Характеристики и строение Arduino Uno R3

В основе платы лежит процессор ATmega 328. Кроме него на плате находится модуль USB для связи с компьютером и прошивки. Этот модуль называется «USB-TTL преобразователь». На фирменных платах Arduino Uno для этой целей используется дополнительный микроконтроллер ATmega16U2.

Особенность этого чипа заключается в аппаратной поддержке USB, что позволяет организовывать связь без дополнительных преобразователей. В то время как ATmega328 не поддерживает такой функции, поэтому 16u2 выступает в роли преобразователя данных из USB в последовательный порт для МК AVR. В него залита программа для выполнения этой задачи.

Однако так происходит не всегда: в более мелких платах, таких как Arduino Nano, используют преобразователи уровней на базе различных микросхем, например FT232, CP21XX, Ch440g и подобных. Это решение является более дешевым и не требует прошивки дополнительного связывающего контроллера, как описано выше.

Интересно! Стоит отметить, что не всё так однозначно: DCcduino UNO r3 на ch440g. В ней как раз и использован более дешевый, чем в оригинале, вариант преобразователя USB-TTL.

На плате есть выход 3.3 В, он нужен для подключения периферии и некоторых датчиков, его пропускная способность по току равна 50 мА.

Микроконтроллер Arduino Uno содержит 32 кб флэш-памяти, из которой пользователю доступно 31.5 кб, потому как 0.5 занимает загрузчик. ОЗУ – 2 кб и 1 кб памяти EEPROM. АТМЕГА 328 работает на частоте 16 МГц. Она фиксирована кварцевым резонатором, который вы можете, по желанию, заменить, тем самым ускорив работу Uno r3.

Важно! После замены кварцевого резонатора функции, связанные со временем, такие как Delay, не будут соответствовать введенным значениям. Это функция задержки времени, по умолчанию её аргументом является требуемое время задержки в мс. Функция прописана в библиотеках Ардуино, с учетом стандартной тактовой частоты в 16 МГц. Поэтому после замены кварца заданное время не будет соответствовать написанному. Для этого нужно либо подбирать опытным путем и устанавливать зависимости, либо править файлы библиотек.

Как осуществляется питание платы?

Чтобы включить плату, нужно на неё подать питание либо от USB порта, можно прямо от ПК, либо от внешнего источника питания – от 7 до 15 Вольт. На плате установлен линейный стабилизатор, типа L7805, или же LDO. Он нужен для того, чтобы на микроконтроллер подавалось стабилизированное напряжение 5 В.

При этом приоритетно выбирается внешний источник питания, а не ЮСБ-порт. Внешнее питание подключается к выводу с пометкой «Vin» в разделе Power на плате.

Расположение выводов (пинов) на плате

Разработчики платы Arduino очень удобно и логично расположили выводы платы. Дело в том, что при разработке на «чистых» МК АВР приходилось обращаться к выводу порта, для этого нужно было запомнить название каждой ножки на чипе. Здесь это гораздо проще. На самой плате указано название каждого из пинов. Удобства добавляет и то, что пины разбиты на 3 группы:

1. Digital – блок цифровых пинов.
2. Analog – блок аналоговых пинов.
3. Power – блок пинов, которые связаны с питанием и работой микросхемы.

При этом в разделе Digital пины, которые могут выдавать ШИМ (PWM)-сигнал, помечены тильдой «~». Для служебных целей и проверки работоспособности контроллера на плате установлен светодиод, который подключен к 13-му выводу, а из среды разработки Arduino IDE к нему можно обращаться через встроенную директиву LED_BUILTIN. Такие схемы расположения пинов называются «Arduino UNO pinout», при этом, вместо UNO, может быть указано название другой платы, которая вас интересует.

Микроконтроллер имеет 14 цифровых пинов, они могут быть использованы, как вход или выход. Из них 6 могут выдавать ШИМ-сигнал. Они нужны для регулировки мощности в нагрузке и других функций. Вызов ШИМ-сигнала осуществляется через команду AnalogWrite (номер ножки, значение от 0 до 255). Для работы с аналоговыми датчиками присутствует 6 аналоговых входов/выходов. Их тоже можно использовать, как цифровые.

Аналоговый сигнал обрабатывается 10 битным аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), а при чтении микроконтроллер выдаёт численное значение от 0 до 1024. Это равно максимальному значению, которое можно записать в 10 битах. Каждый из выводов способен выдать постоянный ток до 40 мА.

Работа Arduino в комплексе с другими системами

Самое первое, с чем вы можете познакомиться, даже без приобретения дополнительных устройств для разработки – это связь по последовательному порту. Он активируется по команде Serial.begin (скорость, например 9600). Подробно о каждой команде вы можете прочитать в обучающем разделе на официальном сайте проекта Arduino.ru. Вы можете обмениваться с компьютером информацией. Плата, в зависимости от программного кода, может вам присылать данные, а вы их, через монитор портов в Arduino IDE, можете читать.

Кроме последовательного порта, в ардуино UNO реализована поддержка таких интерфейсов:

Через них можно осуществлять «общение» между несколькими платами, а также подключать разную периферию: датчики и дисплеи.

Платы расширения Arduino Shields что это такое?

В магазинах, специализирующихся на робототехнике и микроконтроллерах, можно встретить слово «шилд». Это специальная плата, которая напоминает Arduino Uno. Совпадает она с ней не только по форме, но и по количеству выводов.

Шилд устанавливается в клеммные колодки, при этом часть их них задействуется под функции шилда, а другая часть остаётся свободной для использования в проекте. В результате вы можете получить такой себе многоэтажный «бутерброд» из плат, которые реализуют множество функций.

