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Arduino per tutti stagione 2 Back to the basics puntata 1

Benvenuti.
Prima puntata fuori serie che approfondisce la nostra conoscenza della scheda Arduino e dei suoi componenti.
Sono infatti arrivate molte richieste sulla natura e la struttura del nostro micro controllore preferito, così iniziamo con questa puntata fuori serie una breve panoramica sulla struttura di Arduino, partendo dai numerosi collegamenti a disposizione.
Lo schema dei collegamenti di Arduino è il seguente:

Lo schema dei collegamenti della scheda Arduino
Lo schema dei collegamenti della scheda Arduino

Ovvero…
1. Connettore USB
Ha un duplice scopo, infatti, si usa per alimentare la scheda utilizzando i cinque volt presenti nelle porte USB, ma si può utilizzare anche per scambiare dati con Arduino (funzione molto utile per capire cosa accade a bordo).

2. Alimentazione
Su un angolo del circuito stampato trovate un piccolo barilotto di colore nero. Vi potete inserire un jack da cinque millimetri (con diametro interno da 2,1 mm) per alimentare la scheda. La tensione fornita sarà poi livellata a cinque volt da un regolatore di voltaggio. Molte persone collegano una batteria da nove volt con una clip fornita di jack, per alimentare Arduino quando non c’è un computer nelle vicinanze.

3. GND
GND significa Ground, cioè «terra» o «massa». È il polo negativo di alimentazione, anche chiamato il «comune» o «zero volt». Tra gli header di Arduino avete a disposizione ben tre posizioni in cui infilare delle connessioni a massa.

Arduino Uno
Arduino Uno

4. 5V
Questo pin fornisce la tensione a cinque volt regolata e stabilizzata da Arduino. Lo stabilizzatore interno può fornire fino a circa un ampere di corrente.

5. 3.3V
Molti chip e sensori moderni si alimentano a 3,3 volt, una tensione inferiore rispetto ai cinque volt, che produce meno calore. Non tutti hanno nel cassetto dei propri componenti un regolatore a 3.3 volt, ecco perché ne trovate uno su Arduino.

La scheda Arduino con i connettori bene in vista
La scheda Arduino con i connettori bene in vista

6. Vin
Questo pin è collegato direttamente all’ingresso di alimentazione e si può utilizzare per prelevare una tensione di alimentazione più elevata necessaria per far funzionare componenti collegati ad Arduino. Potreste avere dei motori che funzionano a dodici volt: per utilizzarli, alimenterete Arduino a dodici volt attraverso la presa di alimentazione e porterete la tensione di dodici volt ai motori, prelevandola dal pin Vin.

7. AREF
Arduino può leggere delle tensioni analogiche comprese tra zero e cinque volt che trasformerà poi in un numero tra zero e 1024. Il passo minimo, cioè la precisione della misura sarà pari a cinque volt diviso per 1024, cioè 4,88 millivolt. Arduino usa sempre una tensione di riferimento interna, prelevata dalla tensione di alimentazione che potrebbe non essere molto precisa e che dovrebbe valere cinque volt (ma potreste trovare 4,8 volt). Se volete misurare qualcosa con grande precisione, potreste usare una tensione di riferimento molto stabile e precisa che applicherete su AREF. Se la massima tensione analogica che volete leggere arriva a tre volt, potreste ottenere una maggiore precisione se, su AREF, applicaste tre volt. In questo modo il passo minimo sarà di tre volt diviso per 1024, e cioè di 2,93 millivolt. La tensione applicata a AREF non deve mai essere superiore a cinque volt, altrimenti si rischierebbe di danneggiare Arduino.

8. RESET
La scheda è dotata di un tasto per eseguire il reset. Se lo premerete, l’esecuzione del programma si fermerà e tutto ripartirà da capo, come se la Arduino fosse stato appena acceso. Potete collegare un pulsante esterno per pilotare il RESET.

9. PIN 0-13
Arduino ha quattordici pin che possono essere configurati per funzionare da ingressi o uscite. La configurazione si fa nel software. Arduino è un dispositivo digitale, quindi i pin possono generare o leggere un valore alto o basso, e quindi pari a zero o cinque volt. Un pin digitale configurato come uscita non potrà mai fornire, per esempio, un valore di 2,5 volt, ma unicamente zero o cinque volt. Alcuni pin riportano accanto al numero identificativo una piccola «serpentina» chiamata «tilde» (~): questi pin possono generare un segnale particolare molto utile per pilotare motori elettrici o per regolare a piacere l’intensità luminosa di un LED. Questo segnale elettrico speciale è chiamato pulse width modulation (PWM) e lo descriveremo più avanti. I pin in grado di fornire un segnale PWM sono: 3, 5, 6, 9, 10, 11.
I pin 0 e 1 sono contrassegnati anche con TX0 e RX0 e sono collegati alla porta seriale del chip: possono essere utilizzati per collegare Arduino a qualsiasi altro dispositivo che disponga di una porta seriale.

10. A0-A5
Arduino ha sei pin in grado di leggere livelli analogici e di convertirli in un numero che si potrà utilizzare all’interno degli sketch. Questi particolari ingressi sono posti a parte e contrassegnati dalle sigle: A0, A1, A2, A3, A4, A5.

11. ICSP
Vicino alla piccola scritta ICSP trovate sei piedini che si possono utilizzare per comunicare con l’ATMega328. I piedini costituiscono un’interfaccia seriale usata da periferiche e altri microcontrollori. I pin ICSP si possono usare per programmare direttamente Arduino (usando una speciale «pennetta»). Il sistema di comunicazione si chiama SPI, cioè Serial Peripheral Interface, e prevede un circuito principale che conduce la comunicazione (master) e uno o più periferiche (slave). Due dei sei pin sono utilizzati per l’alimentazione (cinque e zero volt), una linea serve per selezionare la periferica con cui comunicare e gli altri tre fili sono:
• MISO (Master In Slave Out) – per inviare dati al master,
• MOSI (Master Out Slave In) – su cui passano i dati per lo slave,
• SCK (Serial Clock) – il segnale di sincronizzazione (clock) per la comunicazione.
In modo non troppo intuitivo, per comunicare con uno slave, si deve mettere il suo piedino a livello basso (zero volt o GND).

12. ICSP2
Un secondo set di pin SPI è posto invece accanto al chip che viene usato per la gestione dell’interfaccia USB. Il chip è un piccolo microcontrollore e anche a lui serve un programma per pilotare la porta USB. Il programma di controllo è stato caricato utilizzando questi sei pin etichettati con “ICSP2”.

Bene, per questa puntata fuori serie è proprio tutto.
Alla prossima, gente…