Arduino Mega-плата, основанная на микроконтроллере ATMega2560. Она обладает 54 цифровыми пинами ввода и вывода, 15 из которых можно использовать в качестве выходов ШИМ, 16 аналоговых, 4 последовательных UART порта, кварцевый резонатор с частотой 16 МГц, один USB-порт, разъем питания,ISCP разъём для передачи программного кода по последовательному протоколу, а также кнопкой удаления информации, находящейся на микроконтроллере.
Является самой большой и самой мощной платой из бюджетных, разработанных на основе 8-битных контроллеров AVR серии ATMEGA. Обычно используется в ситуациях, где есть необходимость в больших количествах выводов, например в случае подключения TFT-дисплеев.
Распиновка платы
Схема обозначений номеров и назначения выводов платы Arduino Mega:
Серым цветом обозначены физические входы и выходы платы, основанной на МК ATMega2560; желтым(PD0,PD1 и т.д.)-порты, доступные непосредственно с ПК из программ на Ассемблере; розовым обозначены цифровые выводы, доступ к которым осуществляется из программного обеспечения на Wiring; зеленым(ADC0 и т.д.) обозначены аналоговые выводы; голубым цветом обозначены пины портов UART и SPI.
Обозначения выводов и их назначение:
USB-USB-порт, предназначен для подключения платы непосредственно к персональному компьютеру по кабелю USB через Mini-B разъем.
VIN получается поставленное питание от блока питания, обычно, емкостью 7-12 В. После подачи напряжения на стабилизатор происходит понижение до 5 В. Оптимальное напряжение на данный пин-около 9 В;
Также для питания платы от БП можно использовать пин, обозначенный 5V(напряжение должно быть стабильным, поскольку подача на МК происходит непосредственно без стабилизатора, таким образом, нестабильность напряжения может вывести МК из строя);
К выводу 3.3V напряжение стабильно в районе 3.3V, формируется стабилизатором платы. Нужен для подключения внешних устройств, требующих напряжения в 3.3 В-дисплеев. Максимальная сила тока на выводах не больше 50мА;
Ground Pin-земля(GND)
Вывод AREF отвечает за опорное напряжение, отвечающее за измерение аналогового сигнала, от которого зависит максимальное напряжение, а также точность перевода в Вольты. Изменяем источник опорного напряжения с помощью analogReference(), к которому вернемся позднее.
IOREF контролирует рабочее напряжение контроллера. Как правило, используется в нескольких оригинальных моделях, а в китайских платах вовсе отсутствует.
Reset сбрасывает память контроллера и подает низкий уровень на этот вход. SDA и SCL-это пины интерфейса TWI/I2C. Состоящий из двух сигнальных проводов SDA(последовательных данных) и SCL(такты последовательных данных), интерфейс TWI, также содержит провод земли GND. Устройства на шине соединены параллельно, при использовании драйверов с открытыми стоками(фактически, работа как у открытых коллекторов, т.е. выключателей), формирующих на шине сигналов «истины»-1 и «лжи»-0. Поэтому на шине есть два нагрузочных резистора pull-up(Rpu, подключенных по плюсу питания VDD).
Цифровые пины D0…D54 соответственно.
Выводами UART(Универсального асинхронного приёмопередатчика) с последовательными интерфейсами Serial0-Serial3 являются(RX и TX-ресивер(принимающая сторона) и трансмитер(отправитель или передатчик))-0 и 1; 19 и 18; 17 и 16; 15 и 14;
Аналоговые входы, иногда используемые в качестве цифровых-A1…A15 соответственно.
Опорное напряжение
Опорное напряжение влияет на измерение аналогового сигнала, поскольку от него зависит максимальное измеряемое напряжение.
Функция analogReference() имеет несколько параметров:
DEFAULT-опорное напряжение равно напряжению питания микроконтроллера. При данном параметре напряжение активно.
INTERNAL- встроенный источник опорного напряжения устанавливается на 1.1V(используется для плат ATmega168 и 328P) и 2.56V для ATmega8
INTERNAL1V1- встроенный источник опорного напряжения на 1.1V
INTERNAL2V56- встроенный источник опорного напряжения на 2.56V
EXTERNAL-напряжение поданное на вход/выход AREF становится опорным.