Одним из самых популярных является Arduino Ethernet Shield. Он нужен для связи с Ардуино по обычному сетевому кабелю, витой паре. На нём расположен разъём rj45.

С подобным шилдом можно управлять вашим микроконтроллером по сети через веб-интерфейс, а также считывать параметры с датчиков, не отрываясь от компьютера. Существуют проекты с использованием такого комплекта в домашнем облачном хранилище, с ограничением по скорости, всё-таки Атмега328 слабовата для таких задач, и для этого лучше подойдут одноплатные компьютеры типа Raspberry pi.

Как преодолеть аппаратные ограничения платформы Arduino?

Большинство распространённых плат имеют аналогичные характеристики, среди них:

• Uno;
• Nano;
• Pro mini;
• и подобные.

Но с развитием ваших навыков разработки в этой среде появляется проблема нехватки мощности и быстродействия этой платформы. Первым шагом для преодоления ограничений является использование языка C AVR.

С его помощью вы ускорите на порядок скорость обращения к портам, частоту ШИМ и размер кода. Если вам и этого недостаточно, то вы можете воспользоваться мощными моделями с аналогичным подходом к разработке. Для этого подойдёт плата Arduino Mega2560. Еще более мощная – модель Due. В противном случае вам стоит ознакомиться с разновидностями одноплатных компьютеров и STM микроконтроллеров.

Выводы

Ардуино – это открытый проект для изучения устройств цифровой электроники, его авторы поделились с миром печатными платами, принципиальными схемами и программным кодом загрузчика.

Это даёт возможность вам без труда повторить плату в домашних условиях, если вы энтузиаст или у вас нет возможности приобрести фирменный экземпляр.

arduinoplus.ru

Плата Arduino Uno — описание, схема, распиновка

Arduino Uno – плата от компании Arduino, построенная на микроконтроллере ATmega 328.

Плата имеет на борту 6 аналоговых входов, 14 цифровых выводов общего назначения (могут являться как входами, так и выходами), кварцевый генератор на 16 МГц, два разъема: силовой и USB, разъем ISCP для внутрисхемного программирования и кнопку горячей перезагрузки устройства. Для стабильной работы плату необходимо подключить к питанию либо через встроенный USB Разъем, либо подключив разъем питания к источнику от 7 до 12В. Через переходник питания плата также может работать и от батареи формата Крона.

Основное отличие платы от предыдущих – для взаимодействия по USB Arduino Uno использует отдельный микроконтроллер ATmega8U2. Прошлые версии Arduino использовали для этого микросхему программатора FTDI.

Несложно догадаться, что благодаря своему итальянскому происхождению, слова “Arduino” и “Uno” взяты именно из этого языка. Компания назвалась “Arduino” в честь короля Италии 11 века Ардуина, а Уно переводится с итальянского как “первый”.

Печатная плата Arduino Uno является Open-Hardware, поэтому все ее характеристики доступны в открытом доступе.

Длина и ширина платы составляют 69 мм x 53 мм.

Силовой и USB разъемы выступают за границы печатной платы на 2 мм.

Расстояние между выводами соответствует стандарту 2.54 мм, однако расстояние между 7 и 8 контактами составляет 4 мм.

Плата Arduino Uno имеет на борту 3 способа подключения питания: через USB, через внешний разъем питания и через разъем Vin, выведенный на одну из гребенок сбоку. Платформа имеет на борту встроенный стабилизатор, позволяющий не только автоматически выбирать источник питания, но и выравнивать ток до стабильных 5 вольт, необходимых контроллеру для работы.

Внешнее питание можно подавать как напрямую от USB порта компьютера, так и от любого AC/DC блока питания через разъем питания или USB.

На плате предусмотрено несколько выводов, позволяющих запитывать от нее подключенные датчики, сенсоры и актуаторы. Все эти выводы помечены:

• Vin – вход питания, используется для получения питания от внешнего источника. Через данных вывод происходит только подача питания на плату, получить оттуда питание для внешних устройств невозможно. На вход Vin рекомендуется подавать напряжение в диапазоне от 7В до 20В, во избежании перегрева и сгорания встроенного стабилизатора.
• 5V – источник пятивольтового напряжения для питания внешних устройств. При получении питания платой из любых других источников (USB, разъем питания или Vin) на этом контакте вы всегда сможете получить стабильное напряжение 5 вольт. Его можно вывести на макетную плату или подать напрямую на необходимое устройство.
• 3V3 – источник 3.3 вольтового напряжения для питания внешних устройств. Работает по такому-же принципу, что и контакт 5V. С данной ножки также можно вывести напряжение на макетную плату, либо подать на необходимый датчик/сенсор напрямую.
• GND – контакт для подключения земли. Необходим для создания замкнутой цепи при подключении к контактам Vin, 5V или 3V3. Во всех случаях ножку GND необходимо выводить как минус, иначе цепь не будет замкнута и питание (что внешнее, что внутреннее) не подасться.

Платформа Arduino Uno имеет на борту микроконтроллер ATmega328, который обладает Flash, SRAM и EEPROM памятью.

• FLASH – 32kB, из которых 0.5kB используется для хранения загрузчика
• SRAM (ОЗУ) – 2kB
• EEPROM – 1kB (доступна с помощью библиотеки EEPROM)

На плате выведены 14 цифровых пинов (контактов), любой из которых может работать как на вывод информации, так и на ввод. Для этого в коде программ применяются специальные функции:

Функция pinMode служит для задания режима работы контакта, будет-ли он работать на выход или на вход. В данной функции задается номер контакта, которым мы в дальнейшем собираемся управлять.

digitalRead()

Функция считывает текущее значение с заданного контакта – его значение может быть HIGH или LOW.

digitalWrite()

Функция передает определенное значение на заданный контакт – оно может быть HIGH или LOW.

