Arduino UNO R3 описание платы

Arduino UNO R3 описание комплектующих платы

Кто-то из Вас задавался вопросом, — из чего состоит Ардуино? По сути, на плате находится большое количество радиоэлементов, а не только микроконтроллер. Если интересно, то прошу проследовать под кат, для подробного Ардуино описания.

Для примера взята плата Arduino UNO R3, описание которой видно на картинке выше. Итак, приступим.

 

Элементы Ардуино:

 

  • USB Plug – разъем для подключения устройств USB;
  • Analog Reference Pin – для определения опорного напряжения АЦП
  • Digital Ground — земля
  • Digital I/O Pins (2-13) – цифровые выводы
  • Serial OUT (TX) – порт приема, передачи данных по COM
  • Serial IN (RX) — порт приема, передачи данных по COM
  • Reset Button – кнопка перезагрузки МК
  • In-Circuit Serial Programmer (ISCP) – через эти контакты можно перепрошить Ардуино
  • ATmega328 Microcontroller – собственно сам чип Ардуинки, он же микроконтроллер, процессор, мозг и т.д.
  • Analog In Pins (0-5) – аналоговые входы
  • Voltage In – вход используется для подачи питания от внешнего источника
  • Ground Pins — земля
  • 5 Volt Power Pin – питание 5 Вольт
  • 3 Volt Power Pin – питание 3,3 Вольт
  • Reset Pin – вход для перезагрузки
  • External Power Supply – разъем для подключения внешнего источника питания

На этом описание Ардуино не заканчивается, далее поговорим, для чего нужны все эти замечательные элементы устройства. Разберем по каждому элементу (группе элементов) в частности.

 

Подробное описание элементов платы Ардуино

 

USB Plug

Стандартный разъем USB. Используется для подключения к компьютеру через соответствующий кабель, по которому к плате подходит питание, и происходит обмен данными по параллельному порту с промежуточным преобразованием USB-COM. На борту четыре контакта: RX, TX, +5, GND. Более старые версии Ардуино подключались непосредственно к Com порту.

Чуть не забыл. Через USB можно организовать подключение между двумя устройствами Arduino.

Analog Reference

Описание вывода AREF – тема отдельной статьи. Попробую в двух словах объяснить, что это и зачем нужно. На Вывод AREF подается рабочее напряжение, АЦП преобразует его и сопоставляет соответствие максимальных значений, например 4,8В = 1023. Отсюда следует, что значение напряжения 2,5В = 512.

После проведенного измерения АЦП более точно проводит равенство напряжения цифровому значению. По умолчанию напряжение ровно 5В.

Например, если на входе аналогового ввода имеем 2,5В при опорном напряжении 2,5В, АЦП проведет равенство 4В = 1023 и 1В = 127. А вот при опорном напряжении 5В, получим равенство 5В = 1023; 2,5 = 511; 1,25В = 127.

Digital Ground

Тут вроде все понятно, дополнительный вывод земли для удобства подключения датчиков, сенсоров к плате.

Digital I/Pins (2-13)

Технические характеристики цифровых выводов Arduino UNO R3:

  • Рабочее напряжения — 
  • Цифровое значение – от 0 до 1023
  • Нагрузочный резистор — 20-50 кОм
  • Рабочий ток – 40мА
  • Режим работы: вход/выход

Не стоит забывать о том, что некоторые из этих 14 выводов имеют особые функции:

  • 0 и 1 – используются для передачи данных по последовательной шине.
  • 2 и 3 – применяются для организации внешних прерываний
  • 3, 5, 6, 9, 10, 11 – выводы для ШИМ (широтно – импульсная модуляция)
  • 10 – 13 – могут быть использованы для организации связи SPI
  • 13 – встроенный LED (светодиод) – демонстрацию работы с этим портом можно посмотреть в этом уроке для начинающих

Serial OUT (TX) и Serial IN (RX)

Назначение этих выводов я уже оговорил в пункте выше.

