Comment fonctionne une carte Arduino ? Comment choisir la bonne carte ?

Introduction

La carte Arduino est une petite carte électronique programmable, dotée d’une puissance de calcul permettant de contrôler des composants et d’en récupérer des valeurs. Elle est destinée aux débutants et amateurs d’électronique désirant réaliser ses propres projets. La marque est déclinée en plusieurs cartes : uno, mega, nano…

La carte Arduino est en source libre, cela veut dire que vous pouvez en construire ou en vendre une vous même.

Enfin elle se programme avec le logiciel Arduino IDE, correspondant au langage de programmation Arduino, proche du C et C++.

Qu'est-ce que l'Arduino ?

Pour mieux connaître la marque Arduino, son histoire et comment bien débuter avec, nous vous conseillons notre cours : Qu’est-ce que l’Arduino ?

Fonctionnement de la carte Arduino

La carte Arduino est une petite carte électronique équipée d’un microcontrôleur. Celui-ci va permettre de traiter l’information entrante, comme la valeur d’un capteur grâce à un programme et de commander des actionneurs (=sorties de la carte).

Ci-dessous vous avez un exemple de ce que l’on peut faire avec cette carte. Le projet que l’on vous propose est d’allumer un moteur en appuyant sur un bouton poussoir : 

Pour que ce projet fonctionne, vous aurez besoin de programmer la carte :

  • Quand le bouton poussoir est appuyé, on allume le moteur.
  • Quand le bouton poussoir n’est pas appuyé, le moteur est éteint.

Le programme devra être téléversé dans la carte pour que le projet fonctionne. Pour cela vous aurez besoin d’un logiciel de programmation, appelé Arduino IDE, qui va transformer votre code en langage machine et le copier dans la carte.

 

Comment la carte Arduino interagit avec les composants ?

C’est une question importante à se poser. Comment la carte Arduino se rend compte que l’on a appuyé sur le bouton poussoir par exemple ?

Comme tout ordinateur, la carte Arduino fonctionne avec des 0 et des 1.

Pour la carte :

  • 0 => état bas : 0V
  • 1 => état haut : 5V ou 3,3V

En ce qui concerne notre projet, on va alimenter le bouton poussoir en 5V. En appuyant sur celui-ci, cela ferme le circuit et la carte Arduino va détecter un changement de tension (de 0V à 5V) et allumer le moteur. Une fois que le bouton poussoir n’est plus appuyé, le circuit est réouvert et la tension aux bornes du bouton poussoir retombe à 0V et le moteur est éteint.

Le bouton poussoir et le moteur ne se trouve pas sur les mêmes types de broches sur la carte. Les pins, appelé AnalogWrite, permettent de recevoir des informations de la part des capteurs et d’autres pins, appelé digitalWrite, permettent de commander des composants.

Connexion USB :

  • Permet d’alimenter la carte Arduino en 5V
  • Permet de téléverser le programme sur la carte Arduino

Prise Jack :

  • Donne la possibilité d’alimenter la carte Arduino à l’aide de pile ou de batterie. Cela rend la carte Arduino autonome contrairement à la prise USB ou la carte qui doit être reliée à un ordinateur

Broche Analogique :

  • Permet de lire ou d’envoyer une tension entre 0V et 5V. Un signal analogique peut prendre une infinité de valeur de 0V et 5V ce qui n’est pas le cas d’un signal numérique. Une valeur analogique peut-être de 1.29V par exemple.

Broche numérique :

  • Permet de lire ou d’écrire sur la carte Arduino une tension soit de 0V ou de 5V, ce qui corresponds pour la carte à 0 ou 1. Permet de contrôler des composants comme des servomoteurs ou même des capteurs nécessitant un signal numérique.

LED broche 13 :

  • Led qui est connecté à la broche 13 de la carte arduino UNO. Cette led s’allume quand la broche 13 à du courant.

Bouton RESET :

  • Permet de relancer le programme contenu dans la carte

Broche TX/RX :

  • Les broches TX et RX permettent à l’arduino de communiquer avec d’autres appareils comme un ordinateur par exemple. Ces deux broches n’ont pas le même rôle que celles digital numérique donc elles ne peuvent pas contrôler vos composants. Les broches TX/RX sont utilisé lors de la liaison USB avec votre ordinateur.