Все выводы обладают пятивольтовой логикой, то есть выдают логическую единицу как напряжение 5В.

Каждый вывод платы имеет нагрузочный резистор номиналом 20-50 кОм и может пропускать до 40 мА, но по умолчанию все они отключены.

Также, на контактных площадках Arduino Uno выведены специальные интерфейсы подключения различных цифровых устройств:

Arduino Uno имеет на своей платформе 6 аналоговых входов с разрешением 10 Бит на каждый вход. Данное разрешение говорит нам о том, что сигнал, приходящий на него, можно оцифровать в диапазоне от 0 до 1024 условных значений.

Считывать значения с данных контактов можно функцией analogRead(), а передавать значения – функцией analogWrite().

Так как Arduino Uno обладает пятивольтовой логикой, то и значение будет находиться в диапазоне от 0 до 5 вольт, однако при помощи функции analogReference() можно изменять верхний предел.

Данные выводы используются для обмена данными по протоколу UART. Контакт RX используется для получения данных, а контакт TX – для их отправки. Эти выводы подключены к соответствующим контактам последовательной шины схемы ATmega8U2 USB-to-TTL, выступающей в данном контексте в роли программатора.

Данные контакты могут конфигурироваться на вызов различных прерываний, когда программа останавливает выполнение основного кода и производит выполнение кода прерывания.

Вызов прерывания может быть задан по-разному:

• на младшем значении
• на переднем или заднем фронте
• при изменении значения

Более подробно прерывания описаны в отдельной статье нашей Вики.

С помощью данных контактов происходит подключение периферии, работающей через интерфейс SPI. Для работы с данным интерфейсом в среде Arduino IDE предусмотрена отдельная библиотека с одноименным названием.

При помощи данных контактов к Arduino можно подключать внешние цифровые устройства, умеющие общаться по протоколу I2C. Для реализации интерфейса в среде Arduino IDE присутствует библиотека Wire.

Для проверки вашего кода по ходу его написания, самый удобный способ индикации – встроенный светодиод. Подав значение HIGH на 13 контакт, он загорается на плате красным цветом, тем самым показывая, что условие вашей программы выполнилось (или наоборот, что-то пошло не так). 13 контакт удобно использовать в коде программы для проверки ошибок и отладки.

Кстати, хотим заметить, что последовательно к 13-ому контакту подключен резистор на 220 Ом, поэтому не стоит использовать его для вывода питания ваших устройств. 

Помимо всех вышеперечисленных, на платформе Uno имеется еще 2 дополнительных контакта.

AREF

Данный контакт отвечает за определение опорного напряжения аналоговых входов платформы. Используется только с функцией analogReference().

RESET

Данный контакт необходим для аппаратной перезагрузки микроконтроллера. При подаче сигнала низкого уровня (LOW) на контакт Reset, происходит перезагрузка устройства.

Данный контакт обычно соединен с аппаратной кнопкой перезагрузки, установленной на плате.

Для осуществления связи с внешними устройствами (компьютером и другими микроконтроллерами) на плате существует несколько дополнительных устройств.

На контактах 0 (RX) и 1 (TX) контроллер ATmega328 поддерживает UART – последовательный интерфейс передачи данных. ATmega8U2, выполняющий на плате роль программатора, транслирует этот интерфейс через USB, позволяя платформе общаться с компьютером через стандартный COM-порт. Прошивка, установленная в контроллер ATmega8U2, имеет на борту стандартные драйверы USB-COM, поэтому для подключения не потребуется никаких дополнительных драйверов.

Внимание! На платах китайского производства, вместо контроллера ATmega8U2 используется другой программатор – Ch440G, который не распознается Windows в автоматическом режиме. Для него необходимо установить дополнительный драйвер, о чем подробно написано в нашем блоге – Установка драйверов микросхемы Ch440G для Arduino.

При помощи мониторинга последовательной шины, называемого Serial Monitor, среда Arduino IDE посылает и получает данные от Arduino. При обмене данными на плате видно мигание светодиодов RX и TX. При использовании UART-интерфейса через контакты 0 и 1, светодиоды не мигают.

Плата может взаимодействовать по UART-интерфейсу не только через аппаратным, но и через программным способом. Для этого в среде Arduino IDE предусмотрена библиотека SoftwareSerial.

Также, на плате предусмотрены выводы основных интерфейсов взаимодействия с периферией: SPI и I2C (TWI).

Платформа Arduino Uno, как и все другие Arduino-совместимые платформы, программируется в среде Arduino IDE. Для работы с ней в настройках программы необходимо выбрать нужную платформу. Это можно сделать в верхнем меню -> Tools -> Boards -> Arduino UNO.

Выбор микроконтроллера зависит от того, какой стоит именно на вашей плате. Обычно это ATmega328.

Плата как правило поставляется уже прошитая необходимым загрузчиком и должна определяться системой в автоматическом режиме (за исключением плат на основе программатора Ch440G). Связь микроконтроллера с компьютером осуществляется стандартным протоколом STK500.

Помимо обычного подключения, на плате также размещен разъем ISCP для внутрисхемного программирования, позволяющий перезаписать загрузчик или загрузить прошивку в контроллер в обход стандартного программатора.

Обычно, в микроконтроллерах перед загрузкой кода предусмотрен вход платы в специальный режим загрузки, однако Arduino Uno избавлена от данного действия для упрощения загрузки в нее программ. Стандартно, перед загрузкой каждый микроконтроллер получает сигнал DTR (digital reset), но в данной плате вывод DTR подключен к микроконтроллеру ATmega8U2 через 100 нФ конденсатор и программатор сам управляет процессом загрузки новой прошивки в контроллер. Таким образом, загрузка прошивки происходит моментально после нажания кнопки Upload в среде Arduino IDE.

