Что такое платформа Ардуино и для чего она нужна
Ардуино представляет собой готовую аппаратно-программную платформу, главными компонентами которой являются небольшая плата-контроллер ввода/вывода и среда разработки на основе Processing/Wiring.
Первый прототип контроллера был выпущен еще в 2005 году, когда Массимо Банци разработал его для студентов Института проектирования взаимодействий города Ивреа, Италия. Название устройства происходит от имени короля Ардуина, правившего Италией всего два года в начале XI века, в честь которого был назван и пивной бар «ди Ре Ардуино», принадлежащий Массимо Банци, и расположенный на том самом месте, где по преданию родился король Ардуин.
Цель Ардуино – создать доступную среду для разработчиков программного обеспечения, которая позволит им войти в мир программирования микроконтроллеров. Программирование контроллеров данный фирмы происходит в простой и интуитивно понятной среде программирования – Arduino IDE. Эта среда удобна как и для начинающих пользователей, так и для опытных. Используется язык программирования С++, который дополнен множеством библиотек, что упрощает работу с устройством.
Ардуино произвела настоящую революцию международного масштаба в сфере разработки электронных устройств. Как схемы, так и исходные коды бесплатно доступны, благодаря чему Ардуино и получила столь широкую популярность. Готовую плату можно приобрести всего за несколько долларов, или собрать ее самому.
Плата Ардуино обладает собственным процессором и памятью, снабжена множеством вводов и выводов, к которым могут быть подключены различные датчики, а также исполнительные устройства и механизмы. На данный момент доступно более 20 основных модификаций плат Ардуино.
Микроконтроллеры платформы Ардуино
Особенность Ардуино в том, что для работы с ней не нужно быть программистом, не требуется специальных знаний о том, как работает микроконтроллер, чтобы построить простой проект. Стандартные библиотеки Ардуино открывают простор для творчества в плане автоматизации чего-либо.
Программирование здесь осуществляется через специальную программную оболочку (IDE), которую можно бесплатно скачать на сайте Arduino. Написанная на Java, дружелюбная оболочка работает под Windows, Mac OS X, и Linux, она содержит текстовый редактор, менеджер проектов, препроцессорный компилятор, а также инструменты для загрузки программы непосредственно в микроконтроллер.
Используемые в Ардуино микроконтроллеры уже имеют прошитый загрузчик (bootloader), поэтому программатор не нужен, достаточно соединить плату с компьютером через USB или через переходник UART-USB, и загрузить программу.
Имеется на плате и возможность прошить загрузчик в микроконтроллер самостоятельно с помощью программатора, в Arduino IDE встроена поддержка наиболее популярных дешевых программаторов, есть штыревой разъем для внутрисхемного программирования (ICSP для AVR, JTAG для ARM).
В большинстве устройств Ардуино используются микроконтроллеры Atmel AVR ATmega328, ATmega168, ATmega2560, ATmega32U4, ATTiny85 с частотой тактирования 16 или 8 МГц. Есть также платы на процессоре ARM Cortex M.
Порты Ардуино
Плата Arduino UNO R3
Для подключения любых электронных компонентов (светодиоды, моторы, датчики и т.д.) к плате контроллера используются порты ввода/вывода. Их также называют пинами. Это цифровые, аналоговые или цифро-аналоговые интерфейсы, имеющие свою собственную функцию.
Как следует из названия, на цифровых пинах у нас цифровой сигнал. Они могут выдавать только два значения: логический ноль (0, LOW) и логическую единицу (1, HIGH).
Аналоговые – похожи на цифровые, с той разницей, что их основная цель – подключение аналоговых датчиков.
Для того чтобы использовать (передавать сигнал) через эти порты, нам следует в своей программе инициализировать их, используя функцию pinMode (,), где номер пина – это номер разъема, указанный на плате Arduino. Режим INPUT требуется для чтения данных, OUTPUT – для передачи. В случае, когда мы используем такие пины без предварительного указания pinMode, полученные значения могут быть ошибочными.
Цифро-аналоговые порты (или ШИМ – входы/выходы с функцией широтноимпульсной модуляции) – более «умный» интерфейс. Они всегда готовы к приему/передаче данных и не требуют предварительной инициализации. Главным их достоинством является возможность передавать значения в диапазоне от 0 до 255, что позволяет гораздо более
точно вмешиваться в работу подключенных элементов. Такие порты обозначены на плате (и в документации) как PWM или знаком «~» (тильда).
