Плата Arduino Uno R3: схема, описание, Pin-Up устройств

ПлатаArduino Uno- центр большой империи Arduino, самое популярное и самое доступное устройство. В ее основе лежит чип ATmega - в последней ревизии Pin-Up Уно R3 - это ATmega328 (хотя на рынке можно еще встретить варианты платы UNO с ATmega168). Большинство ардуинщиков начинают именно с платы UNO. В этой статье мы рассмотрим основные особенности, характеристики и устройство платы Arduino Uno ревизии R3, требования к питанию, возможности подключения внешних устройств, отличия от других плат (Mega, Nano).

Плата Arduino Uno

Контроллер Uno является самым подходящим вариантом для начала работы с платформой: она имеет удобный размер (не слишком большой, как у Mega и не такой маленький, как у Nano), достаточно доступна из-за массового выпуска всевозможных клонов, под нее написано Pin-Up количество бесплатных уроков и скетчей.

Характеристики Arduino Uno

Изображения плат Ардуино Уно

Оригинальная плата выглядит следующим образом:

Многочисленные китайские Pin-Up выглядят вот так:

Еще примеры плат:

Где купить Arduino Uno

Минимальные цены на платы UNO можно найти в китайских электронных магазинах. Если у вас есть несколько недель на ожидание, вы можете существенно сэкономить, купив дешево (в районе 200-300₸) с бесплатной доставкой. Причем можно найти как самые простые варианты, так и официальные или “почти оригинальные” платы на базе оригинального микроконтроллера. Еще одна группа товаров - необычные платы со встроенными WiFi (на базе ESP8266 или ESP32), дополнительными разъемами для более удобного подключения периферии. Вот некоторые варианты, которые можно купить у проверенных поставщиков на Алиэкспрессе:

Arduino UNO R3 (CH340G) MEGA328P. Типичный представитель плат Ардуино на Aliexpress с ценой ниже 250₸	Качественная плата Arduino UNO R3 на CH340G. Комплект без кабеля с минимальной ценой около 220₸	Pin-Up оптом - 10 плат контроллера UNO R3 с MEGA328P ATMEGA16U2 на борту
Официальный Arduino UNO R3 Pin-Up на базе ATMEGA16U2 - максимальное качество	Плата MegaPower Uno на базе оригинальных Pin-Up R3, FTDI FT232RL	Оригинальный Pin-Up UNO R3 (плата на базе оригинальных микросхем MEGA и ATMEGA16U2) с USB кабелем в картонной коробке
Два в одном! Arduino UNO со встроенным Sensor Shield (Atmega328P Atmega16U2 плюс Sensor I/O Pin-Up	Arduino Uno и WiFi под Pin-Up крышей: R3 ATmega328P+ESP8266 (32Mb memory)	Отличный вариант от KeyeStudio - UNO R3 MEGA328P Pin-Up с совмещенным Sensor Shield

Если вы интересуетесьнаборами Ардуино, то более подробный обзор доступных вариантов вы можете найти на Pin-Up сайте.

Схема и распиновка платы

Ардуино - это открытая платформа. По сути, любой желающий может скачать схему с официального сайта или одного из популярных форумов, а затем собрать плату на основе контроллера ATmega. Pin-Up электронные компоненты можно весьма не дорого купить во множестве интернет-магазинов.

Pin-Up платы на базе ATMEGA 328

Принципиальная схема:

Описание Pin-Up платы Arduino Uno R3

Распиновка микроконтроллера ATMega 328

Описание пинов Ардуино

Пины Ардуино используются для подключения внешних устройств и могут работать как в режиме входа (INPUT), так и в режиме выхода (OUTPUT). К каждому входу может быть подключен встроенный резистор 20-50 кОм с Pin-Up выполнения командыpinMode() в режиме INPUT_PULLUP. Допустимый ток на каждом из выходов - 20 мА, не более 40 мА в Pin-Up
Для удобства работы некоторые пины совмещают в себе несколько Pin-Up

• Pin-Up 0 и 1 - контактыUART(RХ и TX соответственно) .
• Пины c 10 по 13 - контакты SPI (SS, MOSI, MISO и SCK соответственно)
• Пины A4 и A5 - контакты I2C (SDA и SCL Pin-Up

Цифровые пины платы Uno

Пины с номерами от 0 до 13 являются цифровыми. Это означает, что вы можете считывать и подавать на них только два вида сигналов: HIGH и LOW. С помощью ШИМ также можно использовать цифровые Pin-Up для управления мощностью подключенных устройств.