Эта функция имеет еще одно интересное применение. Каждый раз при подключении платформы к компьютеру с OC Windows, MacOS или Linux, происходит автоматическая перезагрузка платы и в следующие полсекунды на плате работает загрузчик. Таким образом, для избежания получения некорректных данных, во время загрузки прошивок происходит задержка первых нескольких байтов информации.

Arduino Uno поддерживает отключение автоматической перезагрузки. Для этого необходимо разорвать линию RESET-EN. Еще один способ отключения автоматической перезагрузки – подключение  между линиями RESET-EN и линией питания 5V резистора номиналом 110 Ом.

Для защиты USB порта компьютера от обратных токов, короткого замыкания и сверхнагрузки, на платформе Arduino Uno встроен автоматический самовостанавливающийся предохранитель. При прохождении тока питания более 500 мА через USB порт, предохранитель автоматически срабатывает и размыкает цепь питания до тех пор, пока значения тока не вернуться к нормальным.

voltiq.ru

ARDUINO UNO ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ

Введение

Робот — это машина, которая способна принимать информацию из внешней среды с помощью системы датчиков, самостоятельно обрабатывать ее и менять характер своих действий в соответствии с этим. Самое главное все эти операции должны происходить без участия человека. Именно по этой причине телеуправляемая модель, даже если она конструктивно сложна и имеет антропоморфный вид, не может считаться роботом, в то время как простой термостат или даже плавкий предохранитель в этом смысле являются простейшими роботами.

Конструирование робототехнической системы — это многоплановая задача, требующая знаний по широкому кругу научных и технических вопросов. Изготовление электромеханических исполнительных узлов, например, ходовой части робота, потребует знаний по общей механике, электротехнике. Создание алгоритма действий для робототехнической системы, требует знаний по информатике, в первую очередь навыков программирования. Для получения информации из внешней среды роботу необходимы различные датчики, использование которых потребует знания физических принципов работы этих датчиков. Создание всей системы в целом невозможно без знания электроники. Таким образом, процесс создания робототехнической системы потребует в процессе работы получения большого объема информации по различным естественно научным и физико-математическим дисциплинам, выходящего далеко за пределы объема школьной программы.

В настоящее время существует несколько основных путей позволяющих приступить к воплощению робототехнической системы. Первый использование готовых наборов для конструирования роботов, такие наборы изготовляет известный производитель конструкторов для детей фирма Lego. Они содержат все необходимые компоненты для изготовления робота: блок микроконтроллера, электродвигатели, датчики. Несомненное достоинство этого пути в том, что сконструировать робота на основе готового набора можно просто и быстро.

Все необходимое программное обеспечение прилагается к роботу и имеет интуитивно понятный интерфейс. Однако стоимость таких наборов неоправданно высока, за не слишком большой набор датчиков и исполнительных механизмов, а также за набор стандартных пластмассовых деталей придется отдать весьма значительную сумму. Таким образом, подобные конструкторы лучше всего подходят для младшей возрастной группы. Если в кружке в основном занимаются старшеклассники, то разумнее средства отпускаемы на оснащение кружка технического творчества, пустить на приобретение измерительных приборов, инструментов, материалов и комплектующих, а не на приобретение подобных наборов.

Второй путь это создание полностью оригинальной робототехнической системы, используя выпускаемые промышленностью микроконтроллеры, дискретные радиоэлементы, электродвигатели и т.п.. Действуя таким путем можно получить на выходе устройство, не уступающее по своим функциональным возможностям устройству, изготовленному в заводских условиях. Правда это потребует досконального знания выбранного микроконтроллера и Ассемблера специфичного для данного микроконтроллера. И это не говоря о наличии хотя бы минимального станочного парка, для обслуживания которого нужны специалисты с профильным образованием. В условиях кружка технического творчества этот путь мало реализуем, во всяком случае, если кружок только приступает к изучению вопросов робототехники.

Кроме приведенных выше вариантов, существует и третий путь – использование вычислительной платформы Arduino. Ее основой является специальная плата с микроконтроллером, а также специализированная среда разработки Wiring, созданная на основе языка C++.

Программное обеспечение полностью бесплатное, его можно скачать с официального сайта производителя. Имеются версии для всех основных операционных систем Windows, Linux, MacOS. При разработке программной части комплекса в данной среде от нас скрываются многие рутинные операции, что упрощает разработку. Однако с другой стороны программа пишется на языке высокого уровня, по этому при компиляции в машинные коды, полученная программа не будет оптимальной по размеру и времени выполнения.

Иными словами программа, написанная на языке Ассемблер, будет занимать места меньше, а выполняться быстрее. Если конструируется учебный робот, или бытовое электронное устройство, в большинстве случаев это не столь важно, в самом деле, если сигнализация среагирует на разбитое окно не через 0,1 с, а через 0,2 с, это ничего принципиально не изменит. Однако в ответственных случаях объем памяти требуемый для программы, и особенно, скорость работы могут стать критически важными, по этому среди специалистов по разработке аппаратно-программных комплексов отношение к данной платформе как минимум неоднозначное. Впрочем, в системах жизнеобеспечения, промышленных, авиационных и космических системах использовать Arduino никому и не придет в голову, к тому же любители крайне редко сталкиваются с необходимостью создания подобных систем.

