Site Loader
Posted on 12.02.2023

Содержание

сравнение плат – обзор 2022 года от Суперайс

В 2003 году был создан первый прототип устройства. Он лишь отдаленно напоминал современные платы микроконтроллеров. Устройство было названо в честь короля Ардуина, итальянским конструктором Массимо Банци. Развиваясь и совершенствуясь, «Arduino» быстро стало брендом аппаратно-программных средств, с помощью которых можно автоматизировать несложные системы.

В основе аппаратной платформы «Ардуино» лежит программируемый контроллер ввода и вывода. Его достоинством является – универсальность, модульность и не высокая цена. Выражаясь другими словами, «Arduino» — это миникомпьютер, который можно запрограммировать для выполнения определенных действий.

Материал обновлён 07.11.2022
Время чтения: 16 минут

В этой статье рассмотрим:

  • Общие сведения
    • Микроконтроллер
    • «Принцип бутерброда»
    • Интерфейсы передачи данных
    • Преимущества платформы
  • Сравнение различных плат
    • Arduino UNO vs Mega
    • Arduino Due
    • Arduino Nano vs Pro mini
    • Leonardo
    • Arduino-совместимые платы
    • Специализированные Arduino-платы
    • Микроконтроллеры ESP
  • Порядок работы с платой Arduino. Первые шаги
    • Подключение
    • Программирование
    • Документация
  • Заключение: какую плату Arduino выбрать
  • Сравнение плат Arduino в таблице

Сравниваем контроллеры на базе Ардуино, подключаем и программируем

Arduino открывает широкие возможности по автоматизации различных устройств и процессов, также он идеален для всех тех, кто увлечен робототехникой и электроникой. При этом пользователю не обязательно быть программистом и обладать специальными знаниями, достаточно иметь желание и творческую идею. С помощью этой аппаратной платформы можно автоматизировать как элементарные процессы, так и создать сложные системы управления.

Микроконтроллер Arduino UNO.

Общие сведения

Микроконтроллер

В основе любой платы лежит микроконтроллер (МК). Он содержит в себе процессор, оперативную (ОЗУ) и энергонезависимую памяти (ПЗУ), а также снабжен модулями, осуществляющими обмен аналоговыми и цифровыми сигналами.

Такие характеристики позволяют создавать компактные одноплатные устройства — микрокомпьютеры. Наличие множества контактов ввода/вывода позволяет легко подключать к плате самые разные устройства и механизмы: сенсоры, датчики, моторы и модули управления и обмена данными.

Arduino Nano, распиновка.

Большинство моделей конструируется на базе чипов ATmega. В первую очередь это связано с их невысокой ценой и невысокой производительностью, но достаточной для большинства проектов. Наибольшее распространение получили микроконтроллеры: ATMEGA328P, ATMEGA168P и ATMEGA2560.

Микроконтроллеры компании ATMEL (ATMEGA168P-AU, ATMEGA328P-PU и ATMEGA2560-16AU).

Однако если требуется обработки большого массива данных или работа с графической информацией, в этом случае требуется большая производительность. Для таких проектов требуются платы с процессорами семейства Cortex-3М (AT91SAM3X8EA) или микроконтроллеры серии ESP.

«Принцип бутерброда»

Для подключения внешних устройств используются штыревые разъемы. При этом все платы, одного модельного ряда, имеют стандартную последовательность расположения контактов, это позволяет создавать универсальные модули для упрощения сборки проектов. Фактически модули насаживаются друг на друга как в бутерброде. Такое свойство (модульность) является одним из основных преимуществ.

Шилд расширения для подключения TFT экрана.

Интерфейсы передачи данных

Для обмена данными с периферией или другими платами используются такие протоколы как: UART, IIC (I2C) и SPI.

UART (Univsersal Asynchronos Reciever-Transmitter) – универсальный асинхронный протокол передачи данных. Для его отведено два контакта (обычно 0 и 1) маркируемых RX и TX, а также GND (земля). Протокол позволяет передавать данные со скоростями до 115200 бод, однако чаще используется стандартная скорость в 9600 бод. У плат Mega и Due присутствует три дополнительных аппаратных UART. Они располагаются на выводах с 14 по 19.

I2C (Inter-Integrated Circuit) – межсхемная шина последовательной передачи данных. В протоколе задействовано два контакта SDA (Serial Data) и SCL (Serial Clock). В платах УНО под шину выделены контакты A4 и A5, а также пара контактов у USB разъема. У MEGA и DUE, под IIC, выделены контакты 20 (SDA) и 21 (SCL). Протокол поддерживает передачу данных со скоростью до 100 кГц, а также параллельное подключение до 127 устройств.

SPI (Serial Peripheral Interface) – последовательный интерфейс присоединения периферийных устройств. Это четырёхпроводной протокол передачи данных. В нем задействованы контакты MISO (Master In Slave Out), MOSI (Master Out Slave In), SCK (Serial Clock) и SS (Slave Select). При чем так как SPI не поддерживает адресацию, то подключить можно только одно устройство. Однако есть решения для аппаратной поддержки протокола и увеличения числа подключенных устройств. На SPI выделены контакты 10, 11, 12 и 13, на ArduinoMEGA и ArduinoDUE – с 50 по 53. Также контакты дублируются отдельной 6-пиновой колодкой разъема ICSP

Распиновка платы Arduino UNO.
Распиновка платы Arduino MEGA.

USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина подключения периферийных устройств. Обмен данными через USB используется во многих устройствах и Ардуино-платы не являются исключением. Через порт USB передается питание для самой платы, а также данные для ее прошивки. За работу протокола USB отвечает: в оригинальных платах – микроконтроллер ATmega16U2, а в неоригинальных – контроллеры серии Ch440.

Arduino-контроллеры могут иметь как классические USB Type-B разъем, так и другие его модификации: Mini, Micro и даже Type-C.

Ардуино Нано с разъемом MiniUSB (слева), а также Ардуино УНО с разъемом USB type-B (справа).

Преимущества платформы

Ардуино-совместимые микрокомпьютеры обладают следующими преимуществами:

  • невысокая цена;
  • возможность самостоятельной сборки;
  • универсальность и модульность;
  • доступность для непрофессионального пользователя;
  • большое количество информации в сети: обучающие ролики, обзоры, пошаговые инструкции;
  • множество сообществ, где можно получить ответы на интересующие вопросы;
  • наличие дополнительного оснащения (периферии): кнопки, датчики, индикаторы и дисплеи, а также другие устройства и аксессуары, обеспечивающие взаимодействие контроллера с окружающим миром;
  • простой процесс разработки системы и ее отладки;
  • множество универсальных стартовых наборов и роботизированных конструкторов.

Сравнение

Модельный ряд контроллеров очень разнообразен, но все же из их множества можно выделить пять классических: DUO, Mega, UNO, Nano, Micro, а также ряд специализированных. Давайте взглянем на их различия. А в качестве «эталона» будем отталкиваться от характеристик Ардуино УНО приведенных в таблице ниже.

МК Тактовая частота Flash-память ОЗУ ПЗУ Рабочее напряжение Цифровые выходы Выходы с ШИМ Аналог. выходы Размер
ATmega328P 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 5 В 14 6
6 		69х54 мм

Arduino UNO R3 (ATMEGA16U2 + MEGA328P) имеет 14 цифровых входов/выходов, 6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ, а также есть 6 аналоговых выходов.

В данной плате применяется чип Atmega16U2, который позволяет превратить плату в любое USB-устройство: от мышки до внешнего диска.

Питание подается по USB или от внешнего источника питания, в качестве которого может использоваться аккумуляторная батарея или сетевой АС/DC-адаптер. Рекомендуется источник питания с напряжением в диапазоне 7-12 В. Объем флеш-памяти составляет 32 КБ.

Контроллер может быть присоединен к компьютеру, другой плате или к другому микроконтроллеру. Для этого он оснащен всем необходимым.

Обратите внимание, что запрещается превышать допустимые величины силы тока! Для одного любого вывода ток не должен быть более 40 мА. Ток для одной группы выводов не может быть более 100 мА. Ток для всего микроконтроллера не должен превышать 200 мА.

Arduino UNO или Mega

Если в классической УНО задействован микроконтроллер ATmega328P, то в Меге его старший брат – ATmega2560. МК отличается увеличенной памятью: флэш-память – 256 КБ, ОЗУ – 8 КБ, ПЗУ – 4 КБ, а также существенно большим числом входов/выходов: 54 цифровых (из них 15 с ШИМ (широтно-импульсная модуляция)), а также 16 аналоговых. За счет большего числа контактов плата на 50% длиннее (102 х 54 мм).

Сравнение моделей UNO и Mega.

Микроконтроллер включает в себя загрузчик, который облегчает установку новых программ без использования дополнительных программаторов. Работа с платой начинается с ее подключения к компьютеру посредством USB-кабеля, а, нажав на кнопку перезагрузки, вы сможете перезагрузить систему в случае непредвиденного сбоя.

Arduino Due

Due – это ТОП версия среди всей линейки классических плат. В этой модели используется микропроцессор SAM3X на основе ARM ядра Cortex-M3. Он имеет рабочую частоту в 84 МГц, флеш-память на 512 КБ и ОЗУ на 96 КБ. Плата имеет аналогичный Mega-версии размер и столько же цифровых пинов, 12 из которых могут использоваться как выходы с ШИМ. Аналоговых контактов – 12 шт.

Отличительной характеристикой DUE является ее питание. Оно составляет всего 3,3 В, что требует особого внимания при подборе периферийных устройств. Размеры Due аналогичны УНО.

Плата Ардуино Due.

Arduino Nano vs Pro mini

Нано и Про Мини – две компактные версии для разработки миниатюрных устройств. Их размеры и вес позволяют создавать компактные и автономные DIY устройства.

Ардуино Нано имеет размер 18 х 43 мм и аналогичные UNO характеристики по числу входов/выходов, а также объему памяти. Также существует версия Nano на базе ATMega168P. Она имеет аналогичные ATMega328P характеристики, но урезанную в 2 раза память. За счет меньшего объема памяти, платы на основе ATMega168 дешевле примерно на 30%.

На плате расположен стабилизатор 5 В и загрузчик, позволяющий платформе перепрошивать саму себя. Можно не использовать загрузчик, а запрограммировать микроконтроллер через ICSP-выводы. Кнопкой RESET производится перезагрузка в случае непредвиденного сбоя. Плата подключается к компьютеру через miniUSB-кабель.

Arduino Pro Mini имеет еще более компактные размеры – 18 х 33 мм. Чтобы достичь этого, пришлось отказаться от контроллера шины USB. Поэтому для загрузки кода программы в Про Мини требуется внешний UART-контроллер (программатор). Pro mini питается через кабель FTDI или от источников питания через имеющиеся выходы (Vcc/RAW).

Платы микроконтроллеров: Nano (слева) и Pro Mini (справа).

