راه اندازی و کار با ESP8266، بخش سوم: معرفی پایه ها و بررسی سخت افزاری

در سلسله آموزش های ماژول ESP8266، در قسمت سوم به معرفی و بررسی پایه های GPIO می پردازیم. در قسمت اول به معرفی کلی این ماژول و امکانات آن پرداختیم. در قسمت دوم نصب هسته نرم افزاری و پروگرام کردن ماژول با دستورات آردوینو را مشاهده نمودیم. در این قسمت، به معرفی پایه های GPIO ،کاربرد و کارکرد هر یک می پردازیم. .  در ادامه با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی ، دیجی اسپارک همراه باشید.

 پایه های آزاد به عنوان ورودی/خروجی

همانطور که پیشتر گفته شد، ما در این سلسله آموزش از ماژول ESP8266-12E استفاده می کنیم. تصویر زیر نمایی از پایه های این ماژول که به صورت فیزیکی(به کمک برد مبدل SMD به DIP) قابل دسترسی هستند را نمایش می دهد.

مطابق تصویر فوق، در ماژول ESP8266-12E به کمک برد مبدل SMD به DIP پایه های مشخص شده با کادرهای سبز رنگ قابل دسترسی بوده و پایه های مشخص شده با کادر قرمز رنگ، قابل دسترسی نیستند. البته با اتصال سیم می توانید به این پایه های هم دسترسی داشته باشید. در کنار این، از بین پایه های مشخص شده با کادر سبز رنگ، تعدادی از این پایه ها نیز در شرایط خاصی قابلیت دسترسی داشته و باید الزامات خاصی را برای آن در نظر گرفت. این موضوع را در جدول زیر برای کلیه پایه های قابل دسترس از لحاظ فیزیکی، بیان کرده ایم.

پس از معرفی و بررسی پایه های GPIO، به بررسی مثال هایی از نحوه کار با امکانات ماژول می پردازیم. از آنجاییکه به کمک آردوینو قصد برنامه نویسی داریم، لذا کلیه دستورات آردوینو در ESP با دستورات آردوینو در حالت عادی، به عنوان مثال آردوینو UNO یکسان است. در نظر داشته باشید که ماژول ESP8266-12E دارای حافظه فلش ۴ مگابایتی است. این ماژول می تواند با فرکانس ۸۰ و ۱۶۰ مگاهرتزی، برنامه را اجرا کند.

تعریف GPIO ورودی و خروجی

همانطور که در جدول قسمت قبل مشاهده شد، برخی از پایه های جهت تعریف به عنوان ورودی/ خروجی، نیزامند رعایت الزاماتی هستند. این در حالیست که می توانیم به سادگی از پایه های دیگر استفاده کنیم. در این قسمت، پایه شماره ۴ را به عنوان ورودی و پایه شماره ۵ را به عنوان خروجی انتخاب می کنیم. پایه شماره ۴ را با مقاومت داخلی پول آپ می کنیم. همانطور که اطلاع دارید، در این حالت این پایه مقدار HIGH را بر روی خود دارد. چنانچه این پایه با اتصال به GND مقدار LOW به خود بگیرد، پایه شماره ۵ به صورت HIGH تغییر وضعیت می دهد. برای نمایش بهتر، شما می توانید با اتصال یک LED به پایه ۵، روال کار را مشاهده کنید. در زیر کد این برنامه را مشاهده می کنید.

void setup() {
  pinMode(4, INPUT_PULLUP);  //تعریف پایه شماره ۴ به صورت ورودی با نقاومت داخلی پول آپ شده
  pinMode(5, OUTPUT);   //تعریف پایه ۵ به عنوان خروجی
  digitalWrite(5, LOW);  //صفر کردن پایه خروجی


}

void loop() {
  if(digitalRead(4) == LOW){   //در صورتیکه کلید فشرده شود
     digitalWrite(5,HIGH);   //خروجی ۱ شده تا LED روشن شود.
     delay(1000);
  }
  else
  digitalWrite(5,LOW);  //خاموش بودن چراغ
}

همانطور که در کد فوق مشاهده می کنید، دستورات تعریف ورودی/خروجی عینا مشابه آردوینو است. بدین ترتیب به سادگی و بدون نیاز با یادگیری زبان جدید، می توانید بردهای ESP را با برنامه های آردوینو پروگرام کنید.  همچنین توجه داشته باشید که بر روی پایه های ماژول ESP8266 می توانید وقفه خارجی( به جز پایه GPIO16) نیز فعال کنید.

خواندن ورودی آنالوگ در ESP8266

همانطور که پیشتر گفته شد، ماژول ESP8266 دارای یک ورودی آنالوگ است. به کمک این ورودی می توانید سیگنال های آنالوگ را با تابع analogRead آردوینو، به معادل دیجیتال آن تبدیل کنید. در رابطه با ADC ماژول ESP توجه به نکات ضروری است.

• ولتاژ مرجع ADC برابر با ۱ ولت است.
• فرکانس نمونه برداری ADC  در حالت بیشینه برابر با ۵ کیلوهرتز است.