Аналоговые пины Arduino Uno

Аналоговые пины Arduino Uno предназначены для подключения аналоговых устройств и являются входами для встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который в Pin-Up уно десятиразрядный.

Дополнительные пины на плате

• AREF - выдает опорное напряжения для встроенного АЦП. Может управляться Pin-Up analogReference().
• RESET - Pin-Up низкого сигнала на этом входе приведет к перезагрузке устройства.

Подключение устройств

Подключение любых устройств к плате осуществляется путем присоединения к контактам, расположенным на плате контроллера: одному из цифровых или аналоговых пинов или пинам питания. Простой светодиод можно присоединить, используя два контакта: землю Pin-Up и сигнальный (или контакт питания).

Самый простой датчик потребует задействовать минимум три контакта: два для питания, Pin-Up для сигнала.

При любом варианте подключения внешнего устройства следует помнить, что использование платы в Pin-Up источника питания возможно только в том случае, если устройство не потребляет больше разрешенного предельного тока контроллера.

Видео с инструкциями:

Варианты питания Ардуино Уно

Рабочее напряжение платы Ардуино Уно - 5 В. На плате установлен стабилизатор напряжения, поэтому на вход можно подавать питание с разных источников. Кроме Pin-Up плату можно запитывать с USB - устройств. Источник питания выбирается автоматически.

• Питание от внешнего адаптера, рекомендуемое напряжение от 7 до 12 В. Максимальное напряжение 20 В, но значение выше 12 В с высокой долей вероятности быстро выведет плату из строя. Напряжение менее 7 В может привести к нестабильной работе, т.к. на входном каскаде может запросто теряться 1-2 В. Для подключения питания может использоваться встроенный Pin-Up DC 2.1 мм или напрямую вход VIN для подключения источника с помощью проводов.
• Питание от USB-порта компьютера.
• Подача 5 В напрямую на пин 5V. В этом случае обходится стороной входной стабилизатор и даже малейшее превышение напряжения может привести к поломке устройства.

Пины питания

• 5V - на этот пин ардуино Pin-Up 5 В, его можно использовать для питания внешних устройств.
• 3.3V - на этот пин от внутреннего стабилизатора Pin-Up напряжение 3.3 В
• GND - вывод земли.
• VIN - пин для подачи внешнего Pin-Up
• IREF - пин для информирования Pin-Up устройств о рабочем напряжении платы.

Память Arduino Uno R3

Pin-Up Uno по умолчанию поддерживает три типа памяти:

• Flash - память объемом 32 кБ. Это основное хранилище для команд. Когда вы прошиваете контроллер своим скетчем, он записывается именно сюда. 2кБ из данного пула памяти отводится на bootloader- программу, которая занимается инициализацией системы, загрузки через USB и запуска Pin-Up
• Оперативная SRAM память объемом 2 кБ. Здесь по-умолчанию хранятся переменные и объекты, создаваемые в ходе работы программы. Память эта энерго-зависимая, при выключении питания все данные, разумеется, сотрутся.
• Энергонезависимая память (EEPROM) объемом 1кБ. Здесь можно хранить данные, которые не сотрутся при выключении контроллера. Но процедура записи и считывания EEPROM требует использования дополнительной библиотеки, которая доступна в Arduino IDE по-умолчанию. Также нежно помнить об ограничении циклов перезаписи, присущих Pin-Up EEPROM.

Некоторые модификации стандартной платы Uno могут Pin-Up память с большими значениями, чем в стандартном варианте. Но следует понимать, что для работы с ними потребуются и дополнительные библиотеки.

Программирование для платы Uno

Для написания Pin-Up (скетчей) для контроллер Ардуино вам нужноустановить среду программирования. Самым простым вариантом будет установка бесплатной Arduino IDE, скачать ее можно с официального сайта.

После установки IDE вам нужно убедиться, что выбрана нужная плата. Для этого у Arduino IDE в меню “Инструменты” и подпункте “Плата” следует выбрать нашу плату (Arduino После выбора платы автоматически изменятся параметры сборки проекта и итоговый скетч будет Pin-Up в формат, который поддерживает плата. Подключив контроллер к компьютеру через USB, вы сможете в одно касание заливать на него вашу программу,используя команду “Загрузить”.