Leonardo

Leonardo внешне выглядит как классическая UNO. Но так ли это на самом деле? Чем отличается классическая Arduino UNO от Arduino Leonardo? Давайте разбираться в этом.

Во-первых, типом используемого микроконтроллера. На Леонардо установлен ATMEGA32U4. Его отличительной особенностью является наличие встроенного USB контроллера.

Во-вторых, у платы 20 цифровых входов / выходов, что на 6 больше, чем у классической УНО, а также на четыре больше аналоговых (12 входов / выходов).

В-третьих, полностью переработана схематика платы. Это связано и с меньшими размерами основного МК и с отказом от внешнего UART-контроллера.

В-четвертых, заменен USB вход с типа-А на более популярный MicroUSB.

В-пятых, Leonardo длиннее на 5 мм.

При всем при этом, расположение контактов аналогично, что позволяет использовать на Леонардо любые шилды, совместимые с Уно.

Программируемый контроллер Leonardo R3.

Arduino-совместимые контроллеры

Аналоги Ардуино получили широкое распространение по всему миру. Их не стоит бояться или специально игнорировать. Основной причиной популярности таких устройств является цена. Она минимум в пять раз ниже чем у оригинального устройства. Причинами этого является:

  • оптимизация электрической схемы;
  • дешевое производство;
  • низкая стоимость комплектующих;
  • массовое поточное производство.
Arduino-совместимая XTWduino UNO R3 (слева) и оригинальная Arduino (справа).

Часто не специалисту сложно различить оригинальную модель и аналог. Это и не удивительно – китайское производство находится на очень высоком уровне. Поэтому вы не столкнетесь с проблемами подключения, программирования или эксплуатации устройства. Даже расположение и последовательность пинов не отличается. Это позволяет, при необходимости, легко заменить оригинальную плату производителя на аналог и обратно.

Аналоги DUE и MEGA: платы DDcduino DUE 2012 R3 (слева), а также DDcduino MEGA2560 R3 (справа).Аналоги Pro mini и Nano: платы DDcduino Pro mini (слева) и DDcduino Nano V3.0 (справа).Платы LY-F2 (слева) и ZYduino UNO R3 (справа).

Специализированные модели

Для управления роботизированными устройствами необходимы специальные модули-драйверы. Однако они существенно увеличивают габариты и перекрывают доступ к другим разъемам. Поэтому были разработаны специализированные контроллеры с выходами для подключения шаговых двигателей, например, серия UNO PRO. Старшая модель этой серии также оснащена встроенным Bluetooth модулем для дистанционного управления.

Специализированные контроллеры UNO PRO 2M (слева) и UNO PRO 4M (справа).

Микроконтроллеры ESP

Микрокомпьютеры на базе ESP – следующий уровень проектирования устройств. Плата-контроллер строится на базе процессоров ESP8266 с частотой 80 МГц или ESP32 имеющей рабочие частоты от 80 до 240 МГц. Микрочипы ESP имеют встроенный модуль Bluetooth, увеличенную флеш-память, а также другой дополнительный функционал.

Программирование их может осуществляться аналогично Arduino-платам, через специализированную IDE. При этом, ряд моделей имеют типоразмер и распиновку, схожую с устройствами, построенными на базе чипов ATmega.

Платы-контроллеры на базе: ESP D1 UNO R3 (слева) и D1 R32 (справа).

Порядок работы и первые шаги

Подключение Arduino

Управление и обмен данными с Ардуино осуществляется через последовательный (serial) порт, он же – разъем USB. Контроллер подключается к компьютеру с помощью обычного USB-кабеля. При этом на нем загораются светодиодные индикаторы, свидетельствующие о подаче питания и начальном обмене данных.

Подключенный Ардуино-контроллер с «горящими» светодиодами.

Windows может сразу не обнаружить ваше устройство. В этом случае следует предварительно установить драйверы. Они могут идти в комплекте к плате (на компакт-диске) или же можно скачать их по первой попавшейся ссылке из поисковика. Также драйвер установится в процессе инсталляции среды программирования.

Программирование

Для программирования Ардуино-совместимого контроллера необходима интегрированная среда разработки (IDE – Integrated Development Environment). Чаще всего используется ArduinoIDE. Данная среда поддерживает множество как оригинальных, так и неоригинальных плат, является бесплатной, а также непрерывно совершенствуется разработчиками. Помимо ArduinoIDE, есть и другое программное обеспечение (ПО), например, Scratch, Snap4Arduino, XOD, Ardublock, mBlock, а также другие.

Окно интегрированной среды разработки ArduinoIDE.

На данный момент актуальная версия среды ArduinoIDE – 2.0.0. Перед скачиванием можно выбрать операционную среду (Windows, Linux или macOS), а также ее разрядность. После того как файл будет скачен, запустите его и следуйте рекомендациям установщика.

Чтобы начать работать с платой «Arduino», при первом запуске программы, необходимо выбрать модель программируемого контролера, с которым будет производиться работа, например, «Arduino UNO». После этого можно начать написание проекта.

ArduinoIDE. Выбор модели платы.

Среда программирования уже имеет базу типовых программ (скетчей) с подробным описанием работы. Для этого можно воспользоваться вкладкой «Примеры» и выбрать подходящий скетч. После выбора, то откроется программный код, который в случае необходимости можно проверить на ошибки, отредактировать или дополнить.

ArduinoIDE. Выбор скетча из базы примеров.

После проверки и компиляции программный код загружается на контроллер, на котором загораются светодиодные индикаторы, свидетельствующие об исправной работе платы.

