Dùng phần mềm mô phỏng xây dựng các bài Lab Arduino

Nhiều phần mềm mô phỏng đóng vai trò thiết yếu trong việc mô hình hóa các hệ thống lớn và phức tạp. Đối với những dự án công nghệ, việc sử dụng các phần mô phỏng để kiểm tra và dự đoán kết quả giúp tránh được nhiều lãng phí trong việc đầu tư thiết bị nghiên cứu phát triển. Bài báo này giới thiệu và thảo luận về những phần mềm mô phỏng miễn phí dùng cho vi điều khiển AVR trên Arduino UNO R3 cũng như tác dụng của nó trong đào tạo và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài viết!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Dùng phần mềm mô phỏng xây dựng các bài Lab ArduinoDÙNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG XÂY DỰNG CÁC BÀI LAB ARDUINO Tạ Quang Hùng* * Khoa CNTT, Trường Đại học Hà Nội Tóm tắt: Sử dụng phần mềm mô phỏng từ lâu đã chứng minh được tính hiệu quả trướckhi triển khai trên thực tế. Nhiều phần mềm mô phỏng đóng vai trò thiết yếu trong việc mô hìnhhóa các hệ thống lớn và phức tạp. Đối với những dự án công nghệ, việc sử dụng các phần môphỏng để kiểm tra và dự đoán kết quả giúp tránh được nhiều lãng phí trong việc đầu tư thiết bịnghiên cứu phát triển. Bài báo này giới thiệu và thảo luận về những phần mềm mô phỏng miễnphí dùng cho vi điều khiển AVR trên Arduino UNO R3 cũng như tác dụng của nó trong đào tạovà nghiên cứu. Từ khóa: Hệ thống nhúng, vi điều khiển, AVR, Arduino I. GIỚI THIỆU CHUNG Arduino bắt đầu tại Viện Thiết kế Tương tác (Interaction Design Institute ) ởthành phố Ivrea, Ý, vào năm 2005. Giáo sư Massimo Banzi lúc đó đang tìm kiếm mộthướng tiếp cận với chi phí thấp để giúp sinh viên thiết kế ở đó học và làm việc dễ dànghơn với công nghệ. Ông đã thảo luận vấn đề của mình với David Cuartielles, mộtchuyên gia nghiên cứu đến từ Đại học Malmö ở Thụy Điển, người cũng đang tìm kiếmmột giải pháp tương tự, và Arduino đã ra đời. Các sản phẩm hiện có trên thị trường khá đắt tiền và tương đối khó sử dụng. Banzivà Cuartielles quyết định chế tạo một bộ vi điều khiển để các sinh viên nghệ thuật thiếtkế sử dụng trong các dự án của họ. Yêu cầu chính là nó không được tốn kém, tiêu chí vềgiá cả là không nhiều hơn số tiền một sinh viên sẽ bỏ ra để mua pizza, và là một nềntảng mà bất cứ ai cũng có thể sử dụng. David Cuartielles đã thiết kế bảng mạch, và mộtsinh viên của Massimo, David Mellis, đã lập trình phần mềm để điều khiển bảng mạch.Massimo đã liên lạc với một kỹ sư địa phương, Gianluca Martino, người cũng làm việctại Viện Thiết Kế giúp sinh viên làm dự án. Gianluca đồng ý chế tạo lô ban đầu gồm200 bảng mạch. Một đội mới do các giảng viên và sinh viên của viện đặt tên là Arduino. Các bảngmạch sau đó đã được bán dưới dạng kit phát triển cho sinh viên tự làm. Lô ban đầu đãsớm được bán hết, và nhiều lô sản phẩm đã được sản xuất tiếp để theo kịp nhu cầu. Cácnhà thiết kế và nghệ sĩ từ các khu vực khác đã nghe về Arduino và muốn sử dụng nótrong các dự án cá nhân. Sự phổ biến của nó nhanh chóng tăng lên khi mọi người nhậnra rằng Arduino là một hệ thống dễ sử dụng, chi phí thấp, có thể dùng được trong các dựán. Nó chính là một sự khởi đầu tuyệt vời cho việc lập trình vi điều khiển. Thiết kế banđầu được cải tiến và các phiên bản mới đã được giới thiệu. Doanh số của Arduinoschính thức hiện đã đạt hơn 300.000 đơn vị và họ đã bán được trên khắp thế giới thôngqua hàng loạt các nhà phân phối. Đã có một số phiên bản Arduino khác nhau, tất cả đều dựa trên bộ vi điều khiểnRISC (Vi xử lý có bộ lệnh được đơn giản hóa) 8-bit Atmel AVR. Bo mạch đầu tiên dựatrên ATmega8 chạy ở tốc độ xung nhịp 16 MHz với bộ nhớ flash 8 KB; các bo mạchsau như Arduino NG plus và Diecimila (tiếng Ý nghĩa là một vạn) đã sử dụngATmega168 với bộ nhớ flash 16 KB. Các phiên bản Arduino gần đây nhất,Duemilanove và Uno, sử dụng ATmega328 với bộ nhớ flash 32 KB và có thể tự độngchuyển đổi giữa nguồn USB và nguồn một chiều. Đối với các dự án đòi hỏi nhiều đầuvào ra (I/O) và bộ nhớ hơn, có thể bắt đầu với Arduino Mega1280 với bộ nhớ 128 KBhoặc Arduino Mega2560 với bộ nhớ 256 KB. Bảng mạch có 14 chân kỹ thuật số, mỗi chân có thể được đặt làm đầu vào hoặcđầu ra và sáu đầu vào tương tự. Ngoài ra, sáu trong số các chân kỹ thuật số có thể đượclập trình để cung cấp đầu ra tương tự điều chế độ rộng xung (PWM). Một loạt các giaothức truyền thông có sẵn, bao gồm cổng nối tiếp, bus nối tiếp (SPI) và I2C/TWI. Trênmỗi bảng mạch đều có các tính năng tiêu chuẩn gồm nút khởi động (reset) và bộ nạp nốitiếp (ICSP). Mặc dù giá tiền một bo mạch Arduino rất rẻ, nhưng để có thể tạo nhưng dự án thúvị, thì việc phải mua bổ sung nhiều thiết bị điện tử, linh kiện hỗ trợ là rất cần thiết. Dĩnhiên đối với việc phát triển dự án thì việc đó không thành vấn đề, nhưng đối với sinhviên chỉ sử dụng để học và tìm hiểu thì chi phí giành cho mua đồ thí nghiệm càng ítcàng tốt. Do đó, sử dụng các phần mềm mô phỏng Arduino để nghiên cứu và học tập làmột hướng tiếp cận rất tốt trong học tập và nghiên cứu ở trường đại học. Các phần sauđây sẽ thảo luận hai phần mềm miễn phí nhưng lại rất hữu dụng trong mô phỏng các thínghiệm trên Arduino. II. PHẦN MỀM CIRCUITS TRÊN TINKERCAD A. Mô tả đặc trưng của phần mềm Circuits Phần mềm mô phỏng Circuits trên TinkerCad [1] cung cấp một phòng thí nghiệmảo có đầy đủ linh kiện vật tư để triển khai ứng dụng trên Arduino (Hình 1). Trong ...