Цифровые и аналоговые пины – порты коммутации (подключения). ШИМ – порты управления. При необходимости изменять параметры работы радиоэлемента, следует подключать его к ШИМ. Если достаточно просто включать/выключать элемент схемы – можно использовать любой порт Arduino.
Другим и последним важным критерием портов платы Arduino, является их физическая составляющая. Следует помнить, что каждый пин: имеет напряжение на выходе 5В. Может дать максимальное количество тока 0.02А
Это небольшие критерии, о которых важно помнить, чтобы сэкономить множество времени.
Программирование
Чтобы освоить базу программирования для Ардуино новичку, нужно всего несколько часов, ибо в сети уже есть огромное количество видео уроков, тематических публикаций, заметок и статей на тему разработки для Ардуино. Основа — C++, дополненный простыми функциями управления вводами/выводами платы, и более въедливые пользователи смогут работать хоть в Visual Studio, хоть в Eclipse, или даже через командную строку.
Внешние устройства и платы-расширения
Практически Ардуино предоставляет огромные возможности для создания любых устройств, можно подключать датчики, замки, моторы, дисплеи, роутеры, да хоть чайники. Можно расширять изделие дополнительными платами — шилдами, например для работы с GPS, для соединения по локальной сети или интернету, для bluetooth, Wi-Fi и т. д. Особенно популярна Ардуино в робототехнике.
Удобно то, что для подключения расширений не нужен паяльник, используются простые штыревые соединения, что позволяет легко конструировать макеты, усложнять их так, как хочется, в общем, простор для творчества безграничен.
Платы-расширения (шилды) уже продаются для множества разных функций, их можно соединять подобно бутерброду, благодаря удобному устройству разъемов. Это могут быть платы беспроводной коммуникации, платы управления шаговым двигателем, и любые другие контроллеры различных назначений.
Почему так популярно использование Ардуино
Платформа Ардуино получила широкое признание у разработчиков новых электронных устройств, преподавателей и студентов инженерных направлений подготовки, а так же школьников в кружках технического творчества.
Использование Ардуино упрощает процесс работы с микроконтроллерами. По техническому оснащению она идеально подходит для образовательного процесса по проектированию различных мехатронных систем и роботов, благодаря понятной среде программирования и возможности наблюдения физических процессов в реальном времени, а также благодаря понятной среде программирования и ряду других преимуществ.
Она может использоваться в качестве средства обучения и исследования в цифровой обработке сигналов, электронике, схемотехнике, робототехнике, автоматике и др. Более мощные платы Ардуино применимы для решения сложных технических задач, связанных с разработкой больших проектов и их комплексной автоматизацией.
Ардуино – это наиболее популярная тенденция, делающая микроконтроллеры доступными для понимания и использования большому количеству людей, даже не специалистов в данной отрасли. При помощи этой популярной платформы можно сделать большое количество интересных и полезных проектов.
Можно сказать, что Ардуино является универсальным расширяемым программируемым контроллером-конструктором, который может стать незаменимым помощником при решения любых творческих задач, связанных с электроникой произвольного назначения, хоть будильник, хоть сложный робот, хоть шаговый двигатель, — всем этим, и не только, можно управлять по нужному алгоритму при помощи Ардуино.
Огромное количество всевозможной периферии: кнопки, датчики, светодиоды, ЖК-индикаторы, и другие органы взаимодействия с окружающим миром, доступны для работы с Ардуино.
В интернет уже доступны сотни программ для Ардуино, способные помочь как начинающим, так и опытным пользователям для реализации их проектов.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Arduino.ru
Arduino Uno контроллер построен на ATmega328 (техническое описание, pdf). Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи.
В отличие от всех предыдущих плат, использовавших FTDI USB микроконтроллер для связи по USB, новый Ардуино Uno использует микроконтроллер ATmega8U2 (техническое описание, pdf).
«Uno» переводится как один с итальянского и разработчики тем самым намекают на грядущий выход Arduino 1.0. Новая плата стала флагманом линейки плат Ардуино. Для сравнения с предыдущими версиями можно обратиться к полному списку плат Arduino.
Характеристики
Микроконтроллер
Рабочее напряжение
Входное напряжение (рекомендуемое)
Входное напряжение (предельное)
Цифровые Входы/Выходы
14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ)
Аналоговые входы
Постоянный ток через вход/выход
Постоянный ток для вывода 3.3 В
Флеш-память
32 Кб (ATmega328) из которых 0.5 Кб используются для загрузчика
2 Кб (ATmega328)
1 Кб (ATmega328)
Тактовая частота
Схема и исходные данные
Питание
Arduino Uno может получать питание через подключение USB или от внешнего источника питания. Источник питания выбирается автоматически.