Документация

Если нужно найти техническую документацию на программируемый контроллер, то это можно сделать на официальном сайте компании https://www.arduino.cc/. Для этого достаточно зайти во вкладку «Product» и выбрать нужную модель контроллера. На сайте документация представлена в полном объеме, включая электрические схемы, что позволяет разобраться, в функционировании контроллера, а также назначении тех или иных контактов.

Примеры решений и техническую помощь нужно искать на специализированных форумах. Найти их несложно через любую поисковую систему.

Какая Arduino лучше?

Можно точно сказать, что для начинающих конструкторов лучшим решением всегда будет плата Arduino UNO. Несмотря на то, что она считается одной из самых бюджетных, ее функционал достаточен для реализации большинства проектов. UNO входит во многие наборы конструкторов, позволяющих легко приступить к изучению принципов электроники и основ робототехники. УНО абсолютно стандартная, а также одна из самых популярных плат, можно сказать, что она является «лицом» компании «Arduino».

Контроллер на ATMega328P Ардуино УНО.

Выбирая модель, прежде всего, следует обратить внимание на технические характеристики, а именно:

  • на базе какого микроконтроллера создана плата. От этого будет зависеть скорость ее работы и производительность;
  • номиналы входного и выходного напряжения платы влияют на возможность присоединения модулей;
  • количество и вид входов/выходов на прямую влияет на количество присоединяемых устройств;
  • объем флеш-памяти важен при написании больших программ и обработке массива данных;
  • размер платы актуален при конструировании миниатюрных проектов.

Таблица сравнения плат Ардуино

Для большего удобства выбора мы свели основные характеристики контроллеров, предлагаемых нашей компанией, в единую таблицу. Надеемся, она поможет вам с выбором необходимого устройства.

Наименование Микроконтроллер Рабочая частота Флэш память Объём ОЗУ Объём ПЗУ U раб U пит Цифровые входы/выходы
DDcduino DUE 2012 R3 AT91SAM3X8EA 84 МГц 512 КБ 96 КБ - 3,3 В 7-12 В 54
DDcduino MEGA2560 R3 ATMEGA2560-16AU 16 МГц 256 КБ 8 КБ 4 КБ 5 В 6-20 В 54
UNO PRO M4 ATMEGA328P 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 3,3/5 В 3-12 В 14
LY-F2 ATmega328 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 5 В 7-9 В 14
UNO PRO 2M ATMEGA328P 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 3,3/5 В 3-12 В 14
DDcduino Nano V3. 0 ATMEGA328P-AU 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 5 В 7-12 В 14
UNO R3 ATmega328 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 5 В 7-12 В 14
Leonardo R3 ATMEGA32U4 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 5 В 7-12 В 20
Arduino Nano V3. 0 ATMEGA328P-AU 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 5 В 7-12 В 14
XTWduino UNO R3 ATmega328 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 5 В 5-9 В 14
DDcduino Pro mini ATmega328P 16 МГц 16 КБ 1 КБ 0,5 КБ 5 В 5-12 В 14
Pro mini ATMEGA168P 16 МГц 16 КБ 1 КБ 0,5 КБ 5 В 5-12 В 14
Nano V3. 0 ATMEGA168P 16 МГц 16 КБ 1 КБ 0,5 КБ 5 В 5-12 В 14
ZYduino UNO R3 ATmega328 16 МГц 32 КБ 2 КБ 1 КБ 5 В 7-9 В 14


Arduino Uno R3. Распиновка, питание и подключение

Arduino Uno — это базовая и самая популярная версия платы микроконтроллеров. С ней очень удобно работать благодаря тому, что пины распаяны однорядными коннекторами типа «мама». Обычно эту плату используют для прототипирования проектов, а собирают готовое устройство на базе более мелких плат ардуино, таких как Arduino Nano. Это легко сделать так как прошивки совместимы и в большинстве случаев номера пинов не отличаются. Для Arduino Uno существует множество плат расширения (шилдов), таких как Ethernet shield, motor shield, servo shield и другие.

Эта ардуинка бывает в двух разных вариантах: DIP и SMD. Отличаются они тем, что сам микроконтроллер может быть DIP исполнения (прямоугольный и ножками) и вставлен в колодку, или просто распаян на плате если это SMD версия (квадратный). Отличий в производительности, назначении пинов или их количестве в этих версиях нет.

На плате Arduino Uno R3 установлены: контроллер ATmega328P с тактовой частотой 16 МГц, порт USB, разъем питания, кварцевый резонатор, стабилизаторы напряжения на 5 вольт и на 3.3 вольта, светодиоды и кнопка перезагрузки.