LED RX/TX :

  • Led qui clignote quand les liaisons TX ou RX sont utilisés. Elle permettent notamment de savoir que votre programme s’est bien uploadé sur la carte.

LED Alimentation :

  • S’allume quand la carte est alimentée. Permet de savoir que celle-ci fonctionne.

Pin AREF :

Pin IOREF :

  • Permet d’envoyer une tension référence de la carte. En l’occurence pour une carte Arduino Uno, du 5V.

Pin VIN :

  • La broche VIN permet d’alimenter la carte Arduino avec du 5V, à la place du cable branché à l’ordinateur par exemple.

Broche ISCP :

  • Les broches Iscp sont utilisé pour chargé le programme de démarrage de la carte si celui-ci est manquant ou endommagé dans votre carte Arduino.

Microcontrôleur :

  • Permet de stocker et exécuter le programme

Comparaison des différentes cartes

Il existe plusieurs cartes Arduino, la plupart de ces cartes se ressemblent, c’est à dire que qu’elles ont toutes les pins décrites juste au dessus. Néanmoins, au fil des années, de nouvelle carte Arduino se sont développées pour répondre à des projets particuliers. On va donc faire une présentation de chaque carte Arduino et de leurs spécificités technique.

 

a) Arduino Uno

L’Arduino Uno est la plus connue et utilisée des cartes Arduino. Elle a été crée juste après la carte Arduino Wiring, c’est donc la carte la plus vielle encore vendue sur le marché. Voici un tableau de ces caractéristiques :

Arduino Uno Dimension Poids Alimentation Broche Analogique Broche Numérique Microprosseur Ou en acheter ?
74 x 53 x 15 mm 25 grammes Prise USB 5V Prise Jack 7-12V 6 entrées 14 entrées ATMega328 cadencé : 16 Mhz amazon

Comme vous pouvez voir, la carte Arduino Uno a de nombreux avantages. Elle est légère, pas trop grande pour en faire un système embarqué et son prix est raisonnable. Son plus grand avantage, c’est la carte la plus utilisé donc vous trouverez de nombreuses ressources pour vous aider, nous vous l’a conseillons si vous débutez !

Néanmoins si vous faites des projets un peu plus complexe, il va peut-être vous falloir plus de pin AnalogWrite pour recevoir la valeur de vos capteurs. Dans ce cas là vous aurez besoin d’une carte Arduino Méga !

b) Arduino Méga

En effet, la carte Arduino Méga possède 10 entrées analogiques de plus qu’une carte Arduino Uno, ce qui peut-être très utile si vous voulez récupérer la valeur de plusieurs capteurs.

Arduino Méga DimensionPoidsAlimentationBroche AnalogiqueBroche NumériqueMicroprosseurOu en acheter ?
101.52 x 53.3 mm37 grammesPrise USB 5V
Prise Jack 7-12V		16 entrées15 entréesATMega2560 cadencé : 16 Mhzamazon

Un des désavantages de cette carte est sa taille et son poids. En effet, c’est la carte la plus grande et la plus lourde des cartes Arduino. Elle ne convient donc pas pour les projets de système embarqué comme un drône par exemple. Pour ce type de projet vous aurez plutôt besoin d’une carte légère et petite comme l’Arduino Nano.

c) Arduino Nano

La carte Arduino Nano a été crée en 2008. Etant la carte la plus petite et la plus légère, elle permet de faire des projets irréalisables avec la carte Arduino Uno et la carte Arduino Méga à cause de leur taille et de leurs poids. Elle est notamment utile pour tous les projets électronique devant tenir dans une main, comme une radio, une voiture télécommandé, une batterie portable…

Arduino Nano DimensionPoidsAlimentationBroche AnalogiqueBroche NumériqueMicroprosseurOu en acheter ?
18 x 45 mm7 grammesUSB mini-B, de 7 à 12V8 entrées14 entréesATmega328 : cadencé : 16 Mhzamazon

