Guide sur les circuits imprimés Arduino

Qu’est-ce qu’Arduino ?

Arduino est une plateforme open-source qui se compose d’une carte de circuit imprimé (CI) et d’une application logicielle connue sous le nom d’environnement de développement intégré (IDE, ou Intergrated Development Environment en anglais). Le logiciel fonctionne sur l’ordinateur et est utilisé pour écrire et programmer le code sur la carte de circuit imprimé à l’aide d’un câble USB.  

Le hardware et le logiciel Arduino sont parfaits pour les personnes intéressées par la conception et la création de projets interactifs, tels que les concepteurs, les ingénieurs et les amateurs. Les cartes peuvent interagir avec des caméras, des interrupteurs, des LED, des moteurs, des boutons, des haut-parleurs et bien plus encore. 

La carte Arduino est utilisée dans de nombreuses applications telles que la robotique et les systèmes audio. Elles sont utilisées pour concevoir des prototypes et développer des systèmes de commande basés sur des codes. Le code Arduino est une version de C++, un langage de programmation facile à utiliser, ce qui rend les cartes Arduino plus accessibles aux débutants. 

En quoi consiste une carte Arduino ? 

Il existe plusieurs types de cartes Arduino adaptées à différents usages. Bien que les composants varient d’une carte à l’autre, les caractéristiques suivants sont généralement les mêmes pour tous les types de cartes Arduino :

Prise USB / Connecteur Jack DC

Chaque carte Arduino a besoin d’être alimentée en électricité. La carte peut être alimentée avec un câble USB relié à votre ordinateur ou par une source d’alimentation externe. Dans la figure 1 ci-dessus, le port USB est désigné par (1) et le connecteur Jack DC est désignée par (2). Une carte Arduino ne peut être alimentée qu’à un taux inférieur à 20 volts. Toute alimentation supérieure à cette valeur peut surcharger et détruire la carte. La puissance recommandée se situe entre 6 et 12 volts. Vous pouvez utiliser le port USB pour transférer du code sur la carte. 

Broches

Les broches permettent de connecter des fils à la carte pour construire des circuits. Elles sont généralement utilisées en conjonction avec une platine de connexion et un fil. Les broches sont dotées d’embouts en plastique noir pour permettre aux fils de s’insérer directement dans la carte. Une carte Arduino comporte une série de broches, situées sur les bords, que vous pouvez voir sur la figure 1 et qui sont identifiées par les numéros 3 à 9. La majorité des cartes Arduino ont ces broches en communs :

• GND (Ground / Masse) – Un Arduino possède plusieurs broches GND (3), qui sont utilisées pour mettre le circuit à la terre. Un circuit est mis à la terre lorsque l’un des fils conducteurs connectés au circuit est intentionnellement relié directement à la terre. 
• 5V (4) et 3,3V (5) – Ces broches sont simples. L’un d’eux fournit une alimentation de 3,3 V et l’autre en fournit 5. La plupart des composants destinés à fonctionner avec Arduino fonctionnent bien en 3,3 Volts ou 5 Volts. 
• Analogique (6) – Vous pouvez voir ces broches dans la figure 1, sous la section « analog in ». Ces broches permettent de lire un signal analogique d’un capteur et de le convertir en un chiffre numérique lisible. 
• Entrées / Sorties numériques (7) – Sur le côté opposé de la carte, vous pouvez voir les broches numériques (0-13). Ces broches peuvent être configurées pour fonctionner comme des broches numériques d’entrée ou de sortie. 
• PWM (8) – Certaines des broches numériques sont accompagnées d’un symbole « ~ » dans la figure 1 ci-dessus. Les broches étiquetées « ~ » peuvent être utilisées pour générer des PWM (Pulse-Width Modulation). Le PWM est une méthode permettant d’obtenir des résultats analogiques avec des moyens numériques. 
• AREF (9) – AREF est l’acronyme anglais de « référence analogique ». Cette broche est parfois utilisée pour définir une tension de référence externe (entre 0 et 5 Volts) comme limite supérieure pour les broches d’entrée analogiques.  