Расположение основных элементов на плате Arduino UNO R3

Распиновка (pinout) Arduino Uno R3

Распиновка Arduino Uno
Обозначение на платеОбозначение в прошивкеВозможности пина
RX ◀ 00Цифровой ввод/вывод, Serial RX
TX ▶ 11Цифровой ввод/вывод, Serial TX
22Цифровой ввод/вывод
~33Цифровой ввод/вывод, ШИМ
44Цифровой ввод/вывод
~55Цифровой ввод/вывод, ШИМ
~66Цифровой ввод/вывод, ШИМ
77Цифровой ввод/вывод
88Цифровой ввод/вывод
~99Цифровой ввод/вывод, ШИМ
~1010Цифровой ввод/вывод, ШИМ, SPI SS
~1111Цифровой ввод/вывод, ШИМ, SPI MOSI
1212Цифровой ввод/вывод, SPI MISO
1313Цифровой ввод/вывод, SPI SCK
GNDЗемля или V-
AREFПин опорного напряжения
SDAA4 или 18Аналоговый пин с 8-ми битным АЦП, I2C SDA
SCLA5 или 19Аналоговый пин с 8-ми битным АЦП, I2C SCL
Зарезервированный пин
5V5 В или V+
RESПин перезагрузки
3. 3V3.3 В
5V5 В или V+
GNDЗемля или V-
GNDЗемля или V-
VINПин питания соединен с + разъема питания
A0A0 или 14Аналоговый пин с 8-ми битным АЦП
A1A1 или 15Аналоговый пин с 8-ми битным АЦП
A2A2 или 16Аналоговый пин с 8-ми битным АЦП
A3A3 или 17Аналоговый пин с 8-ми битным АЦП
A4A4 или 18Аналоговый пин с 8-ми битным АЦП, I2C SDA
A5A5 или 19Аналоговый пин с 8-ми битным АЦП, I2C SCL
Распиновка Arduino Uno R3 с описанием пинов

Характеристики ардуино уно

  • Микроконтроллер: ATmega328P
  • Диапазон допустимого напряжения питания: 5-20 В
  • Рекомендуемое напряжение питания: 7-12 В
  • Количество цифровых вводов/выводов: 14
  • ШИМ: 6 цифровых пинов могут быть использованы как выводы ШИМ
  • Количество аналоговых выводов: 6
  • Максимальная сила тока: 40 mAh с одного вывода и 500 mAh со всех выводов.
  • Flash память: 32 кб
  • SRAM: 2 кб
  • EEPROM: 1 кб
  • Тактовая частота: 16 МГц

Подключение Arduino Uno к питанию

Эту плату можно питать четырьмя способами:

  1. Через порт USB. Можно питать ардуино от компьютера, powerbank, смартфона (если он поддерживает режим OTG) или от адаптера, вставленного в розетку.
  2. Через пин +5V. Этот пин является не только выводом, но и вводом. Будьте внимательны! На этот пин нужно подавать ровно 5 вольт. В противном случае можно спалить сам микроконтроллер.
  3. Через штекер питания, расположенный на плате. Можно использовать, батарейки, аккумуляторы и разнообразные блоки питания. Этот штекер подключен к пину VIN. О напряжении и мерах предосторожности написано в следующем пункте.
  4. Через пин VIN. Ток от этого пина проходит через встроенный стабилизатор напряжения. По заявлениям производителя можно подавать от 5 до 20 вольт. Но это не совсем так. Так как стабилизатор имеет не 100% КПД, то при подаче 5 вольт на пин VIN напряжения может не хватить на питание микроконтроллера, да и на цифровых пинах будет не 5 вольт, а меньше. Также не стоит работать на максимальном напряжении. При 20 вольтах на пине VIN будет сильно греться стабилизатор напряжения, вплоть до выхода из строя. Поэтому рекомендуется использовать напряжение от 7 до 12 вольт.

Как уже было написано выше, плата имеет 14 цифровых пинов. На плате они помечены с ведущей буквой «D» (digital или цифровой). Они могут быть как входом так и выходом. Рабочее напряжение этих пинов составляет 5 В. Каждый из них имеет подтягивающий резистор и поданное на один из этих пинов напряжения ниже 5 вольт все равно будет считаться как 5 вольт (логическая единица).

Аналоговые пины на плате помечены ведущей «A». Эти пины являются входами и не имеют подтягивающих резисторов. Они измеряют поступающее на них напряжение и возвращают значение от 0 до 1024 при использовании функции analogRead(). Эти пины измеряют напряжение с точностью до 0,005 В.

Работа с arduino uno в windows 10

Данная плата имеет разъем USB type B для подключения к компьютеру. Обратите внимание, что платы от китайских производителей имеют микросхему Ch440 для связи по usb. По умолчанию Windows 10 может не иметь подходящего драйвера, так что вам придется скачать и установить его самостоятельно. Описание драйвера и ссылки на скачивание вы найдете в статье «драйвер Ch440».

Для дальнейшей работы с Arduino uno в Windows 10 вам понадобится программа Arduino IDE. Эта программа поможет вам писать скетчи (прошивки), исправлять ошибки и прошивать вашу плату. Вы можете использовать и другое ПО, если в нем есть поддержка работы с синтаксисом ардуино и COM портами. Я подробно рассказал как скачать, установить и пользоваться Arduino IDE, так что у вас не должно возникнуть проблем с этим.

Физические характеристики

Arduino Uno имеет следующие размеры: длина 69 мм и ширина 53 мм. Однако разъем питания и разъем USB немного выпирают за пределы печатной платы. Arduino Uno весит около 25 грамм. Плата имеет 4 отверстия для возможности ее закрепления на поверхности. Расстояние между выводами равняется 2,5 мм, кроме выводов 7 и 8. Между ними 4 мм.

Принципиальная схема

Принципиальная схема Ардуино Уно

Монтажная схема

Монтажная схема Arduino Uno

Обзор компонентов Arduino UNO | Документация по Arduino

Подробный обзор классической платы Arduino UNO.

АВТОР: Arduino

Глядя на плату сверху вниз, это схематичное изображение того, что вы увидите (части платы, с которыми вы можете взаимодействовать в ходе обычного использования, выделены):

Ардуино УНО.