Внешнее питание (не USB) может подаваться через преобразователь напряжения AC/DC (блок питания) или аккумуляторной батареей. Преобразователь напряжения подключается посредством разъема 2.1 мм с центральным положительным полюсом. Провода от батареи подключаются к выводам Gnd и Vin разъема питания.
Платформа может работать при внешнем питании от 6 В до 20 В. При напряжении питания ниже 7 В, вывод 5V может выдавать менее 5 В, при этом платформа может работать нестабильно. При использовании напряжения выше 12 В регулятор напряжения может перегреться и повредить плату. Рекомендуемый диапазон от 7 В до 12 В.
- VIN. Вход используется для подачи питания от внешнего источника (в отсутствие 5 В от разъема USB или другого регулируемого источника питания). Подача напряжения питания происходит через данный вывод.
- 5V. Регулируемый источник напряжения, используемый для питания микроконтроллера и компонентов на плате. Питание может подаваться от вывода VIN через регулятор напряжения, или от разъема USB, или другого регулируемого источника напряжения 5 В.
- 3V3. Напряжение на выводе 3.3 В генерируемое встроенным регулятором на плате. Максимальное потребление тока 50 мА.
- GND. Выводы заземления.
Память
Микроконтроллер ATmega328 располагает 32 кБ флэш памяти, из которых 0.5 кБ используется для хранения загрузчика, а также 2 кБ ОЗУ (SRAM) и 1 Кб EEPROM.(которая читается и записывается с помощью библиотеки EEPROM).
Входы и Выходы
Каждый из 14 цифровых выводов Uno может настроен как вход или выход, используя функции pinMode(), digitalWrite(), и digitalRead(), . Выводы работают при напряжении 5 В. Каждый вывод имеет нагрузочный резистор (по умолчанию отключен) 20-50 кОм и может пропускать до 40 мА. Некоторые выводы имеют особые функции:
- Последовательная шина: 0 (RX) и 1 (TX). Выводы используются для получения (RX) и передачи (TX) данных TTL. Данные выводы подключены к соответствующим выводам микросхемы последовательной шины ATmega8U2 USB-to-TTL.
- Внешнее прерывание: 2 и 3. Данные выводы могут быть сконфигурированы на вызов прерывания либо на младшем значении, либо на переднем или заднем фронте, или при изменении значения. Подробная информация находится в описании функции attachInterrupt().
- ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10, и 11. Любой из выводов обеспечивает ШИМ с разрешением 8 бит при помощи функции analogWrite().
- SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Посредством данных выводов осуществляется связь SPI, для чего используется библиотека SPI.
- LED: 13. Встроенный светодиод, подключенный к цифровому выводу 13. Если значение на выводе имеет высокий потенциал, то светодиод горит.
На платформе Uno установлены 6 аналоговых входов (обозначенных как A0 .. A5), каждый разрешением 10 бит (т.е. может принимать 1024 различных значения). Стандартно выводы имеют диапазон измерения до 5 В относительно земли, тем не менее имеется возможность изменить верхний предел посредством вывода AREF и функции analogReference(). Некоторые выводы имеют дополнительные функции:
- I2C: 4 (SDA) и 5 (SCL). Посредством выводов осуществляется связь I2C (TWI), для создания которой используется библиотека Wire.
Дополнительная пара выводов платформы:
- AREF. Опорное напряжение для аналоговых входов. Используется с функцией analogReference().
- Reset. Низкий уровень сигнала на выводе перезагружает микроконтроллер. Обычно применяется для подключения кнопки перезагрузки на плате расширения, закрывающей доступ к кнопке на самой плате Arduino.
Обратите внимание на соединение между выводами Arduino и портами ATmega328.
Связь
На платформе Arduino Uno установлено несколько устройств для осуществления связи с компьютером, другими устройствами Arduino или микроконтроллерами. ATmega328 поддерживают последовательный интерфейс UART TTL (5 В), осуществляемый выводами 0 (RX) и 1 (TX). Установленная на плате микросхема ATmega8U2 направляет данный интерфейс через USB, программы на стороне компьютера «общаются» с платой через виртуальный COM порт. Прошивка ATmega8U2 использует стандартные драйвера USB COM, никаких стороних драйверов не требуется, но на Windows для подключения потребуется файл ArduinoUNO.inf. Мониторинг последовательной шины (Serial Monitor) программы Arduino позволяет посылать и получать текстовые данные при подключении к платформе. Светодиоды RX и TX на платформе будут мигать при передаче данных через микросхему FTDI или USB подключение (но не при использовании последовательной передачи через выводы 0 и 1).