در زیر نمونه کد مربوط به خواندن مقدار از ورودی ADC را مشاهده می کنید. در این برنامه مقدار ADC خوانده شده و در سریال مانیتور نمایش داده می شود.

void setup() {
 Serial.begin(9600);  //تنظیم باود ریت سریال جهت نمایش داده ها در سریال مانیتور

}

void loop() {
 Serial.println(analogRead(A0));   //خواندن مقادیر از ورودی آنالوگ و نمایش آن در سریال مانیتور
 delay(1000);

}

پس از آپلود برنامه و در پی آن اجرا، خروجی را در سریال مانیتور همانند تصویر زیر مشاهده خواهید کرد.

از ADC ماژول ESP8266 استفاده های فراوانی می شود. به عنوان مثال در آموزشی، اقدام به طراحی و پیاده سازی نمایشگر شارژ باتری به کمک ADC ماژول پرداختیم. برای مطالعه این آموزش می توانید بر روی این لینک کلیک نمایید.

تولید پالس PWM در پایه ESP8266

یکی از توابع فوق العاده کاربردی آردوینو، تابع analogWrite است. به کمک این تابع می توانید به سادگی بر روی پایه های ESP8266(مطابق جدولی که پیشتر ارائه شد) پالس PWM ایجاد کنید. به کمک این تابع می توانید مقادیر ۰ الی ۱۰۲۳ را در خروجی به عنوان duty cycle تعریف کنید. کد برنامه زیر، یک پالس PWM بر روی پایه GPIO4 ایجاد می کند.

void setup() {
  pinMode(4, OUTPUT);  //تعریف پایه ۴ به عنوان خروجی
  analogWrite(4, 0);   //قرار دادن مقدار ۰ در خروجی

}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 1023; i++) {    //حلقه تکرار از ۰ الی ۱۰۲۳ 
    analogWrite(4, i);   //نوشتن مقدار آنالوگ بر روی پایه
    delay(50);
  }

}

در برنامه فوق نور LED از کم به زیاد افزایش می یابد. توجه داشته باشید که فرکانس PWM در ESP8266 به صورت پیشفرض ۱ کیلو هرتز است. شما می توانید به کمک تابع زیر، این فرکانس را تغییر دهید.

analogWriteFreq(new_frequency)

در نهایت با اجرای برنامه، با تصویر زیر رو که نور LED آرام آرام زیاد می شود، رو به رو خواهید شد.

ایجاد سریال نرم افزاری روی پایه‌های ESP8266

از دیگر امکانات ماژول ESP8266 امکان تعریف و ایجاد سریال نرم افزاری بر روی پایه های دلخواه ESP8266 است. این رویه دقیقا مشابه دستورات آردوینو است. برنامه زیر یک نمونه برنامه جهت ارسال فرامین AT کامند به ماژول SIM800L است.

#include <SoftwareSerial.h>   //اضافه کردن کتابخانه سریال نرم افزاری
SoftwareSerial gsm(12, 13);   //تعیرف پایه ۱۲ به عنوان RX و ۱۳ به عنوان TX
void setup() {
  gsm.begin(9600);   //تعریف باودریت سریال نرم افزاری
  gsm.print("AT+SAPBR=1,1\r\n");  //ارسال دستور فعال سازی اینترنت
  delay(1000);

}

void loop() {

}

کار با پورت های I2C و SPI در ESP8266

ماژول ESP8266 دارای پورت I2C و SPI است. راه اندازی و کار با این پورت ها با دستورات آردوینو و کتابخانه wire.h  و spi.h صورت می گیرد.  برای این مورد می توانید دو آموزش زیر را با کلیک بر روی هر یک، مطالعه کنید.

• آموزش ساخت سیستم اعلام سرقت خودرو به کمک سنسور شتاب سنج I2C
• آموزش ذخیره داده بر روی کارت SD با پروتکل SPI و برد NODEMCU

آموزش فوق با برد NODEMCU انجام شده، اما با توجه به یکسان بودن پردازنده، کدها برای ماژول ESP8266-12E نیز قابل اجراست.

لوازم مورد نیاز

مبدل سریال به USB

ماژول ESP8266-12E

ماژول مبدل SMD به DIP

جمع بندی

در سلسله آموزش های ماژول ESP8266، در قسمت سوم به سراغ بررسی پایه های GPIO این ماژول پرداختیم. در این آموزش به تحلیل و بررسی وضعیت پایه های GPIO طی یک جدول پرداختیم. در ادامه با ارائه یک نمونه کد، نحوه تعریف ورودی و خروجی در کد تابع را مشاهده نمودیم. پس از آن به بررسی قابلیت های مختلف نظیر ADC ، تولید پالس PWM و سریال نرم افزاری پرداختیم. در نهایت با ارائه نمونه پروژه، نحوه کار با پورت های I2C و SPI در این ماژول را مورد بررسی قرار دادیم. در قسمت های بعدی این سلسله آموزش، وارد مباحث و امکانات شبکه ای ماژول با دستورات آردوینو خواهیم شد.

چنانچه مطالب این آموزش را گنک یافتید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در مطالب درج شده و یا کدها وجود دارد می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.