Начиная по часовой стрелке от верхнего центра:

  • Аналоговый эталонный контакт (оранжевый)
  • Цифровая земля (светло-зеленый)
  • Цифровые контакты 2–13 (зеленый)
  • Цифровые контакты 0–1/Последовательный вход/выход — TX/RX (темно-зеленый) — Эти контакты нельзя использовать для цифрового ввода/вывода (digitalRead и digitalWrite), если вы также используете последовательную связь (например, Serial. begin).
  • Кнопка сброса — S1 (темно-синяя)
  • Встроенный последовательный программатор (сине-зеленый)
  • Аналоговые входы, контакты 0-5 (голубой)
  • Контакты питания и заземления (питание: оранжевый, заземление: светло-оранжевый)
  • Вход внешнего источника питания (9–12 В пост. тока) — X1 (розовый)
  • Переключает внешнее питание и питание USB (установите перемычку на два контакта, ближайших к нужному источнику питания) — SV1 (фиолетовый)
  • USB (используется для загрузки скетчей на плату и для последовательной связи между платой и компьютером; может использоваться для питания платы) (желтый)

Микроконтроллеры

ATmega328P (используется на самых последних платах)

  • Контакты цифрового ввода/вывода: 14 (из которых 6 обеспечить выход ШИМ)
  • Контакты аналоговых входов: 6 (DIP) или 8 (SMD)
  • Ток постоянного тока на контакт ввода/вывода: 40 мА
  • Флэш-память: 32 КБ
  • SRAM: 2 КБ
  • EEPROM: 1 КБ mega
    2 AT
  • 02 (используется в большинстве плат Arduino Diecimila и ранних версиях Duemilanove)

    • Контакты цифрового ввода/вывода: 14 (из которых 6 обеспечивают выход ШИМ)
    • Контакты аналогового ввода: 6 (DIP) или 8 (SMD)
    • Ток постоянного тока на I Контакт /O: 40 мА
    • Флэш-память 16 КБ:
    • SRAM: 1 КБ
    • EEPROM: 512 байт

    ATmega8 (используется на некоторых старых платах)

    • Цифровые контакты ввода/вывода: 14 (из них 3 обеспечивают выход PWM)
    • Аналоговые входы: 6
    • Ток постоянного тока на контакт ввода/вывода: 40 мА
    • Флэш-память: 8 КБ
    • SRAM: 1 КБ
    • EEPROM: 512 байт

    Цифровые контакты

    вывод с помощью команд pinMode(), digitalRead() и digitalWrite(). Каждый вывод имеет внутренний подтягивающий резистор, который можно включать и выключать с помощью функции digitalWrite() (со значением HIGH или LOW соответственно), когда вывод сконфигурирован как вход. Максимальный ток на вывод составляет 40 мА.

    • Серийный номер: 0 (RX) и 1 (TX). Используется для приема (RX) и передачи (TX) последовательных данных TTL. На плате Arduino Diecimila эти контакты подключены к соответствующим контактам последовательного чипа FTDI USB-to-TTL. На Arduino BT они подключены к соответствующим контактам модуля Bluetooth® WT11. На Arduino Mini и LilyPad Arduino они предназначены для использования с внешним последовательным модулем TTL (например, с адаптером Mini-USB).
    • Внешние прерывания: 2 и 3. Эти контакты могут быть сконфигурированы для запуска прерывания по низкому значению, переднему или заднему фронту или изменению значения. Подробности смотрите в описании функции attachInterrupt().
    • ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10 и 11. Обеспечьте 8-битный вывод ШИМ с помощью функции AnalogWrite(). На платах с ATmega8 выход ШИМ доступен только на контактах 9, 10 и 11.
    • Сброс BT: 7. (только для Arduino BT) Подключен к линии сброса модуля Bluetooth®.
    • SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Эти контакты поддерживают связь SPI, которая, хотя и обеспечивается базовым оборудованием, в настоящее время не включена в язык Arduino.
    • Светодиод: 13. На Diecimila и LilyPad есть встроенный светодиод, подключенный к цифровому контакту 13. Когда контакт имеет ВЫСОКОЕ значение, светодиод горит, когда контакт НИЗКИЙ, он выключен.

    Аналоговые контакты

    В дополнение к конкретным функциям, перечисленным ниже, аналоговые входные контакты поддерживают 10-разрядное аналого-цифровое преобразование (АЦП) с использованием функции AnalogRead(). Большинство аналоговых входов также можно использовать как цифровые контакты: аналоговый вход 0 — как цифровой контакт 14, аналоговый вход 5 — как цифровой контакт 19. Аналоговые входы 6 и 7 (присутствующие на Mini и BT) не могут использоваться как цифровые контакты.

    • I2C: 4 (SDA) и 5 ​​(SCL). Поддержка связи I2C (TWI) с использованием библиотеки Wire (документация на веб-сайте Wiring).

    Контакты питания

    • VIN (иногда обозначается как «9V»). Входное напряжение платы Arduino при использовании внешнего источника питания (в отличие от 5 вольт от USB-подключения или другого регулируемого источника питания). Вы можете подавать напряжение через этот контакт или, если подаете напряжение через разъем питания, получить к нему доступ через этот контакт. Обратите внимание, что разные платы принимают разные диапазоны входного напряжения, см. документацию к вашей плате. Также обратите внимание, что LilyPad не имеет контакта VIN и принимает только регулируемый вход.
    • 5В. Регулируемый источник питания, используемый для питания микроконтроллера и других компонентов на плате. Это может происходить либо от VIN через встроенный регулятор, либо от USB или другого регулируемого источника питания 5 В.
    • 3В3. (Только для Diecimila) Питание 3,3 В, генерируемое встроенной микросхемой FTDI.
    • Земля. Заземляющие штифты.