Библиотекой SoftwareSerial возможно создать последовательную передачу данных через любой из цифровых выводов Uno.
ATmega328 поддерживает интерфейсы I2C (TWI) и SPI. В Arduino включена библиотека Wire для удобства использования шины I2C.
Программирование
Платформа программируется посредством ПО Arduino. Из меню Tools > Board выбирается «Arduino Uno» (согласно установленному микроконтроллеру). Подробная информация находится в справочнике и инструкциях.
Микроконтроллер ATmega328 поставляется с записанным загрузчиком, облегчающим запись новых программ без использования внешних программаторов. Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500.
Имеется возможность не использовать загрузчик и запрограммировать микроконтроллер через выводы ICSP (внутрисхемное программирование). Подробная информация находится в данной инструкции.
Автоматическая (программная) перезагрузка
Uno разработана таким образом, чтобы перед записью нового кода перезагрузка осуществлялась самой программой Arduino на компьютере, а не нажатием кнопки на платформе. Одна из линий DTR микросхемы ATmega8U2, управляющих потоком данных (DTR), подключена к выводу перезагрузки микроконтроллеру ATmega328 через 100 нФ конденсатор. Активация данной линии, т.е. подача сигнала низкого уровня, перезагружает микроконтроллер. Программа Arduino, используя данную функцию, загружает код одним нажатием кнопки Upload в самой среде программирования. Подача сигнала низкого уровня по линии DTR скоординирована с началом записи кода, что сокращает таймаут загрузчика.
Функция имеет еще одно применение. Перезагрузка Uno происходит каждый раз при подключении к программе Arduino на компьютере с ОС Mac X или Linux (через USB). Следующие полсекунды после перезагрузки работает загрузчик. Во время программирования происходит задержка нескольких первых байтов кода во избежание получения платформой некорректных данных (всех, кроме кода новой программы). Если производится разовая отладка скетча, записанного в платформу, или ввод каких-либо других данных при первом запуске, необходимо убедиться, что программа на компьютере ожидает в течение секунды перед передачей данных.
На Uno имеется возможность отключить линию автоматической перезагрузки разрывом соответствующей линии. Контакты микросхем с обоих концов линии могут быть соединены с целью восстановления. Линия маркирована «RESET-EN». Отключить автоматическую перезагрузку также возможно подключив резистор 110 Ом между источником 5 В и данной линией.
Токовая защита разъема USB
В Arduino Uno встроен самовостанавливающийся предохранитель (автомат), защищающий порт USB компьютера от токов короткого замыкания и сверхтоков. Хотя практически все компьютеры имеют подобную защиту, тем не менее, данный предохранитель обеспечивает дополнительный барьер. Предохранитель срабатыват при прохождении тока более 500 мА через USB порт и размыкает цепь до тех пока нормальные значения токов не будут востановлены.
Физические характеристики
Длина и ширина печатной платы Uno составляют 6.9 и 5.3 см соответственно. Разъем USB и силовой разъем выходят за границы данных размеров. Четыре отверстия в плате позволяют закрепить ее на поверхности. Расстояние между цифровыми выводами 7 и 8 равняется 0,4 см, хотя между другими выводами оно составляет 0,25 см.
Uno R3 Arduino совместимый контроллер (без кабеля)
Uno R3 — это Arduino совместимый контроллер для быстрого прототипирования устройств на базе микроконтроллера ATmega328 с напряжением логики 5В. Модуль содержит встроенный стабилизатор напряжения и программатор. Для программирования используется обычный USB кабель. Для разработки программ доступна официальная среда разработки IDE Arduino и множество других сред программирования.
Комплектация
- Контроллер Uno R3, Arduino совместимый (без USB кабеля в комплекте);
Характеристики
- Микроконтроллер: ATmega328;
- Рабочее напряжение: 5В;
- Входное напряжение (рекомендуемое): 7-12В;
- Входное напряжение (предельное): 6-20В;
- Цифровые входы/выходы: 14;
- Выходы ШИМ: 6;
- Входы АЦП: 6;
- Постоянный ток через вход/выход: 40 мА;
- Постоянный ток для вывода 3.3В: 50 мА;
- Флеш-память: 32Кб из которых 0.5 Кб используются для загрузчика;
- ОЗУ: 2Кб;
- EEPROM: 1 Кб;
- Тактовая частота: 16 МГц.