Un des défauts de la carte Arduino Nano et qu’elle ne possède pas de prise jack. Cela peut-être compliqué pour faire des projets autonomes parce que vous ne pourrez pas la brancher sur des piles depuis la prise Jack comme sur une carte Arduino.

d) Arduino Uno Wifi

La carte Arduino Uno Wifi a été crée parce que beaucoup de projet nécessite une connexion wiifi. Notamment si vous voulez faire communiquer votre téléphone et la carte Arduino, votre Ordinateur…

Avant on devait utiliser la carte arduino Uno et le module wifi esp32. Ceci prenait des broches digitalWrite qui n’était plus utilisable pour votre projet. L’Arduino Uno wifi est donc venu combler ce problème.

Arduino Uno Wifi DimensionPoidsAlimentationBroche AnalogiqueBroche NumériqueMicroprosseurOu en acheter ?
68.6 x 53.4 mm25 grammesUSB mini-B et prise Jack  de 7 à 12V6 entrées14 entréesATmega4809 : cadencé : 16 Mhzamazon

Un des désavantage de la carte Arduino Wifi est qu’elle a un microprocesseur différent de la carte Arduino Uno. Vous ne pouvez pas donc pas utiliser la documentation qui lui est consacré. De plus vous trouverez beaucoup moins de documentation pour faire fonctionner le moduler wifi intégré sur la carte plutôt que la carte Arduino Uno et le module séparée Esp32. C’est pourquoi nous conseillerons pas cette carte si vous débutez!

Les concurrents d'Arduino

L’environnement Arduino a été créé en open source, cela veut dire que n’importe qui peut construire sa propre carte Arduino et la vendre. L’ avantage de ceux-ci c’est que l’on peut retourner des ressources sur internet pour construire la sienne. Ainsi des concurrents d’Arduino ont émergé peut à petit, pour combler les problèmes que peut avoir cette carte ou en créer une plus bon marché.

Le désavantage de ces cartes c’est que vous aurez plus de mal à trouver de la documentation dessus. On ne conseille donc pas pour ceux qui débutent.

a) NodeMCU

La carte Node MCU est une carte programmable très facile à prendre en main. Elle ressemble à une copie de la carte Arduino Nano, mais elle embarque en plus un module wiifi. Cette carte est compatible avec l’Arduino IDE, ce qui l’a rend encore plus simple d’utilisation.

La carte NodeMCU fonctionne avec un câble micro usb pour téléverser des programme et l’alimenter.

Celle-ci est vendu a 4,30 euros, ce qui est bien moins cher qu’une carte Arduino Nano.

La carte NodeMCU possède 12 broches digitalWrite ce qui est presque autant qu’une carte Arduino Nano. Néanmois la carte NodeMCU ne possède pas de broche analogique, ce qui est un soucis si vous voulez récupérer la valeur d’un capteur par exemple.

On vous conseils donc cette carte si vous voulez une petite carte légère qui a un module wifi. Néanmoins cette carte a peu de documentation sur internet par rapport à la carte Arduino Uno donc on ne la conseille pas à un débutant !

b) Teensy 4.0

La carte Teensy 4.0 est une carte de microcontrôleur proche de la carte arduino  car comme la carte NodeMCU on  peut  l’utiliser avec Arduino IDE. La carte possède un module RTC, ce qui lui permet de conserver l’heure actuelle même si la carte n’est plus alimenté. Il faudra tout de même ajouter une pile ronde de 3V pour que cela fonctionne.

La carte Teeny 4.0 possède un microcontrôleur de 600 MHZ, ce qui en fait un des microcontrôleurs les plus rapides du marché !

De plus sa fréquence est régulable selon la tâche demandée, cela veut dire que pour une petite tâche la consommation de courant ne sera pas maximale.

Tension d'alimentation de la carte teensy

La carte Teensy ne s’alimente qu’en 3,3V. L’alimenter avec plus de tension risquerait de l’endommager !

Enfin, la carte Teensy 4.0 possède 9 pins pour l’analog write et 9 pins pour le digitalWrite, ce qui est suffisant pour récupérer la valeur d’un capteur et de commander un composant.

Vous pouvez lire les autres cours de la rubrique débutez sur Arduino :

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