Arduino: Com’è fatto. Pin, ingressi e uscite.

DiFabio Gangemi

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Arduino: Com’è fatto. Pin, ingressi e uscite.

Nel precedente articolo, “Arduino: Cos’è e come funziona”, ho cercato di fare una panoramica introduttiva su cosa sia Arduino e il suo mondo.

In questo articolo cercherò di spiegare com’è fatto. Dove e come collegare i vari dispositivi che utilizzeremo per i progetti che abbiamo in mente. Si parlerà di ingressi, di uscite e dei suoi componenti principali.

Fin da subito vi dico che Arduino è una piattaforma “Open Source” basata su “software” e “hardware” facili da usare.

A livello hardware si tratta di una piccola scheda elettronica sulla quale viene montato ed è sempre presente un “Microcontrollore”.

A livello software si tratta di un programma detto “IDE” che non è atro che l’ambiente di sviluppo integrato che consente all’utente di poter creare i programmi che poi verranno caricati sulla scheda elettronica.

Ho detto microcontrollore non “Processore”!! Non sono la stessa cosa!!

I processori li troviamo all’interno dei nostri computer e sono nella maggior parte dei casi dei “chip” specializzati nell’elaborazione di grandi quantità di dati o numeri. Un processore non può funzionare da solo ma per farlo ha bisogno di altri componenti come scheda madre, memoria, hard disk, monitor, tastiera, mouse, scheda video.

I microcontrollori sono una sorta di piccolo computer realizzato, per effettuare determinati compiti. Diciamo che si tratta di un computer specializzato nello svolgere “applicazioni specifiche di controllo digitale”.

All’interno di un microcontrollore troviamo un piccolo processore e diversi dispositivi integrati che funzionano da disco, memoria e da periferiche che gli permettono di comunicare con il mondo esterno.

Di solito i componenti di un microcontrollore sono tutti presenti all’interno di un piccolo componente elettronico con tanti piedini intorno, tanto da far sembrare lo stesso un insetto.

A differenza di un computer normale Arduino sa fare poche cose ma le fa bene. Un microcontrollore costa anche molto ma molto meno rispetto ad un microprocessore per non parlare poi di quanto costerebbe un computer completo di tutti i suoi componenti per consentire al microprocessore di funzionare.

Come accennatovi nel precedente articolo di Arduino, di schede elettroniche dello stesso, non ne esiste un solo modello. Sono veramente tante e chissà quante altre ne vedremo in futuro.

Per chi volesse farsi un’idea vi rimando al sito ufficiale “Arduino.cc” dove potrete visionare le diverse schede suddivise in categorie e per grado di difficoltà di utilizzo delle stesse.

Tuttavia, anche per non complicarci un po’ troppo la vita, la più semplice e anche la meno costosa da poter acquistare ed utilizzare per i nostri esperimenti e la scheda “Arduino UNO”.

Con circa venti euro potete acquistare l’originale ma si trovano anche delle alternative non originali a dieci euro che funzionano altrettanto bene.

La stessa potete vederla nelle immagini riportate di seguito:

Arduino UNO vista frontale della basetta elettronica

Arduino UNO vista posteriore della basetta elettronica

Arduino UNO vista laterale della basetta elettronica

Passo subito alla descrizione della scheda “Arduino UNO” cosi che possiate metterci mano prima possibile.

Come potete vedere dall’immagine che vi riporto di seguito, partendo dall’alto a sinistra in senso orario incontriamo i seguenti componenti:

Arduino UNO vista dei componenti e struttura della scheda

• CONNETTORE DI ALIMENTAZIONE
  Attraverso lo stesso possiamo collegare il nostro Arduino ad un alimentatore per fornirgli la corrente e farlo funzionare anche senza che esso sia collegato ad un computer. Di solito si tratta di un alimentatore a 9 volt ma la tensione fornita verrà poi abbassata a 5 volta grazie ad un regolatore di voltaggio presente sullo stesso Arduino;
  
  
• CONNETTORE USB
  Attraverso un cavetto USB possiamo collegare Arduino al computer, cosi da poterlo programmare, ma anche per fornirgli l’alimentazione a 5 volt direttamente dalle porte USB;
  
  
• PULSANTE RESET
  La scheda è dotata di un pulsante di reset. Se premete lo stesso il programma in esecuzione verrà arrestato e tutto ripartirà da zero come se Arduino fosse stato appena accesso. È possibile collegare un pulsante esterno per pilotare il reset;
  
  
• LED INTEGRATO
  Si tratta di un piccolo LED che possiamo controllare, accendere o spegnere, programmando Arduino. Lo stesso e collegato al pin n.13;
  
  
• PIN INPUT OUTPUT DIGITALE
  Attraverso questa fila di piccoli fori chiamati “header” che sono numerati da 0 a 13 abbiamo accesso ai piedini o meglio dire “Pin” di Arduino. Per collegare un dispositivo ad Arduino al fine di poterlo poi controllare attraverso lo stesso, vi basta infilare dei cavi elettrici con le estremità spelate al loro interno oppure cosa che consiglio comprare i cavetti appositi che si trovano facilmente online su Amazon o negozi specializzati di elettronica. Questa serie di pin sono tutti digitali e cioè possono generare o leggere un segnale alto o basso, 0 o 5 volt. Alcuni di questi pin hanno delle funzioni particolari, per non complicare troppo le cose eviterò di accennare adesso a cosa fanno, per sapere quali sono vi basterà guardare accanto ai numeri stampati sulla scheda. Noterete che accanto ad alcuni pin oltre ad esserci riportato il numero vi è riportato anche una specie di piccola onda e in altri ancora le sigle TX e RX;
  