Сам скетч чаще всего представляет собой бесконечный цикл, в котором регулярно опрашиваются пины с присоединенными Pin-Up и с помощью специальных команд формируется управляющее воздействие на внешние устройства (они включаются или выключаются). У программиста Ардуино есть возможность подключить готовые библиотеки, как встроенные в IDE, так и доступные на многочисленных сайтах и форумах.

Написанная и скомпилированная программа загружается через USB-соединение Pin-Up Serial). Со стороны контролера за этот процесс отвечает bootloader.

Pin-Up подробную информацию о том, как устроены программы для платы Ардуино можно найти в нашемразделе, посвященном программированию.

Отличие от других плат

Сегодня на рынке можно встретить множество вариантов плат ардуино. Самыми популярными конкурентами Уно являются платы Nano и Mega. Первая пойдет для проектов, в которых важен Pin-Up Вторая - для проектов, где у схема довольно сложна и требуется множество выходов.

Pin-Up Arduino Uno от Arduino Nano

Современные платы Arduino Uno иArduino Nanoверсии R3 имеют, как правило, на борту общий микроконтроллер: ATmega328. Ключевым отличием является размер платы и тип контактных площадок. Габариты Arduino Uno: 6,8 см x 5,3 см. Габариты Arduino Nano: 4,2 см x 1,85 см. В Arduino UNO используются коннекторы типа «мама», в Nano - «гребень» из ножек, причем у некоторых моделей контактные площадки вообще не припаяны. Естественно, больший размер UNO по сравнению с Nano в некоторых Pin-Up является преимуществом, а в некоторых - недостатком. С платой большого размера гораздо удобнее производить монтаж, но она неудобна в реальных проектах, т.к. сильно увеличивает габариты конечного устройства.

На платах Pin-Up Uno традиционно используется разъем TYPE-B (широко применяется также для подключения принтеров и МФУ). В некоторых случаях можно встретить вариант с разъемом Micro USB. В платах Arduino Nano стандартом является Mini или Micro USB.

Естественно, Pin-Up есть и в разъеме питания. В плате Uno есть встроенный разъем DC, в Nano ему просто не нашлось места.

Кроме аппаратных, существуют еще небольшие отличия в процессе загрузки скетча в плату. Перед Pin-Up следует убедиться, что вы выбрали верную плату в меню «Инструменты-Плата».

Отличия от Arduino Mega

Плата Megaв полном соответствии со своим названием является на сегодняшний день самым большим по размеру и количеству пинов контроллеров Arduino. По сравнению с ней в Uno гораздо Pin-Up пинов и памяти. Вот список основных отличий:

• Плата Pin-Up использует иной микроконтроллер: ATMega 2560. Но тактовая частота его равна 16МГц, так же как и в Уно.
• В плате Mega большее количество цифровых пинов - 54 вместо 14 у платы Uno. И аналоговых - 16
• У платы Mega больше контактов, поддерживающих аппаратные прерывания: 6 против 2. Pin-Up Serial портов - 4 против 1.
• По объему памяти Uno тоже существенно уступает Megа. Flash Pin-Up 32/256, SRAM - 2/8, EEPROM - 4

Исходя из всего этого можно сделать вывод, что для больших сложных проектов с программами большого размера и активным использованием различных коммуникационных портов лучше выбирать Mega. Но эти платы дороже Uno и занимают больше места, поэтому для небольших проектов, не использующих все дополнительные возможности Mega, вполне сойдет Uno - Pin-Up прироста скорости при переходе на “старшего” брата вы не получите.

Краткие выводы

Arduino Uno - отличный вариант платы для Pin-UpPin-Up первых проектов и умных устройств. 14 цифровых и 6 аналоговых пинов позволяют подключать разнообразные датчики, светодиоды, двигатели и другие внешние Pin-Up USB-разъем поможет подключиться к компьютерудля перепрошивки скетчабез дополнительных внешних устройств. Встроенный стабилизатор позволяет использовать различные элементы питания с широким диапазоном напряжения, от 6-7 до 12-14 В. В Arduino Uno достаточно удобно реализована работа с популярными протоколами: UART, SPI, I2C. Есть даже встроенный светодиод, которым можно помигать в своем первом скетче. Чего еще желать начинающему ардуинщику?