Arduino Uno: описание, подключение, распиновка

Описание

Arduino Uno – самый популярный продукт компании Arduino Software. Данное железо работает с помощью микроконтроллера ATMega328. Она выступает посредником между пользователем и микроконтроллером. 

На Arduino uno есть всего 20 выходов из которых 14 цифровых и 6 аналоговых. В ней два разъема: для USB и для подпитки платы. Также кварцевый генератор на 16 МГц. Ещё имеется ISCP, и кнопка перезагрузки.

Для нормальной и стабильной работы плата подключается либо через USB, либо подключить к источнику питания от 7-12В.

Характеристики Arduino Uno:

•       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

Элементы платы

• МК ATMega328 – это сердце платформы Arduino Uno, 8-битный микроконтроллер на архитектуре AVR
• МК ATMega16U2 – это дополнительный микроконтроллер он нужен поскольку микроконтроллер ATMega328 не содержит USB интерфейса и ATMega16U2 с прошивкой USB-UART помогает в прошивке и коммуникацией с ПК
• Порт USB Type-B – нужен для прошивки и питания платы.
• Разъём DC – это разъём питания для подключения внешнего источника напряжения от 7 В – 12 В
• Понижающий регулятор 3V3
• Понижающий регулятор 5V
• Кнопка сброса – RESET
• ICSP разъем ATMega328 – выполняет 2 функции

1. Используется для передачи сигнальных пинов интерфейса SPI при подключении шилдов.
2. Предназначен для прошивки в микроконтроллер ATMeega328 через внешний программатор. Например Boatloader.

• ICSP разъем ATMega16U2 – предназначен для прошивки микроконтроллера ATMega16U2 через внешний программатор.

Размеры у платы небольшие, а именно 69 мм x 53 мм. Разъёмы немного выступают за контур платы ( печатной ), но лишь на 2 мм.  

На этой плате всего 3 способа подключить питание: через Vin, от внешнего источника или просто с помощью USB кабеля. Плата имеет стабилизатор который встроен в платформу. Он помогает автоматически выбрать источник питания и дать нужных 5 В.

Подпитка от внешних источников идёт через USB вход.

На плате существуют несколько выводов, которые могут запитывать датчики, сенсоры и прочее. Все эти выводы обозначены:

• 5V – источник напряжения в 5 В. Создаст стабильное пятивольтовое подключение.
• Vin – вход для питания из вне. Лучше давать не более 7 – 20 В, чтобы не перегрелось.
• 3V3 – аналогично 5V, создает стабильное 3.3 В подключение.
• GND – контакт для земли. GND – это всегда минус.

ATMega328 – это наш микроконтроллер, он имеет три вида памяти:

• Flash – 31.5 Кб ( + 0.5 Кб съедает загрузчик)
• SRAM или просто ОЗУ – 2 Кб
• EEPROM – 1 Кб, её можно использовать только с помощью библиотеки EEPROM

Итак, ещё у Arduino Uno есть 14 цифровых контактов, он могут работать как на ввод, так и на вывод. Чтобы их реализовать существуют различные функции в коде программ:

• pinMode() – называем  наш контакт
• digitalRead() – здесь пишется либо HIGH, либо LOW, считывает значение
• digitalWrite() – здесь также HIGH или LOW, записывает значение

Все выводы задают логическую единицу как напряжение в 5 В.

Подключение

Для  начала, просто скачиваем с интернета и устанавливаем Arduino IDE. Это программа, которая преобразовывает код на языке Arduino в язык программирования C++ и прошивает плату. Она незаменима для прошивки, но для программирования существуют лучшие аналоги.

Дальше просто подключаем нашу плату через USB кабель к нашему компьютеру. Программе нужно будет указать какую именно плату вы подключили. Переходим в Arduino IDE “Инструменты > Плата > ваша плата ( её название)”. Далее выбираем COM порт куда подключена плата “Инструменты > Порт > наш порт”.

Теперь всё готово к прошивке платы. Можно загрузить один из предложенных программой скетчей либо ввести код самому. Для начала можно просто загрузить готовый код и проверить нашу Arduino.

Для этого нужно открыть Arduino IDE и смотрим подключенные платы через вкладку “Инструменты”, ставим любой порт (кроме COM1) там же.

Запустим тестовую программу, в ней используется функция delay() для отсчета времени :

int led = 8;  //объявление переменной целого типа, содержащей номер порта к которому мы подключили второй провод

void setup()  //обязательная процедура setup, запускаемая в начале программы; объявление процедур начинается словом void

{

pinMode(led, OUTPUT); //объявление используемого порта, led — номер порта, второй аргумент — тип использования порта — на вход (INPUT) или на выход (OUTPUT)

}

void loop() //обязательная процедура loop, запускаемая циклично после процедуры setup

{

digitalWrite(led, HIGH); //эта команда используется для включения или выключения напряжения на цифровом порте; led — номер порта, второй аргумент — включение (HIGH) или выключение (LOW)

delay(2000); //эта команда используется для ожидания между действиями, аргумент — время ожидания в миллисекундах

digitalWrite(led, LOW);

delay(2000);

}

Также можно открыть “Файл – Примеры – Basic — Blink”  и у вас будет похожий код с аналогичной функцией моргания светодиода. Если всё работает как надо, значит подключение прошло успешно.

Распиновка

Пины питания.

Мы уже рассмотрели ранее некоторые пины питания, есть еще 2:

• IOREF – этот пин даёт информацию о рабочем напряжении контроллера
• AREF – подключает источник напряжения АЦП из вне на основании которого производятся аналоговые измерения

Порты на ввод и вывод:

• 20 основных пинов – для общего назначения. Принимает за единицу – 5В,а за ноль – 0В.
• АЦП – 6 пинов, аналоговые пины, представляет напряжение в цифровом виде
• ШИМ – 6 пинов, аналоговые пины, выводит напряжение в виде ШИМ-сигналов
• I²C  —  для обмена данными между контроллером и сенсорами  с платами расширения, по интерфейсу  I²C 
• SPI – то же что и I²C , но для SPI
• UART – то же что и I²C , но для UART, не используйте во время прошивки отладки.

Цифровые пины платы UNO

Аналоговые пины платы UNO

Отличие от других плат

Рассмотрим Arduino Uno и Arduino Nano

Их основным отличиями являются габариты ( габариты Arduino Uno: 6,8 см x 5,3 см, габариты Arduino Nano: 4,2 см x 1,85 см) и тип контактных площадок.

Разъёмы: Arduino Uno – USB Type-B, иногда Micro USB; Arduino Nano – Mini или Micro USB.

Разъём питания: Arduino Uno – DC; Arduino Nano – нет

Теперь сравнимArduino Uno и Arduino Mega

Количество пинов: Arduino Uno – 14 цифровых/ 6 аналоговых ; Arduino Mega – 54 цифровых/ 16 аналоговых

Память: По объему памяти Uno существенно уступает Megа. Flash -память 32/256, SRAM –  2/8, EEPROM – 4/1

В завершение хочу сказать, что плата Arduino Uno прекрасный вариант для создания своих первых проектов. Характеристики данной платы позволяют подключать датчики, светодиоды, двигатели и прочие внешние устройства. Она просто создана для того чтобы войти в мир Ардуино.