    Другие контакты

    • AREF. Опорное напряжение для аналоговых входов. Используется с AnalogReference().
    • Сброс. (Только для Diecimila) Установите на этой линии НИЗКИЙ уровень для сброса микроконтроллера. Обычно используется для добавления кнопки сброса к экранам, которые блокируют кнопку на плате.

    Внесите свой вклад в Arduino

    Присоединяйтесь к сообществу и предлагайте улучшения к этой статье через GitHub. Обязательно ознакомьтесь с политикой участия, прежде чем делать запрос на включение.
    ПОДДЕРЖИТЕ

    Что-то упустили?

    Загляните в наш магазин и купите то, что вам нужно, чтобы следовать этому руководству.
    ПОСЕТИТЕ НАШ МАГАЗИН

    Предложите изменения

    Содержимое docs.arduino.cc размещено в общедоступном репозитории GitHub. Вы можете прочитать больше о том, как внести свой вклад в политику взносов.
    РЕДАКТИРОВАНИЕ ЭТОЙ СТРАНИЦЫ

    Что такое аппаратная плата Arduino Uno? Все, что вам нужно знать о Arduino Hardware

    Arduino, вероятно, первое, что приходит на ум большинству любителей и студентов, когда они думают о встраиваемых системах. Он, безусловно, завоевал свое имя в сообществе электроники. Простая в использовании среда программирования и обширная поддержка интернет-сообщества сделали его лучшим выбором для всех, кто хочет создавать крутые проекты в области электроники. Он дешевле, прост в использовании и легко доступен везде.

    Итак, давайте поговорим о Что такое Arduino? ; Проще говоря, Arduino — это платформа для разработки встраиваемых систем, состоящая как из аппаратной, так и из программной части. Давайте посмотрим на аппаратную часть. Как мы знаем, как и любая другая плата для разработки, Arduino также состоит из множества основных компонентов. В этой статье мы обсудим, что представляют собой эти основные компоненты или части платы Arduino . Эта статья полностью посвящена Arduino UNO. Если вы хотите узнать о других вариантах, вы можете ознакомиться с нашей предыдущей статьей о различных типах плат Arduino, где мы сравнили все популярные платы Arduino и их спецификации.

    Arduino — проектирование оборудования

    Что такое оборудование Arduino? Это микроконтроллер, смонтированный на печатной плате, который можно запрограммировать и использовать для выполнения простых повседневных задач, математических расчетов, создания прототипов и тестирования. Отладочная плата Arduino состоит из основного микроконтроллера с его дополнительными компонентами и необходимой схемой для связи с ПК, которую мы будем использовать как для связи, так и для программирования микроконтроллера. Для связи или программирования мы будем использовать Преобразователь USB в TTL , который будет встроен в плату Arduino. Итак, если мы посмотрим на плату Arduino на блочном уровне, она будет выглядеть так.

    На приведенной выше блок-схеме Arduino показаны важные модули на плате Arduino UNO. Когда вы думаете о плате Arduino, первое, что приходит вам на ум, — это Arduino UNO или Arduino Nano. Это потому, что они являются самой популярной доской среди сообщества. Это не означает, что Arduino ограничен возможностями Чип ATMEGA328 . Доступно множество вариантов плат с совершенно другим набором функций, таких как разные микроконтроллеры, компоновка, количество портов ввода-вывода и т. д. Мы возьмем Arduino UNO в качестве примера и обсудим каждый компонент в нем.

    Компоненты на плате Arduino UNO — что они делают?

    Давайте посмотрим на основные части или компонентов Arduino UNO . Это будет варьироваться от платы к плате, в зависимости от используемого контроллера и функций. Здесь мы рассмотрим Arduino Uno в качестве примера. Я отметил основные компоненты/детали UNO на изображении ниже.

    В плате UNO основным компонентом является ATMega328P . Это сердце Arduino UNO. Рядом с микроконтроллером вы можете увидеть резонатор 16 МГц, который даст ATMega328P тактовый сигнал для работы. Рядом с ним вы также можете увидеть соединитель с именем ICSP. Он используется для записи загрузчика Arduino в чип. И вы также можете увидеть контакты заголовка для ввода-вывода.

    Если посмотреть на другую сторону платы, то можно увидеть еще один микроконтроллер в корпусе QFN. это ATMega16U и используется как преобразователь USB-TTL. Рядом с ним будет кристалл и порт ICSP для записи прошивки. Рядом с ним будет кнопка сброса, которая сбросит ATMega328P.

    С левой стороны вы можете увидеть порт USB и гнездо постоянного тока. Вы можете питать Arduino либо через USB-порт, либо через гнездо. Гнездо бочонка принимает диапазон напряжения 7-12V. А рядом с бочкообразным гнездом можно найти два регулятора напряжения. Один на 5В, другой на 3.3В. Давайте проверим каждый компонент.

    Разъем USB — B

    Разъем USB на UNO выполняет две функции. Один предназначен для связи, для соединения с компьютером через порт USB, а также для загрузки прошивки в Arduino с помощью загрузчика. Во-вторых, для питания Arduino. Вы можете использовать USB-порт для питания Uno напрямую от любого USB-порта.

    Контакты ISCP

    В UNO вы можете найти два 6-контактных разъема. Один рядом с чипом USB-TTL, а другой на конце платы. Эти контакты используются для программирования этих двух микроконтроллеров. Микросхема USB-TTL на этой плате — ATMgega16U. Разъем, помеченный цифрой 1, используется для программирования прошивки USB-TTL в этот чип. А разъем, обозначенный цифрой 2, используется для записи загрузчика в микроконтроллер ATMega328.