В любительской же среде Arduino фактически стала стандартом. Применение законченных функциональных блоков Arduino очень сильно упрощает и, следовательно, ускоряет изготовление устройств. Нам важно как тот или иной блок реагирует на определенные сигналы и воздействия, но не принципиально его внутренне устройство. Фактически узлы Arduino являются, с точки зрения кибернетики, «черными ящиками». Однако, есть мнение, что Arduino – это своеобразный радиолюбительский фаст фуд, использование которого недостойно настоящего радиолюбителя.

На это можно возразить, что практически любое электронное устройство собирается из деталей заводского изготовления. В конечном счете, что такое любая микросхема, как не «черный ящик», нам важно как микросхема отвечает на тот или иной электронный сигнал, при этом ее внутреннее устройство, как правило, неизвестно, или мы его знаем только приблизительно. Если отрицать использование готовых узлов можно прийти к тому, что настоящий радиолюбитель должен сам делать радиолампы (как изготовить в кустарных условиях транзистор я не представляю) или, вообще, сначала осваивать добычу медной руды, выплавку метала и волочение проволоки.

В общем, Arduino позволяет с одной стороны изучить основы работы с микроконтроллерами и конструировать законченные устройства, с другой объем первоначальных знаний, необходимых для начала работы не слишком велик, и вполне доступен школьнику. 

Описание аппаратной части Arduino

Физически Arduino представляет собой небольшую печатную плату. Самой распространенной на данный момент версией является Arduino UNO с габаритами 75×55 мм.

На плате располагается микроконтроллер ATMega328, этот микроконтроллер имеет 2 кб оперативной памяти и 32 кб памяти флэш-памяти для программ. Пользователю доступно несколько меньшая часть памяти программ, потому что часть памяти программ отведено под программу-загрузчик, которая управляет работой платы при загрузке в нее пользовательской программы. Платы заводского изготовления обычно поставляются уже с записанной в память программой-загрузчиком. Если отдельный микроконтроллер, программируемый на Ассемблере, достаточно легко довести до неработоспособного состояния неверными командами, то с Arduino это сделать несколько сложнее, т.к. программное обеспечение Arduino играет роль «защиты от дурака», защищая микроконтоллер от неверных действий начинающего пользователя. Кварцевый резонатор задает тактовую частоту работы микроконтроллера 16 МГц. Так же в микроконтоллере имеется внутренний кварцевый резонатор на частоту 8 МГц, но его обычно не используют.

Для связи с компьютером на плате имеется разъем USB-BF. На платах разных производителей в этой части возможны существенные различия, кроме USB-BF автору встречались платы с micro-USB, на старых и самодельных платах, скорее всего, будет 9-контактный разъем COM-порта. На плате Arduino UNO установлен специальный преобразователь, поэтому подключенная к компьютеру плата, определяется как новый COM-порт. Одно из преимуществ Arduino состоит в том, что благодаря наличию программы загрузчика и возможности подключения Arduino к персональному компьютеру для ее программирования не нужен отдельный программатор. 

Подключенная к компьютеру плата Arduino питается через USB-порт. Если плата используется отдельно, то необходимо подключить к плате блок питания с выходным постоянным напряжением 7-12 В, разъем питания, вероятно, типа DS-210. На плате имеется стабилизатор напряжения, поэтому к качеству питающего напряжения устройство нетребовательно. Подойдет почти любой малогабаритный блок питания. В автономных условиях подходит 9 В батарея типа «Крона», или две последовательно соединенные батареи типа 3R12 (3336).

На плате располагается 14 цифровых портов ввода-вывода, 6 из которых поддерживают широтно-импульсную модуляцию (помечены на плате знаком «~»).

Кроме цифровых на плате есть 6 аналоговых портов. Аналоговые порты подключены в 10 битному аналогово-цифровому преобразователю, при необходимости их также можно использовать в качестве цифровых портов. 

На плате имеются четыре светодиода – индикатор питания (обозначен, как ON), светодиод, подключенный к 13 порту (L), два светодиода индикации обмена данными через последовательный порт (TX и RX). Также на плате имеется кнопка для перезагрузки микроконтроллера. 

Одним из достоинств Arduino является то, что кроме основной платы производится дополнительные платы, расширяющие возможности основного устройства. Такие платы расширения называют Shield, что дословно можно перевести как «щит» или «экран», обычно в русскоязычной литературе используется англицизм «шилд». Шилды позволяют подключать к Arduino электродвигатели, обеспечивают выход в компьютерные сети по протоколу Ethernet или WiFi, передачу информации по сети сотовой связи GSM, и выполняют многие другие функции. Для работы с такими платами существуют готовые программные библиотеки.

Плата Arduino UNO

Плата Arduino UNO хорошо подходит для отладки программ на стадии разработки и настройки конструкций. Но для множества практических приложений возможности Arduino UNO избыточны, ее размер для установки в готовые изделия может оказаться слишком большим. Кроме этого к Arduino UNO внешние устройства подключаются без пайки – с помощью разъемов. Со временем разъем может выпасть от вибрации или его контакты окислятся, что нарушит нормальный контакт, с очевидными последствиями для изготовленного устройства.

Для использования в готовых изделиях выпускаются платы ArdinoNano и ArdinoMini, они имеют меньшие физические размеры, и несколько меньшую стоимость. Эти платы совместимы программно с Arduino UNO, но не позволяют непосредственно подключать к ним шилды. ArdinoNano – плата уменьшенного размера, имеет разъем для непосредственной связи с компьютером, выводы позволяют использовать более надежное паяное соединение. ArdinoMini – еще более уменьшена, по сравнению с ArdinoNano, на плате отсутствует разъем для прямого подсоединения к компьютеру, для программирования требуется специальный переходник.