Первые несколько измерений после изменения источника напряжения могут быть нестабильными. В режиме DEFAULT можно оцифровать напряжение от 0 до напряжения питания VCC. Если напряжение питания 4,5 вольта, при поданных 4,5 вольтах-получим оцифрованные 1023. При 5 В получим 1023, поскольку оно выше опорного. Главное не превышать опорное напряжение более чем на 1 Вольт.
Точность при питании от 5 вольт и режиме DEFAULT будет составлять (5/1024)~4,9 милливольт. При предустановленном INTERNAL мы измеряем напряжение от 0 до 1,1 вольта с точностью 0,98 милливольт.
На внешний источник опорного напряжения нельзя подавать отрицательное или превышающее более чем на 1 вольт в качестве опорного в вход/выход AREF. До первого вызова функции необходимо вызвать EXTERNAL состояние, поскольку в ином случае можно повредить микроконтроллер.
Для быстрого переключения между внутренним и внешним напряжением можно подключить его через резистор AREF на 5 кОм. Его вход будет иметь собственное сопротивление в 32 кОм, а действительное значение напряжение будет вычисляться по формуле REF = V*32 / (R+32), где R-сопротивление резистора в кОм, к которому подключено опорное напряжение V. Для 2.5В получим 2.2В действительное опорное напряжение.
Что можно реализовать на данных микроконтроллерах
При помощи Mega контроллеров можно сделать сложную и большую систему, в том числе и серверную. Существует довольно интересный проект в России, получивший поддержку государства. Микроконтроллер данного проекта обладает мощностью, которая позволяет ему стать сервером для интернет сайтов или облачным хранилищем.
Ограничения в памяти и поддержке интернет сети на таком сервере пока не позволяют выпустить их в массовое производство, поскольку в качестве накопителя на плате можно использовать micro SD-карты, а максимальный объём памяти Ethernet-32гб.
Однако проект обладает широким функционалом, поддерживающий все требуемые для веб-программиста технологии, в которые входит HTML, CSS и JavaScript.
Страницы, выгруженные на плату, могут позволить отслеживать параметры контроллера в реальном времени, а также управлять его входами и выходами. Поддержка множества JavaScript библиотек позволит создать качественный и современный интерфейс.
К тому же, данный проект позволяет создать систему автоматизированного удаленного управления, наподобие умного дома, или же локальное облачное хранилище.
Ардуино позволяет создать как системы управления умным домом, так и систему «электронного бармена», который сделает ваш любимый коктейль.
Широтно-Импульсная Модуляция
Микроконтроллер обладает счетчиками, называемыми таймерами, считающими не время, а количество тиков кварцевого генератора, устанавливающего частоту работы всей платы. Считывание частоты с «таймеров» позволяет определить временные интервалы и реализовывать на их основе какие-либо проекты. У Arduino IDE присутствуют готовые контроллеры на основе таких таймеров, считывающие функции времени, задержки, измерения длительности импульса.
На плате ШИМ обозначаются знаком тильды(~). Они находятся рядом с цифровыми выводами. У Arduino Mega имеется 15 выводов ШИМ, а именно цифровые со 2 по 13 и 44 по 46. Использовать ШИМ можно с помощью функции analogWrite().
Функция analogWrite() выводит величину ШИМ волну на порт вход/выхода. Может использоваться для изменения яркости светодиода или скорости электродвигателя. При ее вызове на выход генерируется волна с шириной импульса приблизительно 490 Hz. Большинство плат Arduino поддерживают порты 3, 5, 6, 9, 10 и 11, Mega-с 2 по 13. Более ранние платы работают на портах 9, 10 и 11.
Вызов функции analogWrite() не требует устанавливать тип входа или выхода функцией pinMode(). Такая функция не имеет связи с аналоговыми входами и функцией analogRead.
analogWrite(pin, value)
pin-порт, на который подается сигнал;
value-период цикла между 0 и 255.
ICSP в ATmega2560 и ATmega16U2 используется для внутрисхемного программирования. Библиотека SPI позволит осуществить связь с платами расширения. Вывод данных линий на 6-контактный разъем, как правило, они дублируются на цифровых пинах 50-53.
