Плата розробника Uno R3 + USB кабель (2007)

Від звичайної плати розробника UNO R3 відрізняється мікросхемою CH340G, яка замінила ATmega16U2

Загальні відомості

Плата розробника Uno – це пристрій на основі мікроконтролера ATmega328 (). До його складу входить все необхідне для зручної роботи з мікроконтролером: 14 цифрових входів/виходів (з них 6 можуть використовуватися як ШИМ-виходи), 6 аналогових входів, кварцовий резонатор на 16 МГц, роз'єм USB, роз'єм живлення, роз'єм для внутрішньосхемного програмування (ICSP) та кнопка скидання. Для початку роботи з пристроєм досить просто подати живлення від AC/DC-адаптера або батарейки, або підключити його до комп'ютера за допомогою кабелю USB.

На відміну від усіх попередніх плат Ардуїно, Uno як перетворювач інтерфейсів USB-UART використовує мікроконтролер ATmega16U2 (ATmega8U2 до версії R2) замість мікросхеми FTDI.

На платі Плата розробника Uno версії R2 для спрощення процесу оновлення прошивки доданий резистор, що підтягує до землі лінію HWB мікроконтролера 8U2.

Зміни на платі версії R3 наведені нижче:

• Розпинка 1.0: додано висновки SDA та SCL (біля виводу AREF), а також два нових виводи, розташовані біля виводу RESET. Перший – IOREF – дозволяє платам розширення підлаштовуватися під робочу напругу Ардуїно. Цей висновок передбачений для сумісності плат розширення як з 5В-Ардуїно на базі мікроконтролерів AVR, так і з 3.3В-платами Плата розробника Due. Другий висновок ні до чого не приєднаний та зарезервований для майбутніх цілей.
• Поліпшено завадостійкість ланцюга скидання.
• Мікроконтролер ATmega8U2 замінено на ATmega16U2.

"Uno" (у перекладі з італійської - "один") названий з нагоди майбутнього випуску Плата розробника 1.0. Спільно з Плата розробника 1.0, дані пристрої будуть базовими версіями Ардуїно. Uno - еталонна модель платформи Плата розробника та є останньою в серії USB-плат; для порівняння з попередніми версіями див. .

Характеристики

Схема та вихідний проект

Файли EAGLE: (ПРИМІТКА: сумісно з версіями Eagle не нижче 6.0)

Схема:

У файлах проекту Ардуїно можуть фігурувати мікроконтролери ATmega8, 168 або 328. Наприклад, в останніх моделях використовується мікроконтролер ATmega328, але на схемі може бути вказаний мікроконтролер ATmega8. Це не помилка, оскільки всі три мікросхеми повністю сумісні між собою за висновками.

живлення

Плата розробника Uno може бути запитана від USB або від зовнішнього джерела живлення - тип джерела вибирається автоматично.

В якості зовнішнього джерела живлення (не USB) може використовуватися мережний AC/DC-адаптер або акумулятор/батарея. Штекер адаптера (діаметр – 2.1мм, центральний контакт – позитивний) необхідно вставити у відповідний роз'єм живлення на платі. У разі живлення від акумулятора/батареї, її дроти необхідно підключити до висновків Gnd та Vin роз'єму POWER.

Напруга зовнішнього джерела живлення може бути в межах від 6 до 20 В. Однак зменшення напруги живлення нижче 7В призводить до зменшення напруги на виведенні 5V, що може стати причиною нестабільної роботи пристрою. Використання напруги більше 12В може призводити до перегріву стабілізатора напруги та виходу плати з ладу. З огляду на це рекомендується використовувати джерело живлення з напругою в діапазоні від 7 до 12В.

Нижче наведено висновки харчування, розташовані на платі:

• VIN. Напруга, що надходить у Плата розробника безпосередньо від зовнішнього джерела живлення (не пов'язане з 5В від USB або іншою стабілізованою напругою). Через цей висновок можна подавати зовнішнє живлення, так і споживати струм, коли пристрій запитано від зовнішнього адаптера.
• 5V. На висновок надходить напруга 5В від стабілізатора напруги на платі, незалежно від того, як запитано пристрій: від адаптера (7 - 12В), від USB (5В) або через висновок VIN (7 - 12В). Запитувати пристрій через висновки 5V або 3V3 не рекомендується, оскільки в цьому випадку не використовується стабілізатор напруги, що може призвести до виходу ладу.
• 3V3. 3.3В, що надходять від стабілізатора напруги на платі. Максимальний струм, який споживається від цього висновку, становить 50 мА.
• GND. Висновки землі.
• IOREF. Цей висновок надає платам розширення інформацію про робочу напругу мікроконтролера Ардуїно. Залежно від напруги, зчитаної з виведення IOREF, плата розширення може переключитися на відповідне джерело живлення або задіяти перетворювачі рівнів, що дозволить їй працювати як з 5В, так і з 3.3В-пристроями.

Пам'ять

Об'єм флеш-пам'яті ATmega328 становить 32 КБ (з яких 0.5 КБ використовуються завантажувачем). Мікроконтролер також має 2 КБ пам'яті SRAM та 1 КБ EEPROM (з якої можна зчитувати або записувати інформацію за допомогою).

Входи та виходи

З використанням функцій , і кожен із 14 цифрових висновків може працювати як вход або вихід. Рівень напруги на висновках обмежений 5В. Максимальний струм, який може віддавати або споживати один висновок, становить 40 мА. Всі висновки пов'язані з внутрішніми резисторами (за замовчуванням відключеними) номіналом 20-50 кОм. Крім цього, деякі висновки Ардуїно можуть виконувати додаткові функції:

• Послідовний інтерфейс: висновки 0 (RX) та 1 (TX). Використовуються для отримання (RX) та передачі (TX) даних за послідовним інтерфейсом. Ці висновки з'єднані з відповідними висновками мікросхеми ATmega8U2, яка виконує роль USB-UART-перетворювача.
• Зовнішні переривання: висновки 2 і 3. Можуть бути джерелами переривань, що виникають при фронті, спаді або низькому рівні сигналу цих висновках. Для отримання додаткової інформації див. функцію .
• ШІМ: висновки 3, 5, 6, 9, 10 та 11. За допомогою функції можуть виводити 8-бітові аналогові значення у вигляді ШІМ-сигналу.
• Інтерфейс SPI: висновки 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Із застосуванням ці висновки можуть здійснювати зв'язок за інтерфейсом SPI.
• Світлодіод: 13. Вбудований світлодіод, приєднаний до виводу 13. При надсиланні значення HIGH світлодіод вмикається, при відправленні LOW - вимикається.

Плата розробника Uno має 6 аналогових входів (A0 - A5), кожен з яких може представити аналогову напругу у вигляді 10-бітного числа (1024 різних значення). За замовчуванням, вимірювання напруги здійснюється щодо діапазону від 0 до 5 В. Проте верхню межу цього діапазону можна змінити, використовуючи висновок AREF і функцію analogReference(). Крім цього, деякі з аналогових входів мають додаткові функції:

• TWI: висновок A4 або SDA та висновок A5 або SCL. З використанням дані висновки можуть здійснювати зв'язок за інтерфейсом TWI.

Крім перерахованих на платі, існує ще кілька висновків:

• AREF. Опорна напруга для аналогових входів. Може використовуватися функцією analogReference().
• Reset. Формування низького рівня (LOW) на цьому висновку призведе до перезавантаження мікроконтролера. Зазвичай цей висновок служить для функціонування кнопки скидання на платах розширення

Дивіться також . Розпинка для мікроконтролерів ATmega8, 168 та 328 ідентична.

Зв'язок

Плата розробника Uno надає низку можливостей для здійснення зв'язку з комп'ютером, ще одним Ардуїном або іншими мікроконтролерами. У ATmega328 є приймач UART, що дозволяє здійснювати послідовний зв'язок за допомогою цифрових висновків 0 (RX) і 1 (TX). Мікроконтролер ATmega16U2 на платі забезпечує зв'язок цього приймача з USB-портом комп'ютера, і при підключенні до ПК дозволяє Ардуїно визначатися як віртуальний COM-порт. Прошивка мікросхеми 16U2 використовує стандартні драйвери USB-COM, тому встановлення зовнішніх драйверів не потрібно. На платформі . У пакет програмного забезпечення Ардуїно входить спеціальна програма, що дозволяє зчитувати та відправляти на Ардуїно прості текстові дані. При передачі даних через мікросхему-перетворювач USB-UART під час USB-з'єднання з комп'ютером, на платі блиматимуть світлодіоди RX та TX. (При послідовній передачі даних за допомогою висновків 0 і 1, без використання USB-перетворювача, дані світлодіоди не використовуються).

дозволяє реалізувати послідовний зв'язок на будь-яких цифрових висновках. Плата розробника Uno.

У мікроконтролері ATmega328 також реалізовано підтримку послідовних інтерфейсів I2C (TWI) і SPI. До програмного забезпечення Ардуїно входить бібліотека Wire, що дозволяє спростити роботу з шиною I2C; для отримання більш детальної інформації див. Для роботи з інтерфейсом SPI використовуйте .

Програмування

Плата розробника Uno програмується за допомогою Ардуїно (). Для цього з меню Tools > Board необхідно вибрати "Плата розробника Uno" з мікроконтролером, який відповідає вашій платі. Для отримання більш детальної інформації див.

ATmega328 Плата розробника Uno випускається з прошитим завантажувачем, що дозволяє завантажувати в мікроконтролер нові програми без необхідності використання зовнішнього програматора. Взаємодія з ним здійснюється за оригінальним протоколом STK500 (, ).

Тим не менш, мікроконтролер можна прошити і через роз'єм для внутрішньосхемного програмування ICSP (In-Circuit Serial Programming), не звертаючи уваги на завантажувач; докладніше про це див.

Вихідний код прошивки мікроконтролера ATmega16U2 (або 8U2 на платах версії R1 та R2) знаходиться у вільному доступі. Прошивка ATmega16U2/8U2 включає DFU-завантажувач (Device Firmware Update), що дозволяє оновлювати прошивку мікроконтролера. Для активації режиму DFU необхідно:

• На платах версії R1: замкнути перемичку на звороті плати (біля зображення Італії), після чого скинути 8U2.
• На платах версій R2 і вище для спрощення переходу в режим DFU присутній резистор, що підтягує до землі лінію HWB мікроконтролера 8U2/16U2.

Після переходу до DFU-режиму для завантаження нової прошивки можна використовувати програмне забезпечення (для Windows) або (для Mac OS X та Linux). Альтернативний варіант – прошити мікроконтролер через роз'єм для внутрішньосхемного програмування ISP за допомогою зовнішнього програматора, проте в цьому випадку DFU-завантажувач затремтить. Для отримання більш детальної інформації див.

Автоматичний (програмний) скидання

Щоб щоразу перед завантаженням програми не потрібно натискати кнопку скидання, Плата розробника Uno спроектована таким чином, що дозволяє здійснювати його скидання програмно з підключеного комп'ютера. Один із висновків ATmega8U2/16U2, що бере участь у управлінні потоком даних (DTR), з'єднаний з виведенням RESET мікроконтролера ATmega328 через конденсатор номіналом 100 нФ. Коли на лінії DTR з'являється нуль, висновок RESET також перетворюється на низький рівень на час, достатній для перезавантаження мікроконтролера. Ця особливість використовується для того, щоб можна було прошивати мікроконтролер лише одним натисканням кнопки серед програмування Ардуїно. Така архітектура дозволяє зменшити тайм завантажувача, оскільки процес прошивки завжди синхронізований зі спадом сигналу на лінії DTR.

Однак ця система може призводити і до інших наслідків. При підключенні Uno до комп'ютерів, що працюють на Mac OS X або Linux, його мікроконтролер скидатиметься при кожному з'єднанні програмного забезпечення з платою. Після скидання на Плата розробника Uno активізується завантажувач на час близько півсекунди. Незважаючи на те, що завантажувач запрограмований ігнорувати сторонні дані (тобто всі дані, що не стосуються процесу прошивки нової програми), він може перехопити кілька перших байт даних з посилки, що надсилається платі відразу після встановлення з'єднання. Відповідно, якщо програма, що працює на Ардуїно, передбачає отримання від комп'ютера будь-яких налаштувань або інших даних при першому запуску, переконайтеся, що програмне забезпечення, з яким взаємодіє Ардуїно, здійснює відправлення через секунду після встановлення з'єднання.

На платі Uno існує доріжка (позначена як "RESET-EN"), розімкнувши яку, можна вимкнути автоматичне скидання мікроконтролера. Для відновлення функції автоматичного скидання необхідно спаяти між собою висновки, розташовані по краях цієї доріжки. Автоматичне скидання також можна вимкнути, підключивши резистор номіналом 110 Ом між виведенням RESET та 5В; для отримання більш детальної інформації див.

Захист USB від перевантажень

У платіжному розробнику Uno є відновлювані запобіжники, що захищають USB-порт комп'ютера від коротких замикань і перевантажень. Незважаючи на те, що більшість комп'ютерів мають власний захист, такі запобіжники забезпечують додатковий рівень захисту. Якщо від USB-порту споживається струм більше 500 мА, запобіжник автоматично розірве з'єднання до усунення причин короткого замикання або перевантаження.

Фізичні характеристики

Максимальна довжина та ширина друкованої плати Uno складає 6.9 см і 5.4 см відповідно, з урахуванням роз'єму USB та роз'єму живлення, що виступають за межі плати. Чотири отвори кріплення дозволяють прикріплювати плату до поверхні або корпусу. Зверніть увагу, що відстань між цифровими висновками 7 і 8 не є традиційною 2.54 мм і становить 4 мм.