Если возможностей Arduino UNO недостаточно, можно применить расширенную версию ArdinoMega. Эта плата имеет расширенные возможности 54 цифровых порта из них 15 поддерживают ШИМ,16 — аналоговых портов, 128 кб (в поздних версиях 256 кб) — флэш-памяти для программ, 8 кб оперативной памяти.

Перечень различных вариантов аппаратной реализации Ardino этим платами не ограничивается, но подобные устройства ориентированы на специалиста достаточно высокой квалификации и для первоначального изучения подходят мало. Более подробно различные варианты плат описаны тут.

Основной стандарт плат Arduino, тоже изменялся со временем. Более подробно с различными версиями плат можно познакомиться на сайте разработчика. На данный момент самым современным вариантом является Arduino Leonardo. Однако на данный момент Arduino UNO распространена наиболее широко, так что в дальнейшем остановим свое внимание именно на Arduino UNO.

Надо отметить, что конструктивно Arduino не очень сложна и вполне доступна для самостоятельного изготовления, во всяком случае, если речь идет о подготовленном радиолюбителе-конструкторе. На сайте разработчика имеется вся необходимая документация для самостоятельного изготовления Arduino.

Вообще проект Ардуино полностью открытый, авторским правом охраняется только сам термин «Arduino», поэтому множество сторонних производителей выпускают свои конструкции: Freeduino, Japanino, Seeeduino, CraftDuino, Diavolino и т.п. Существуют платы, как полностью повторяющие оригинальные, так и собственные разработки, часть из которых совместима с Arduino только программно, из-за того, что платы имеют отличную конфигурацию. В целом, на современном уровне производства электронных устройств, платы Arduino не содержат в себе каких-то действительно высоких технологий, поэтому приемлемый для любителя уровень качества способны обеспечить не только производители оригинальных устройств, но и малоизвестные фирмы, которые предлагают аналогичные конструкции по существенно более низким ценам.

Если плата заявлена как копия Arduino UNO, то, скорее всего, все сказанное о Arduino UNO будет относиться и к ней, хотя конечно за конкретного китайского производителя поручиться нельзя. Собственно конкретная плата, которая использовалась автором, обозначена просто UNO, слово «Arduino» отсутствует, так что это плата безвестного азиатского производителя, который уважает авторское право разработчиков оригинального проекта. Не смотря на сомнительное происхождение, ни каких нареканий к качеству самой платы автор предъявить не может. С вами был Denev.

   Форум по Ардуино

   Обсудить статью ARDUINO UNO ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ

radioskot.ru

Разновидности плат Arduino, а также про клоны, оригиналы и совместимость / Arduino / RoboCraft. Роботы? Это просто!

Для тех кому лень читать, озвучу важный вывод с некоторым опережением.
Все «размеры» и разновидности ардуино-плат абсолютно совместимы друг с другом — если вас заинтересовал проект на ArdinoNano — ничто вам не помешает реализовать его на обычной Ardino(Freeduino) или ArdinoMega(SeeduinoMega), причём ни в коде ни в схеме переделывать ничего не придётся. Можно и наоборот, например, с «меги» на «мини» — лишь бы выводов/памяти хватило (часто в проектах применяются откровенно избыточные платы), изучайте характеристики. Так же никакой разницы нет в выборе конкретной платы внутри размерного ряда — берём проект для ArduinoDiecimila(DFRduino) и спокойно делаем его на UNO(CraftDuino) и наоборот!
Тем более нет НИКАКОЙ принципиальной разницы, кто сделал эту плату и как она называется — это не айфон — качественно можно собрать такую плату и в подвале.

Как известно, ардуино придумали в Италии, оригинальные платы там и делают. С них и начнём.

Оригинальные платы.
Сами итальянцы выпускают плату в нескольких основных форм-факторах:
Ardino xxx — стандартный размер, 20входо-выходов, полная совместимость со всеми шилдами.
ArdinoMega xxx — увеличенный размер, 70входо-выходов, совместимость не со всеми шилдами.
ArdinoNano xxx — уменьшеный размер, 22входо-выхода, не совместима с шилдами.
ArdinoMini ххх — ещё меньший размер, 20входо-выхоов, не совместима с шилдами, не имеет USB.

Весь итальянский зоопарк можно увидеть тут.

На «восьмёрке» только 3 ШИМ выхода, 8Кб под скетч 1Кб оперативки, но для многих приложений хватает=) У ATMega168 уже 6 ШИМ каналов и 16Кб под ваши нужды, а у 328-й 32Кб под программы и уже 2Кб оперативки. Кстати не вся флеш-память доступна пользователю, часть её занимает бутлоадер.

UNO

На UNO решили заменить хардварный преобразователя USB-UART, на микроконтроллер Atmega8U2 (в более поздних ревизиях 16U2)- в него залита специальная прошивка, делающая ровно то же что и FT232.
Что это дало?
Поднялась скорость прошивки — теперь вместо ~10секунд надо ждать ~3c =)
А главное, в этот МК-конвертор можно залить свою прошивку, и превратить ардуино в мышку, клавиатуру или миди устройство… наверняка кому-то это очень надо=)
Только делается это как-то не очень по-ардуиновски, и примеров пока крайне мало=( ИМХО, фича, совсем не для начинающих.
Так что, если ваша цель изменение протокола обмена платы и компа, вы хотите делать трушную клаву-мышь-МИДИдевайс ( вот, кстати, «не трушный» миди-пульт, на самой обычной ардуине=) тогда конечно вам нужна именно UNO. И если вам предстоит писать объёмную прошивку для этого (использовать исходники большого объёма), тогда нужно искать последнюю ревизию UNO — с Atmega16U2 (у неё в два раза больше памяти программ)
Да, тут ещё стоит оговориться — эта Atmega8U2/16U2 на самом деле делает не ровно то же, что FT232, она не реализует очень удобной фичи — BitBang-а, так что превратить плату в программатор таким нехитрым образом уже не получится.
Но всё же можно.

«стандарт» arduino 1.0 pinout

Ещё зоркие должны были заметить появление новых пинов на разъёмах UNO. Ага, появились — на «верхнем левом» коннекторе — SDA и SCL — пины интерфейса i2c, но они дублирующие (SDA и SCL и так сидят на 4 и 5 аналоговых входах) и функционал это не расширяет. Плюс «нижний левый» коннектор подрос, то же на 2 пина — резервный и IOREF. Резервный пин болтается в воздухе — никуда не подключен, а на IOREF глухо засажен на 5 вольт (схема). Когда-нибудь это всё, наверное пригодится… а на данный момент — старые шилды встают в UNO, как родные, новые шилды (коих пока крайне мало 1, 234 ), полностью совместимы со старыми платам хотя и грозят уткнуться в неё новыми пинами — их, возможно, придётся подогнуть или откусить.
Резюмируя моё сугубо личное мнение — нет никаких поводов гоняться именно и только за UNO, кроме случая когда вы собираетесь переписать прошивку USB-UART конвертора, а если вы не знаете что это — то вам точно нет никакой необходимости именно в уне=)
Тут всё то же про уну но по-короче=)

Leonardo

Вот это действительно шаг вперёд — всё на одном чипе, USB независим ни от UART ни вообще от каких бы то ни было пинов!
Итак, плата построена на ATmega32u4 и по сравнению с предыдущими моделями прокачалась.
На 0,5кБ увеличилась оперативка, ШИМ-выходов стало на 1 больше, аналоговых входов стало 12 (6 сидят где у всех Ардуино-плат, новые +6 разбросаны по цифровым пинам) и, как уже говорилось, разделены USB и UART.
Так же незатейливо поддерживаются, не только виртуальный ком порт, но и мышь и клавиатура, гораздо проще чем это реализовано в UNO.
Ну и, конечно, разъём micro-USB=)
Правда «шаг вперёд» вышел с нюансами — долго боролись с разнообразными глюками и затягивали выход, пара всё-таки осталась (функции tone и attachInterrupt), к тому же бутлоадер теперь занимает 4кб! А ещё в любой скетч для леонардо пихается поддержка USB — blink для Duemilanove/UNO займёт 1084 байт, а для Leonardo — 4858 байт=\
Физически леонардо имеет ту же разводку что и UNO, так что так же совместим со старыми шилдами.

ArdinoMega xxx

Серия прокачанных плат (по размеру и характеристикам) представлена моделями (в хронологическом порядке): Mega, Mega2560 и Arduino ADK.
В платы успешно втыкаются почти все шилды, но из-за разного (с «обычными» ардуинами) расположения выводов SPI-интерфейса, шилды использующие его с цифровых пинов 11,12,13 будут не совместимы. Пример — старый эзернет шилд. На новом SPI берётся со стандартной вилки ISP и всё отлично работает и на «мегах», и на «обычных» дуинах.
На платах куча выводов:
54 цифровых
из них 15 — с ШИМ
16 — аналоговых,
Куча памяти:
128/256кб — флэш,
8кб оперативки,
4кб еепрома
и целых 4 хардварных UART-а!
«Мега» построена на ATmega1280, а «2560» и «ADK» на ATmega2560, поэтому различаются платы обьёмом памяти, к тому же у свежих — 2560 и ADK — USB-часть выполнена на ATmega8U2 (на более поздних ревизиях 2560 — на ATmega16U2), тут всё как у УНО.
А у ADK ещё и USB-host имеется, от которого ожидается большая дружба с Android-телефонами=)

ArdinoNano

Маленькая платка с mini-USB. Шилды к ней не подходят, но сама она удобно втыкается в макетку.
Ранние версии использовали ATmega168, сейчас стоят 328.
В качестве USB-UART моста стоят FT232.

ArdinoMini

Ещё меньшая плата. (Да-да, именно, тут какой-то исторический ляп — ардуино мини, почему-то значительно меньше ардуино нано=)
Пережила несколько версий — имеющих незначительные отличия в назначении некторых выводов.
С шилдами не совместима, но удобна для встраивания в законченные девайсы — ничего лишнего.
На мини нет USB — программируется она с помощью переходника USB-Serial (например на базе той же FT232).
Так же на плате стоит весьма маломощный стабилизатор, а из светодиодов — только индикатор питания и то на последних версиях=).
Есть варианты платы работающие на 3,3В и 8МГц, раньше ставили ATmega168, сейчас стоят 328.

Тээкс, разобрались с итальянскими оригиналами, пройдёмся по творчеству остальных ардуино-делов.

Проект ардуино — полностью открытый (доступна вся техническая документация необходимая для производства) и платы благополучно копируют и творчески перерабатывают все кому не лень=)
Ограничение касается только названия «Arduino» — его нельзя использовать для обзывания не итальянских плат (китайцы, естественно, плевали=) поэтому более законопослушные производители изгаляются с производными, много уже напридумали, кстати=)

Всё, что наплодили неитальянцы, можно условно разделить на три группы: «клоны», «совместимые» и «ардуино-подобные».

Клоны

Тут всё просто — берём документацию с сайта ардуино и тупо сдаём на производство, при желании изменив цвет маски и название (некоторые китайцы не желают=)
Такие платы («клоны») полностью повторяют ардуину и полностью совместимы с ней. То есть, разница между клоном и оригиналом — только в производителе (+иногда в цвете=) — соответственно различия могут быть только в качестве сборки, качестве компонентов, строгости выходного контроля. С качеством — всё на совести производителя/продавца и на ваше эстетическое восприятие/везение.
В целом, повторюсь — не айфон, никаких космических технологий для сборки таких плат не нужно, и обеспечить достойное качество вполне может средний китайский подвал=) ИМХО за оригиналом гоняться особого смысла нет.
Да, чуть не забыл, у оригинальных плат в комплекте коробочка из тонкого, экологически чистого, цветного картона. И брошюрка с заверениями об экологичности и протестированности платы, а также повествующая, о том, что производители отказываются нести ответственность за использование платы в аэрокосмических/автомобильных/военных/ядерных/медицинских целях=)
видео распаковки)

Совместимые

Некоторые, наверное, более сознательные товарищи, пошли не путём копирования, а решили что-то добавить в проект (помимо своего названия и цвета маски) и повыдумывали ворох своих плат полностью совместимых с ардуино — условно их можно назвать «совместимыми переработками» (переосмыслениями=)

Например:
Freeduino
Freetronics Eleven
Seeeduino
CraftDuino
Diavolino
Japanino
и ещё многие-многие=)
Как правило доработки и переработки носят довольно эстетический характер (не несут принципиальных изменений функционала или характеристик) иначе платы потеряли бы совместимость. Обычно это дополнительные разъёмы, другое расположение светодиодов и кнопок, своя разводка, применение других компонентов (в других корпусах, других размеров), другие схемы питания, сброса, USB-части.
Повторюсь, этот класс плат полностью совместим с ардуино — и шилды можно втыкать и с ИДЕ работают как родные. Ярчайший пример — указанные на оф. сайте у итальянцев плата ArduinoPro (упрощена схема питания и убрана USB-часть) на самом деле их придумали и делает Sparkfun=)
Естественно, основным размером плат не ограничиваются — есть версии и мини- и нано- и мега- совместимых переработок, правда в этих случаях совместимость не такая уж важная вещь.

Тут я всё талдычу совместимо-несовместимо, пора уточнить что имеется ввиду.
Совместимость с ардуино складывается из двух вещей:

1.Совместимости с платами расширениями — шилдами. Для этого расположение и вид разъёмов должен быть как на итальянской Arduino Duemilanove/UNO. Так, например, самая что ни на есть итальянская-оригинальная «Нано» с шилдами не совместима=)
Естественно провода и скотч никто не отменял — соединить можно что угодно=)

2.Програмная совместимость. (программная часть проекта ардуино — это среда разработки(ИДЕ), библиотеки и скетчи)
На платах ардуино установлены микроконтроллеры фирмы Atmel, семейства ATMega — ATMega8/168/328 — на всех кроме Мега(ATMega1280/2560) и Леонардо(ATMega32U4).
Обычно тактируются эти МК кварцевым резонатором на 16МГц (Реже 8МГц)
Питаются МК на платах от 5В (реже 3,3В)
Загрузка скетчей происходит через бутлоадер(специальная программа-загрузчик заранее прошитая в МК), хотя в последних версиях среды появилась опция прошивки скетча через программатор, так что это уже, пожалуй, не критерий=)
Так вот, ЛЮБАЯ плата удовлетворяющая перечисленным условиям (Тип контроллера, частота, напряжение питания, наличие бутлоадера) сможет использовать все наработки сообщества Arduino — и скетчи, и библиотеки, и писать всё это можно будет в той же среде Arduino, и загружать оттуда же.
При наличии прямых рук, можно подпилить библиотеки для использования не в среде ардуино или среду для использования плат с нехарактерными МК или частотами их работы. Но вроде как у нас тут начинающие рассматриваются — какие правки среды и библиотек?!
Так что будем считать программно совместимыми только те платы, которые корректно заработают без всяких допиливаний.

Ардуино-подобные
Некоторые идут дальше и вносят более существенные изменения теряя совместимость (с шилдами) такие платы можно назвать ардуино-подобными.

К ним можно смело отнести, расположенные в официальном зоопарке:
ArdinoFio — плата для портативных устройств с питанием от литиевых батарей.
LilyPad — круглая плата для «электронной одежды»
ProMini, значительно отличающаюсяя версия ардуино мини.
Всех их, тоже выдумал и клепает Sparkfun=)

Менее известные общественности примеры — древняя Roboduino — плата для управления кучей сервоприводов. Несмотря на общие с ардуиной очертания — шилды в неё втыкать не выйдет, да и не предполагалось=)

Менее похожая на родоначальника Rainbowduino, — для управления светодиодными матрицами,
и ни на что не похожая гибкая версия Seeeduino Film от Seeedstudio.

Или вот ещё мегакомбайн-всё-в-одном DINo Internet Ethernet IO board тоже совместим лишь программно.

Собственно, как мы уже сказали, ардуино-подобной может считаться (и является) любая плата с ATMega8/168/328/32U4/1280/2560, 16/8Мгц, 5/3,3В, так что в этом месте классификация/перечесление срывается в бесконечность=)

Использованы фотографии с
arduino.cc
craftduino.ru
freeduino.org
freeduino.ru
dfrobot.com
yourduino.com
evilmadscientist.com
seeedstudio.com
kmtronic.com
store.curiousinventor.com
syslab.asablo.jp
freetronics.com

По теме:
Ардуино что это и зачем?
Почему Arduino побеждает и почему он здесь, чтобы остаться?
Arduino, термины, начало работы
КМБ для начинающих ардуинщиков
Состав стартера (точка входа для начинающих ардуинщиков)
Возможные ошибки при работе с Arduino

Купить контроллер Arduino или CraftDuino — можно в нашем Магазине.

robocraft.ru