  
• LED DI ALIMENTAZIONE
  Si tratta di un piccolo led che ci consente di capire se la scheda sia alimentata correttamente o meno. Se il LED è acceso significa che Arduino riceve corrente, al contrario se il LED e spento non arriva corrente;
  
  
• MICROCONTROLLORE
  Il cuore di Arduino che si occupa di elaborare il programma e gestire le funzioni della scheda. Al suo interno ci sono dei componenti che fanno da memoria, hard disk e altri circuiti integrati che gli consentono di funzionare correttamente;
  
  

• PIN INGRESSI ANALOGICI
  Arduino di spone anche di sei pin che sono in grado di leggere segnali analogici e convertirli in valori numerici che si potranno successivamente utilizzare all’interno degli sketch. Questi pin sono contrassegnati dalle sigle A0, A1, A2, A3, A4, A5;
  
  
• PIN ALIMENTAZIONE
  Diversi dispositivi che verranno collegati ad Arduino oltre ad occupare uno dei pin analogici o digitali dello stesso a volte hanno bisogno di essere alimentati per poter funzionare. Attraverso alcuni pin possiamo alimentare gli stessi fornendo 5 o 3,3 volt. I pin dai quali prelevare la corrente sono contrassegnati dalle rispettive sigle che ne indicano il valore. Il neutro invece e contrassegnato dalla sigla GND;
  
  
• LED TRASMISSIONE E RICEZIONE
  Questi due led posti uno accanto all’altro, contrassegnati rispettivamente dalle sigle TX e RX, si occupano di segnalarci, lampeggiando, quando è in corso una comunicazione dal computer ad Arduino e viceversa. Infatti in condizioni normali sono spenti, provate a caricare uno sketch su Arduino e vedrete che durante la fase di comunicazione, passaggio dei dati, fra Arduino e computer gli stessi lampeggeranno per qualche istante.

Ripeto: Sappiate che alcuni pin, connettori, presenti sulla scheda di “Arduino UNO” hanno o svolgono delle funzioni diciamo particolari.

Essendo questa una guida breve, veloce, sto cercando di saltare molti passaggi non riportando la descrizione completa di quello che è possibile fare attraverso alcuni di questi pin, connettori, che sono presenti su Arduino.

E un po’ come imparare a guidare l’auto, non abbiamo necessità di conoscere adesso quanto c’è sotto il cofano. Al momento la priorità è sapere come si guida questa macchina chiamata Arduino, acquisirne le basi.

Più in là una volta che sappiamo dove e come mettere mano, allora anche il conoscere di queste funzioni particolari potrebbe tornarci utile.

Come vi ho accennato in precedenza di schede Arduino ne esistono diversi modelli che si differenziano fra di loro per maggior o minore numero di ingressi e uscite, con maggiore o minore capacita di memoria e microcontrollori più performanti. Insomma ci sono schede Arduino per ogni esigenza. 

Nota: Le diverse schede di Arduino funzionano a voltaggi differenti quindi state molto attenti a come alimentate le stesse. Ad esempio se una scheda di Arduino funziona a 3 volt e alimentate la stessa con 5 volt o un valore superiore sicuramente finirete con il bruciare la scheda. Stessa cosa vale anche per vari dispositivi che collegherete ai pin di Arduino. Alcuni di essi funzionano a 3,3 volt, fornirgli un valore superiore nel migliore di casi significherà che il dispositivo funzionerà male, nel peggiore brucerete lo stesso. Prima di collegare qualcosa ad Arduino controllate bene i valori riportati nei rispettivi manuali forniti dal produttore e cercate di rispettare le varie specifiche.

Attenzione!!

Nella realizzazione di alcune tipologie di progetti potreste trovarvi di fronte ad apparecchiature, dispositivi, che funzionano a voltaggi superiori ai 50 volt andando ben oltre i 5 volt di Arduino!! Durante i vostri esperimenti, prima di mettere mano agli stessi, durante le varie operazioni di test, collaudo ecc… assicuratevi sempre di togliere l’alimentazione. Voltaggi di valore superiore ai 50 volt sono pericolosi per il corpo umano!!

Per concludere:
Per cominciare a mettere mano al mondo della programmazione, fare i primi esperimenti e dare vita ai progetti che avete in mente non vi serve che una scheda “Arduino Uno”. Sulla stessa attraverso i pin che possono essere configurati come ingressi o uscite tramite gli sketch possiamo collegarci dispositivi vari come pulsanti, led, relè, sensori ecc…

Nei prossimi articoli cominceremo a mettere mano alla programmazione di Arduino. Cosi magari da togliere anche ogni dubbio a quanti ancora non avessero capito bene come collegare i vari dispositivi ai pin dello stesso.

Come sempre sono a vostra disposizione e accetto ben volentieri critiche, consigli, ma soprattutto, se avete risorse, link a siti web che parlano di arduino, progetti, idee da condividere fate pure!! Sono curioso di vedere cosa avete realizzato con il vostro Arduino!! Vedrò di pubblicare le stesse sul sito cosi da consentire a tutti di reperire più facilmente le varie informazioni utili.