت سوکت آداپتور، قطعهٔ سیاه بزرگ | ولتاژ ورودی را به ۵ ولت پایدار تبدیل می‌کند |
| دکمهٔ Reset | بالای برد، کنار سوکت USB | ریست برد؛ برنامهٔ داخل فلش از اول اجرا می‌شود |
| تراشهٔ رابط USB | کنار پورت USB (در بردهای سازگار CH340) | گفت‌وگوی سریال میان میکروکنترلر و رایانه |
حافظهٔ ۳۲ کیلوبایت شاید خنده‌دار به نظر برسد، اما همان حجمی است که برنامهٔ چشمک‌زن، خواندن سنسور و کنترل موتور به‌راحتی در آن جا می‌شود.
پین‌های دیجیتال: ردیف بالایی
در امتداد لبهٔ بالایی برد، پین‌های شماره‌دار ۰ تا ۱۳ (پایه‌های سیاه نری) را می‌بینید:
| پین‌ها | نام روی برد | کارکرد |
|---|---|---|
| ۰ و ۱ | RX و TX | ارتباط سریال با رایانه؛ در مدارهای خودتان از آن‌ها استفاده نکنید |
| ۲ تا ۱۲ | D2 تا D12 | ورودی/خروجی دیجیتال عمومی؛ هر پین روشن (۵ ولت) یا خاموش (صفر ولت) می‌شود |
| ۱۳ | D13 | مثل بقیه، اما به LED کوچک روی خود برد هم وصل است |
سه پین ۳، ۵، ۶، ۹، ۱۰ و ۱۱ کنارشان علامت ~ حک شده است. این علامت یعنی پین علاوه بر روشن‌وخاموش، خروجی PWM دارد — ترفندی برای ساختن خروجی شبه‌آنالوگ که در درس PWM به‌تفصیل می‌سازیم. فعلاً همین‌قدر بدانید: برای تنظیم نور LED یا سرعت موتور، پینی با علامت ~ بردارید.
ورودی‌های آنالوگ و پین‌های تغذیه
لبهٔ پایینی برد دو بلوک دارد:
| پین‌ها | کارکرد |
|---|---|
| A0 تا A5 | ورودی آنالوگ؛ ولتاژ ۰ تا ۵ ولت را به عدد ۰ تا ۱۰۲۳ تبدیل می‌کنند (خواندن سنسورها) |
| POWER: 5V | خروجی ۵ ولت پایدار برای تغذیهٔ سنسورها و برد سرهم‌بندی |
| POWER: 3.3V | خروجی ۳٫۳ ولت برای ماژول‌هایی که با ۵ ولت کار نمی‌کنند |
| POWER: GND (دو عدد) | زمین؛ سر منفی مدار و نقطهٔ مرجع همهٔ ولتاژها |
| POWER: VIN | ورودی ولتاژ خام از آداپتور یا باتری (۷ تا ۱۲ ولت) |
| AREF | مرجع ولتاژ مبدل آنالوگ؛ فعلاً به‌کار نمی‌آید |
LED داخلی پین ۱۳
نزدیک پورت USB یک LED کوچک با حرف L کنارش هست که به پین ۱۳ وصل است. این یعنی می‌توانید اولین برنامهٔ خود را بدون هیچ سیمی اجرا کنید: برنامه‌ای که پین ۱۳ را روشن و خاموش می‌کند، همان LED داخلی را چشمک‌زن می‌کند. این درس عملی موضوع درس «نخستین برنامه» است.
واژه‌نامهٔ کوچک الکترونیک
شش واژهٔ زیر در تمام درس‌های این دوره تکرار می‌شوند. تعریف‌ها عمداً کوتاه و کاربردی‌اند؛ توضیح عمیق هر کدام در بخش «مبانی الکترونیک» داکنامه آمده است.
| واژه | یعنی |
|---|---|
| ولتاژ (Voltage) | اختلاف فشار الکتریکی میان دو نقطه، بر حسب ولت؛ در Uno سیم گرم ۵ ولت و زمین صفر ولت است |
| جریان (Current) | مقدار جریان‌یافتن بار الکتریکی، بر حسب آمپر؛ در مدارهای آردوینو معمولاً میلی‌آمپر |
| مقاومت (Resistor) | قطعه‌ای که جریان را محدود می‌کند؛ بر حسب اهم (Ω) |
| توان (Power) | حاصل‌ضرب ولتاژ در جریان، بر حسب وات؛ مقدار گرمایی که قطعه تلف می‌کند |
| زمین (Ground / GND) | نقطهٔ مرجع صفر ولت مدار و مسیر بازگشت جریان |
| قطبیت (Polarity) | جهت مثبت و منفی قطعه؛ LED قطب‌دار است و برعکس وصل شود روشن نمی‌شود |
| LED | دیود نورانی؛ با عبور جریان در جهت درست روشن می‌شود؛ پایهٔ بلندش آند (مثبت) است |
| برد سرهم‌بندی (Breadboard) | برد سوراخ‌دار بدون لحیم برای ساختن سریع مدار |
| سیم رابط (Jumper Wire) | سیم نرم با سر پین‌دار برای وصل‌کردن برد به برد سرهم‌بندی |
تمرین‌ها
تمرین
تمرین ۱ — کدام پین؟
برای هر یک از کارهای زیر، پین یا پین‌های مناسب برد Uno را نام ببرید. الف) خواندن ولتاژ خروجی یک سنسور دمای آنالوگ. ب) روشن‌وخاموش‌کردن یک LED بدون سیم و مقاومت. پ) ساخت خروجی PWM برای تنظیم نور LED خارجی. ت) تغذیهٔ یک ماژول سنسور که به ۵ ولت نیاز دارد.
نمایش راه‌حل
الف) یکی از ورودی‌های آنالوگ A0 تا A5. ب) پین ۱۳، چون LED داخلی برد به آن وصل است و هیچ سیمی لازم نیست. پ) یکی از پین‌های PWM با علامت ~؛ یعنی ۳، ۵، ۶، ۹، ۱۰ یا ۱۱. ت) پین 5V از بلوک POWER (و البته یک پین GND برای مسیر مشترک زمین).
:::
خلاصه
- ATmega328P مغز برد است؛ برنامه در ۳۲ کیلوبایت فلش آن ذخیره می‌شود.
- پین‌های دیجیتال ۰ تا ۱۳ هستند؛ پین ۰ و ۱ رزرو سریال‌اند و پین‌های
~خروجی PWM دارند. - ورودی‌های آنالوگ A0 تا A5 ولتاژ ۰ تا ۵ ولت را به عدد ۰ تا ۱۰۲۳ تبدیل می‌کنند.
- بلوک POWER با پین‌های 5V و 3.3V و GND تغذیهٔ مدار را ممکن می‌کند.
- LED داخلی روی پین ۱۳ است؛ اولین چشمک‌زن بدون هیچ سیمی کار می‌کند.
حالا که برد را می‌شناسید، وقت نرم‌افزار است: در درس بعدی Arduino IDE را نصب می‌کنید و برد را به رایانه وصل می‌کنید.