Reset Button

Кнопка перезагрузки позволяет запустить рабочий цикл программы заново. На практике применяется очень редко, ее можно заменить обычным снятием напряжения с источника питания.

Уже перечислено более половины функциональных элементов платы, но на этом Arduino описание платы не заканчивается.

In-Circuit Serial Programmer (ISCP)

Arduino может выступать в роли ISP программатора, при помощи которого возможно, к примеру, изменить bootloader в другой похожей плате, или перепрошить загрузчик — bootloader в новую микросхему ATmega328 (серии ATmega).

Распиновка ISCP Ардуино
На рисунке изображена распиновка и схема подключения по ISCP

ATmega328 Microcontroller

ATmega – это сердце микроконтроллера. ATmega в Arduino это как процессор Intel в системном блоке ПК. Характеристики чипа:

  • Рабочее напряжение: 
  • Входное напряжение (рекомендуемое): 7-12 В
  • Входное напряжение (предельное): 6-20 В
  • Цифровые Входы/Выходы: 14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ)
  • Аналоговые входы: 6
  • Постоянный ток через вход/выход: 40 мА
  • Постоянный ток для вывода 3,3 В: 50 мА
  • Флеш-память: 32 Кб (ATmega328) из которых 0.5 Кб используются для загрузчика
  • ОЗУ: 2 Кб (ATmega328)
  • EEPROM: 1 Кб (ATmega328)
  • Тактовая частота: 16 МГц
Описание Arduino ATmega328

Глядя на схему можно понять принцип работы всей платы Ардуино, и провести взаимосвязи

Analog In Pins (0-5)

На вход аналоговых ПИНов можно подавать напряжение от 0 до 5В. Затем в АЦП Ардуино происходит преобразование сигнала в цифровой. Цена деления составляет 4,9мВ, а это примерно 0,1%. Такой точности измерения хватает в большинстве проектов. В цифровом диапазоне можно провести равенство 0В= 05В=1023 .

Voltage In – вход используется для подачи питания от внешнего источника

Контакт используется тогда, когда нет возможности запитать плату через USB – разъем. Рабочее напряжение по этому выводу 9В (рекомендуемое).

  • По заявлениям разработчиков диапазон колеблется от 7 до 12В.
  • При 5В, на выводе 5V может получиться напряжение ниже 5В.
  • При подаче напряжения 12В есть вероятность перегрева регулятора напряжения и как следствие выхода из строя платы Ардуино.

Ground Pins

Иногда бывает удобно подключать дополнительные устройства, имея землю рядом с пином.

5 Volt Power Pin и 3.3 Volt Power Pin

Выводы питания с платы 5V и 3V3, используется для запитки подключаемых устройств к ардуино. Стоит отметить, что максимальное потребление тока, выводом 3V3, составляет 50мА.

Reset Pin

При подаче напряжения на вывод Reset плата работает по такому же принципу, если нажать кнопку Reset (перезагрузка, сброс платы).

External Power Supply

Разъем для подключения внешнего источника питания к плате Ардуино. Часто в проектах удобен тем, что позволяет подать питание на плату с использованием блока питания от какого-нибудь устройства (стационарный телефон, весы, свич и др.). Тут главное смотреть на характеристики, чтобы не промахнуться с вольтажом, иначе можно сжечь плату.

Параметры блока питания Ардуино:

  • Напряжение: 7-12В
  • Ток: 5А
Внешний блок питания для Ардуино
Вот так выглядит внешний источник питания для подключения по разъему External Power Supply

Ну, вот и все. Описание платы Arduino UNO R3 подошло к концу. Конечно, все функциональные элементы платформы были рассмотрены лишь в общих чертах. Для того, чтобы рассмотреть все в деталях, привести примеры эффективного использования, придется написать не один десяток, да что там, не одну сотню статей. Именно для этого сайт и предназначен, со временем на сайте будет раскрыт весь функционал Ардунио.

Метки: Метки