    Кнопка сброса

    Как следует из названия, этот тактильный переключатель используется для сброса микроконтроллера ATMega328. Он подключен к контакту PC6/Reset, который подтягивается через 10K. Когда переключатель нажат, штифт притягивается к земле, и микросхема сбрасывается.

    Чип интерфейса USB-TTL

    Для связи с компьютером Arduino использует интерфейс USB-TTL. В UNO ATMega16U с кастомной прошивкой работает как микросхема интерфейса USB-TTL.

    Кварцевый осциллятор/керамический резонатор

    Для работы микроконтроллера необходим источник тактового сигнала. Тактовая схема определяет скорость, с которой работает микроконтроллер. Сколько инструкций в секунду он будет выполнять, зависит от тактовой частоты. Микроконтроллеры серии ATMega могут использовать два типа источников синхронизации. Один из них — это внутренний RC-генератор, который уже встроен в микроконтроллер. Но недостатком использования внутреннего генератора является то, что его максимальная частота ограничена, и он не так точен. Здесь на помощь приходит второй вариант, т. е. использование внешнего тактового генератора. В этом случае мы будем использовать для этой цели кварцевый резонатор или керамический резонатор. На картинке ниже вы можете видеть, что отмечены два компонента. Первый представляет собой кварцевый генератор с частотой 16 МГц, используемый для микросхемы ATMega16U2, а второй представляет собой резонатор с частотой 16 МГц, используемый для микроконтроллера ATMega328P.

    Power Path control

    Если вы осмотрите UNO, вы можете найти LM358. Вы можете подумать, какова его роль здесь. Он используется в качестве компаратора для управления трактом входной мощности. Когда входная мощность подается через гнездо цилиндра или штырь Vin, схема управления цепью питания отключит штырь питания USB от цепи, которая фактически защитит порт USB.

    Регулятор напряжения

    Максимальное входное напряжение ATMega328 и ATmega16U2 составляет около 5 В, а большинство модулей и аксессуаров работают от 5 В или 3,3 В. Arduino может принимать 7–12 В через контакт Vin или штекерное гнездо постоянного тока. Итак, чтобы уменьшить его, на борту есть два регулятора. Один – регулятор на 5 В (обозначен цифрой 1) для микроконтроллеров, а другой – регулятор на 3,3 В, который используется для подачи сигналов от 3,3 В до 3,3 В.

    Цилиндрический разъем постоянного тока

    Цилиндрический разъем постоянного тока используется для подачи питания на UNO. Мы можем подавать через него 7-12 В, и, следовательно, мы можем использовать адаптер постоянного тока 12 В или адаптер постоянного тока 9 В на этом разъеме для питания платы Arduino.

    Цифровой и аналоговый ввод/вывод

    Arduino UNO имеет 14 цифровых контактов ввода/вывода и 6 аналоговых входов. Контакты цифрового ввода/вывода имеют логический уровень 5 В, и вы также можете использовать аналоговые контакты в качестве цифрового ввода/вывода. Arduino UNO поддерживает 6-канальные 10-битные входы АЦП через A0-A5, которые можно сэмплировать и анализировать с помощью UNO.

    Светодиоды состояния и встроенный светодиод

    Uno имеет 4 встроенных светодиода. Один используется в качестве индикатора питания, а два используются для отображения активности контактов Rx и Tx. Другой привязан к цифровому выводу 13, который можно использовать для тестирования платы Arduino или просто в качестве индикатора.

    ATMega328P — Мозг

    И последний, но не менее важный компонент платы Arduino — микроконтроллер ATMega328P. UNO использует 28-контактную DIP-версию ATMega328P. Atmega328P предварительно запрограммирован загрузчиком, который позволяет напрямую загружать программу в Arduino через USB без необходимости использования внешнего программатора.

    Схема Arduino UNO

    Теперь давайте посмотрим на схему Arduino UNO . На приведенной ниже принципиальной схеме четко показано, как различные компоненты подключаются к плате Arduino UNO.

    Вот силовая часть схемы, в которой вы можете найти цилиндрический разъем постоянного тока для входа питания, регуляторы 5 В и 3,3 В, а также цепь управления цепью питания вокруг схемы компаратора LM358.

    Регулятор 5 В — это NCP1117ST50T3G, и Vin этого регулятора подключается через вход постоянного тока через диод M7, который действует как защита от обратной полярности. Выход регулятора 5 В подключен к остальной части цепи 5 В в цепи, а также ко входу регулятора 3,3 В, LP2985-33DBVR.

    Другим источником 5 В является контакт VCC USB, который подключен к стоку FDN340P, P-канального МОП-транзистора, а источник подключен к сети 5 В. Затвор транзистора подключен к выходу операционного усилителя LMV358, используемого в качестве компаратора. Сравнение между 3V3 и Vin/2. Когда Vin / 2 больше, это приведет к высокому выходному сигналу компаратора, а P-канальный полевой МОП-транзистор выключен. Если Vin не применяется, V+ компаратора подтягивается к GND, а Vout имеет низкий уровень, так что транзистор включен, а USB VCC подключен к 5 В.

    Вот дерево питания Arduino UNO

    Теперь давайте посмотрим на раздел USB-TTL. Как мы обсуждали ранее, основным компонентом здесь является микроконтроллер ATMega16U2. С точки зрения электронного проектирования этот раздел аналогичен разделу, посвященному микроконтроллерам. Этот микроконтроллер имеет разъем ICSP, внешний кристалл с нагрузочными конденсаторами (CL) и конденсатор фильтра Vcc.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *