В последующих двух уроках расскажу о платах Ардуино функционально полностью совместимых с Arduino UNO R3, но имеющих другое конструктивное исполнение.

Предыдущий урок     Список уроков     Следующий урок

Плата Arduino UNO, наверное, имеет наибольшую популярность среди  разработчиков электронных изделий на базе Ардуино.  Она идеально подходит для отладки программной и аппаратной частей устройств на этапе разработки.

 

Но для завершенных устройств, а тем более при серийном выпуске ее положительные качества скорее превращаются в недостатки.

• Плата Arduino UNO имеет небольшие размеры (69 x 54 мм), но ее некоторая избыточность  позволяет в разы уменьшить размеры других вариантов плат. Например, у платы Arduino Pro Mini габариты всего 18 x 33 мм. Существует множество практических приложений, где размеры электроники играют решающее значение.
• Подключение внешних сигналов к плате Arduino UNO происходит через разъемы. На этапе разработки это скорее плюс. А в готовом изделии разъемы резко снижают надежность устройства. При тяжелых условиях эксплуатации (вибрации, повышенная влажность и т.п.) разъемы платы Arduino UNO практически неработоспособны.
• Плата Arduino UNO содержит преобразователь интерфейсов для подключения к компьютеру через порт USB. Но далеко не для всех устройств необходима связь с компьютером. Опять, то, что совершенно необходимо при отладке, оказывается лишним в рабочем устройстве.
• Все перечисленное выше также влияет на стоимость платы Arduino UNO. Убрав лишнее, уменьшив размеры платы, появилась возможность снизить ее стоимость.

Речь идет о платах с теми же микроконтроллерами, имеющим те же характеристики, но с другими схемными и конструктивными решениями:

• Arduino Nano;
• Arduino Pro Mini.

Каждая из этих плат выпускается в двух вариантах с микроконтроллером ATmega328 и ATmega168. Во втором варианте в 2 раза уменьшаются объемы FLASH, ОЗУ и EEPROM.

Я собираюсь использовать эти платы в последующих уроках, поэтому решил рассказать о них.

 

Плата Arduino Nano.

Это небольшая плата размерами 19 x 43 мм. Тем не менее, по функциям и параметрам вполне заменяет Arduino UNO.

Как правило, не содержит разъемов для подключения внешних сигналов, но они легко могут быть запаяны.

У платы есть преобразователь интерфейса UART в USB и USB разъем для подключения к компьютеру.

 

Характеристики платы Arduino Nano.

Большая часть параметров платы определяется используемым микроконтроллером.

Тип микроконтроллера	ATmega168	ATmega328
Архитектура	AVR
Напряжение питания микроконтроллера	5 В
Номинальное напряжение питания платы	7 – 12 В
Предельно-допустимое  напряжение питания платы	6 – 20 В
Тактовая частота	16 мГц
Объем памяти программ (FLASH)	16 кбайт	32 кбайт
Объем оперативной памяти  (SRAM)	1 кбайт	2 кбайт
Объем энергонезависимой памяти (EEPROM)	512 байт	1 кбайт
Дискретные входы/выходы	14 выводов ( 6 могут быть использованы для генерации ШИМ)
Аналоговые входы	8 входов
Предельно-допустимый ток цифрового выхода	40 мА (но не более 200 мА для всех выводов)
Ток потребления	Не более 20 мА
Размеры платы	18,5 x 43 мм
Вес	7 г

 

Назначение выводов платы Arduino Nano.

Питание.

Плата может получать питание двумя способами:

• через кабель связи с компьютером от USB порта;
• от внешнего источника питания напряжением 6-20 В. Напряжение может быть не стабилизировано, но с низким уровнем пульсаций.

Напряжение внешнего источника питания стабилизируется на уровне 5 В с помощью микросхемы LM1117IMPX-5.0. Напряжение USB порта компьютера подключается к выходу стабилизатора через диод Шоттки (с низким падением напряжения).

Таким образом, при одновременном подключении обоих источников плата питается от источника с большим напряжением.

Вывод 5 V может быть использован для питания внешнего устройства. Надо только помнить, что ток нагрузки не должен превышать для разных плат 500-800 мА.

К выводу 3.3V можно подключать питание внешних устройств напряжением 3,3 В. У моей платы ток нагрузки не должен превышать 180 мА.

 

Входы и выходы платы.

• Все выводы, цифровые и аналоговые, могут работать в диапазоне 0 … 5 В.
• Максимальный вытекающий или втекающий ток для цифрового вывода в режиме выхода не должен превышать 40 мА. Общий ток выводов не должен превышать 200 мА.
• Все выводы могут быть программно подключены к источнику питания микроконтроллера 5 В через подтягивающие резисторы сопротивлением 20-50 кОм.
• Если на аналоговый вход или дискретный вывод в режиме входа подать напряжение свыше 5 В или ниже 0 В, то оно будет ограничено защитными диодами микроконтроллера.

В этих случаях сигнал должен подключаться через ограничительный резистор,  иначе микроконтроллер может выйти из строя.

Цифровые выводы. У платы 14 цифровых выводов, каждый из которых может работать в режимах входа и выхода. Некоторые выводы имеют еще альтернативные функции.

Последовательный интерфейс UART: выводы 0(RX) и 1(TX). Используются для обмена данными по интерфейсу UART. Эти выводы платы непосредственно соединены с соответствующими выводами микроконтроллера. К ним же через резисторы сопротивлением 1 кОм подключены сигналы преобразователя интерфейса.

Таким образом, выводы платы имеют приоритет по отношению к сигналам преобразователя интерфейсов. При загрузке программы в плату или обмене данными с компьютером выводы RX и TX должны оставаться свободными.

Внешние прерывания: выводы 2 и 3. Выводы, которые могут быть использованы для формирования внешних прерываний.

ШИМ: выводы 3,5,6,9, 10, 11. На этих выводах может быть сформирован сигнал ШИМ аппаратным способом.

Последовательный интерфейс SPI: выводы 10 (SS), 11 (MOSI), 13 (SCK). Выводы аппаратного интерфейса SPI.

Светодиод: вывод 13. К этому выводу подключен светодиод, обозначенный на плате L. Светится при высоком уровне сигнала.

Аналоговые входы: A0…A8. 8 аналоговых входов для измерения напряжения с помощью встроенного АЦП. Разрядность АЦП – 10 бит.

Интерфейс  I2C: выводы A4 (SDA) и A5 (SCL). Сигналы аппаратного интерфейса I2C.

AREF. Опорное напряжение для АЦП микроконтроллера. Определяет диапазон измерения напряжения на аналоговых входах.

RST. Сигнал сброса микроконтроллера. Низкий уровень приводит к перезагрузке системы.

Светодиоды.

На плате есть 4 светодиода, показывающие состояние сигналов.

Обозначение на плате	При каком уровне сигнала светится	Назначение
TX	низкий	Сигнал TX активен
RX	низкий	Сигнал RX активен
PWR	5 В	Питание есть
L	высокий	Светодиод общего назначения

Загрузка программы в плату из Arduino IDE происходит традиционным способом.

 

Принципиальная схема платы Arduino Nano.

Схемы плат разных производителей могут отличаться. Чаще всего различия касаются преобразователя интерфейсов USB-UART.

В китайских клонах обычно используются мосты USB-UART микросхемы CH340G. В фирменных платах преобразователь интерфейсов выполнен на микросхеме FT232RL.

Вот схема такого варианта  платы Arduino Nano.

Микроконтроллер включен по стандартной схеме. Систему питания я уже объяснил.

Преобразователь интерфейсов FT232RL также включен по стандартной схеме. Сигнал DTR соединен через конденсатор емкостью 0,1 мкФ с выводом Reset микроконтроллера для формирования сигнала сброса при загрузке программы из Arduino IDE.

 

В следующем уроке я расскажу еще об одной плате на микроконтроллерах ATmega168/328. Об одной из самых миниатюрных плат - Arduino Pro Mini.

 

Предыдущий урок     Список уроков     Следующий урок