Bouton-poussoir de réinitialisation

Le bouton reset (10) permet de redémarrer votre programme depuis le début. 

Voyant LED de mise sous tension

Une LED se trouve à côté de l’endroit où il est indiqué « ON » dans la figure 1. Ce voyant doit s’allumer lorsque vous branchez votre Arduino sur une source d’alimentation pour indiquer que votre carte est correctement alimentée. 

LEDs TX et RX

TX (émission) et RX (réception) désignent les broches responsables de la communication série. Ces indicateurs apparaissent deux fois sur la figure 1, à côté des broches numériques 0 et 1 et à côté des voyants TX et RX (12). Ces voyants LED montrent quand l’Arduino transmet et reçoit des données.

CI principal

Abréviation de « circuit intégré », il est illustré à la figure 1 (13). Il s’agit essentiellement du cerveau de la carte Arduino. Les circuits intégrés peuvent varier d’une carte à l’autre, mais il est important que vous sachiez lequel vous utilisez, car il s’agit d’un élément clé pour charger un nouveau programme sur la carte avec le logiciel Arduino. Le type de CI est généralement indiqué sur sa surface. 

Régulateur de tension

Le régulateur de tension (14) est important pour maintenir la bonne quantité de courant circulant dans la carte. Il élimine essentiellement tout excès de puissance afin de ne pas endommager l’Arduino. Toutefois, cela ne se fait que dans la mesure du possible et ne signifie pas que l’appareil peut être connecté à n’importe quelle source d’alimentation. Le maximum devrait être de 20 volts. 

Types de cartes Arduino

Le dernier modèle Arduino est l’Arduino Uno, un excellent choix pour les débutants. La carte contient tout ce dont vous avez besoin pour maîtriser la construction de projets électroniques. Cependant, Arduino propose de nombreuses autres cartes pour différentes applications. Il est donc important que vous sachiez laquelle utiliser pour votre projet. En voici quelques-unes :

Arduino LilyPad

L’Arduino LilyPad est un microcontrôleur conçu pour les e-textiles (textiles électroniques) et projets d’accessoires à porter. Grâce à son dos sans composants et à ses grandes broches de connexion, le LilyPad peut être cousu dans les vêtements avec un fil conducteur. Le Lilypad évite les accrochages, est lavable et se connecte sans problème à d’autres appareils. 

Arduino Leonardo

La Leonardo est la première carte de développement Arduino qui utilise un microcontrôleur avec un port USB intégré. Il est basé sur le microcontrôleur ATmega32u4 et dispose de 20 broches d’entrée/sortie numériques (dont sept peuvent être utilisées comme sorties PWM), un port microUSB et un bouton reset. Il est alimenté par une source d’alimentation AC/DC et peut être connecté à un ordinateur directement via USB.

Arduino Mega

L’Arduino Mega est un choix idéal pour les projets nécessitant de nombreuses broches en raison de ses 54 broches d’entrée/sortie disponibles sur le microcontrôleur. Parmi ces 54 broches, 14 sont capables de générer des signaux PWM, 16 sont des entrées analogiques, et quatre sont réservées pour les communications série matérielles. De plus, la carte est équipée d’une mémoire flash de 256 Ko destinée au stockage des données. Elle peut être connectée à un ordinateur via un port USB.

Arduino Nano

La Nano est la plus petite carte avec laquelle vous pouvez réaliser vos projets. La carte comporte 22 broches d’entrée et de sortie numériques, dont 6 peuvent être utilisées comme sorties PWM. Elle possède également une mémoire flash de 32 Ko. Elle fonctionne avec un câble USB Mini-B au lieu d’un câble standard et a une consommation d’énergie extrêmement faible. 

Accessoires pour circuits imprimés Arduino

Pour exploiter pleinement le potentiel des cartes Arduino, il est nécessaire de les connecter à d’autres composants. Des capteurs et des shields peuvent être utilisés pour donner vie à vos projets. 

Capteurs

Une carte Arduino peut interagir avec différents types de capteurs, tels que des capteurs de lumière, de température, de pression, de proximité, d’humidité et bien d’autres encore, grâce à un simple code. 

Shields

Les shields sont des circuits imprimés préconstruits qui peuvent être montés sur la carte Arduino pour permettre des fonctionnalités supplémentaires. Les shields peuvent être utilisés pour commander des moteurs, contrôler un écran LCD, se connecter à l’internet, et bien plus encore.

Avantages des cartes Arduino

Une carte Arduino est un outil idéal pour réaliser et concevoir de nombreux projets électroniques. Voici quelques raisons pour lesquelles vous devriez utiliser une carte Arduino :

• Rentable – Par rapport aux autres microcontrôleurs, les cartes Arduino sont une option moins chère et plus pratique. 
• Facile à utiliser – Grâce à son IDE facile à utiliser, Arduino convient aussi bien aux débutants qu’aux experts. 
• Prêt à l’emploi – La carte Arduino est un package complet comprenant tous les composants dont vous avez besoin pour développer des projets, y compris un oscillateur, un port de communication série, un microcontrôleur, un enregistreur, une LED et un régulateur de tension 5V. 
• Fiable – Qu’il s’agisse de concevoir des projets électroniques simples ou complexes, le circuit imprimé Arduino est un choix fiable. Les cartes ont des ports d’entrée et de sortie soudés. 
• Logiciel et matériel open-source – Les cartes Arduino sont équipées d’un grand nombre de broches numériques et analogiques, ce qui permet de créer facilement des projets électroniques. Le logiciel open-source est facile à utiliser et permet aux développeurs d’étendre le langage grâce à des bibliothèques C++.

L’Arduino est-il un microcontrôleur ?

Arduino n’est pas un microcontrôleur. Comme mentionné précédemment, c’est une plateforme électronique open-source reposant sur du matériel et des logiciels conviviaux. Une carte Arduino est un dispositif physique qui intègre un microcontrôleur parmi ses nombreux composants. Ce microcontrôleur est un ordinateur miniature sur circuit intégré, équipé de périphériques d’entrée/sortie programmables, d’une mémoire et d’une unité centrale de traitement. Pour clarifier :

• L’Arduino Uno utilise le microcontrôleur ATmega328P.
• L’Arduino Mega utilise le microcontrôleur ATmega2560.
• L’Arduino Nano utilise le microcontrôleur ATmega328.

La plateforme Arduino comprend donc non seulement un microcontrôleur, mais aussi d’autres composants tels que des interfaces de communication, un système de régulation de l’alimentation, et un environnement de développement convivial.

Le kit de démarrage Arduino

Le kit de démarrage Arduino est le meilleur point de départ pour votre tout premier projet Arduino. Le kit, qui a été créé exclusivement pour les débutants, vous guide étape par étape à travers les principes fondamentaux des cartes Arduino. Conçu autour de la carte Arduino UNO, le kit est accompagné d’un livre qui vous aidera à construire une variété de projets inventifs au fur et à mesure de votre formation.

Le guide contient toutes les informations nécessaires sur les composants électroniques les plus courants et les plus pratiques, ce qui permet d’économiser du temps et de réduire les efforts pour trouver les composants adéquats. Le kit vous permettra d’apprendre comment fonctionnent les capteurs et les actionneurs, en commençant par les bases de l’électronique et en progressant vers des projets plus complexes. Une fois que vous aurez terminé les projets du kit, vous disposerez d’un choix de logiciels, de circuits et, surtout, des connaissances nécessaires pour vous lancer dans des tâches plus difficiles.