Arduino UNO плата построена на микроконтроллере Atmega AVR для обучения, разработки, создания рабочих макетов устройств.
Размеры Уно
Arduino Uno R3 – самая популярная плата, построенная на базе процессора ATmega328. В зависимости от конкретной модели платы этой линейки используются различные микроконтроллеры, на момент написания статьи самой распространённой является версия именно R3.
Плату используют для обучения, разработки, создания рабочих макетов устройств. Ардуино, по своей сути, – это AVR микроконтроллер с возможностью упрощенного программирования и разработки. Это достигнуто с помощью специально подготовленного загрузчика, прошитого в память МК, и фирменной среды разработки.
Размеры платы представлены на схеме ниже. Общие размеры Уно составляют 53,4 мм на 68,6 мм.
Характеристики
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.
| Характеристики | Arduino Uno R3 |
|---|---|
| Микроконтроллер | ATmega328 |
| Рабочее напряжение | 5В |
| Напряжение питания (рекомендуемое) | 7-12В |
| Напряжение питания (предельное) | 6-20В |
| Цифровые входы/выходы | 14 (из них 6 могут использоваться в качестве ШИМ-выходов) |
| Аналоговые входы | 6 |
| Максимальный ток одного вывода | 40 мА |
| Максимальный выходной ток вывода 3.3V | 50 мА |
| Flash-память | 32 КБ (ATmega328) из которых 0.5 КБ используются загрузчиком |
| SRAM | 2 КБ (ATmega328) |
| EEPROM | 1 КБ (ATmega328) |
| Тактовая частота | 16 МГц |
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, Ch340g и подобных. Это решение является более дешевым и не требует прошивки дополнительного связывающего контроллера, как описано выше.Внимание! Не всё так однозначно с DCcduino UNO r3 на ch340g. 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.
ATmega328 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.
Память Ардуино Уно
Микроконтроллер Arduino Uno содержит 32 кб флэш-памяти, из которой пользователю доступно 31.5 кб, потому как 0.5 занимает загрузчик.
- ОЗУ – 2 кб памяти.
- EEPROM – 1 кб памяти.
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, распиновка
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:
- Digital – блок цифровых пинов.
- Analog – блок аналоговых пинов.
- Power – блок пинов, которые связаны с питанием и работой микросхемы.
При этом в разделе Digital пины, которые могут выдавать ШИМ-сигнал (PWM), 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.
Описание пинов платы
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.
| Пин ардуино | Адресация в скетче | Специальное назначение | ШИМ |
|---|---|---|---|
| Цифровой пин 0 | 0 | RX | |
| Цифровой пин 1 | 1 | TX | |
| Цифровой пин 2 | 2 | Вход для прерываний | |
| Цифровой пин 3 | 3 | Вход для прерываний | ШИМ |
| Цифровой пин 4 | 4 | ||
| Цифровой пин 5 | 5 | ШИМ | |
| Цифровой пин 6 | 6 | ШИМ | |
| Цифровой пин 7 | 7 | ||
| Цифровой пин 8 | 8 | ||
| Цифровой пин 9 | 9 | ШИМ | |
| Цифровой пин 10 | 10 | SPI (SS) | ШИМ |
| Цифровой пин 11 | 11 | SPI (MOSI) | ШИМ |
| Цифровой пин 12 | 12 | SPI (MISO) | |
| Цифровой пин 13 | 13 | SPI (SCK) К выходу дополнительно подсоединен встроенный светодиод |
Вызов ШИМ-сигнала осуществляется через команду AnalogWrite (номер ножки, значение от 0 до 255). Для работы с аналоговыми датчиками присутствует 6 аналоговых входов/выходов.
| Пин | Адресация в скетче | Специальное назначение |
|---|---|---|
| Аналоговый пин A0 | A0 или 14 | |
| Аналоговый пин A1 | A1 или 15 | |
| Аналоговый пин A2 | A2 или 16 | |
| Аналоговый пин A3 | A3 или 17 | |
| Аналоговый пин A4 | A4 или 18 | I2C (SCA) |
| Аналоговый пин A5 | A5 или 19 | I2C (SCL) |
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.