Питание
Питание на контроллер Arduino Uno R3 может быть подано тремя способами:
- От USB;
- От не стабилизированного источника питания 7-12В;
- От стабилизированного источника питания 5В;
Способ питания модуль определяет автоматически. В качестве не стабилизированного источника питания может быть использован сетевой блок питания с выходным напряжением 7-12В, или батарея на аналогичное напряжение. Для подключения не стабилизированного источника питания модуль имеет специальный разъем (диаметр — 2.1 мм, центральный контакт — положительный). Так же внешнее напряжение можно подключить к пинам модуля GND и Vin. Модуль можно запитать от стабилизированного источника питания, подключив его к контактам GND и 5V. Использовать питание от стабилизированного источника необходимо с особой осторожностью, так как при отклонении питания от 5В или перепутанной полярности модуль может выйти из строя.
Память
Микроконтроллер ATmega328 содержит 32кБ флэш-памяти для хранения кода программы, из которых 0.5кБ используются для загрузчика-программатора. 2кБ памяти ОЗУ для хранения данных программы, и 1кБ EEPROM — электрически стираемая энергонезависимая память, которая может использоваться для хранения изменяемых данных при выключении питания.
Входы/выходы
Модуль суммарно имеет 14 цифровых вводов/выводов и 6 аналоговых вводов (обозначенных как A0..A5). Любой цифровой ввод/вывод может быть настроен как вход или выход. За некоторыми из вводов/выводов закреплены одна или более дополнительных функций.
- Последовательный интерфейс UART: 0(RX) и 1(TX);
- Внешнее прерывание: 2 и 3;
- ШИМ с разрешением 8 бит: 3, 5, 6, 9, 10, 11;
- Интерфейс SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK);
- Встроенный светодиод: 13;
- Интерфейс I2C: A4 (SDA) и A5 (SCL).
Модуль имеет еще несколько служебных контактов:
- AREF. Опорное напряжение для аналоговых входов;
- Reset. Низкий уровень сигнала на этом входе перезагружает микроконтроллер;
- 3V3. Напряжение 3.3В генерируемое встроенным стабилизатором.
Урок 2. Плата Arduino UNO R3. Описание, характеристики.
В статье рассказывается о контроллере Arduino UNO R3, выбранном для демонстрации программ уроков. Сейчас необязательно внимательно изучать эту информацию. Рекомендую бегло просмотреть, чтобы иметь понятие об аппаратной части системы. В дальнейшем эту статью можно использовать как справочную информацию.
В качестве контроллера для программ уроков я выбрал плату Arduino UNO R3. Но ничего не мешает использовать и другие платы. Просто UNO R3 самый распространенный вариант контроллеров Ардуино.
Общая информация о контроллере.
Arduino UNO R3 выполнен на микроконтроллере ATmega328. У него:
- 14 цифровых портов входа-выхода ( 6 из них поддерживают режим ШИМ модуляции);
- 6 аналоговых входов;
- частота тактирования 16 МГц;
- USB порт;
- разъем питания;
- разъем внутрисхемного программирования;
- кнопка сброса.
У платы есть все необходимые компоненты для обеспечения работы микроконтроллера. Достаточно подключить USB кабель к компьютеру и подать питание. Микроконтроллер установлен на колодке, что позволяет легко заменить его в случае выхода из строя.
Технические характеристики.
| Тип микроконтроллера | ATmega328P |
| Напряжение питания микроконтроллера | 5 В |
| Рекомендуемое напряжение питания платы | 7 – 12 В |
| Предельно допустимое напряжение питания платы | 6 – 20 В |
| Цифровые входы-выходы | 14 (из них 6 поддерживают ШИМ) |
| Выходы ШИМ модуляции | 6 |
| Аналоговые входы | 6 |
| Допустимый ток цифровых выходов | 20 мА |
| Допустимый ток выхода 3,3 В | 50 мА |
| Объем флэш памяти (FLASH) | 32 кБ (из которых 0,5 кБ используется загрузчиком) |
| Объем оперативной памяти (SRAM) | 2 кБ |
| Объем энергонезависимой памяти (EEPROM) | 1 кБ |
| Частота тактирования | 16 мГц |
| Длина платы | 68,6 мм |
| Ширина платы | 53,4 мм |
| Вес | 25 г |
Программирование.
Контроллер программируется из интегрированной среды программного обеспечения Ардуино (IDE). Программирование происходит под управлением резидентного загрузчика по протоколу STK500. Аппаратный программатор при этом не требуется.
Микроконтроллер можно запрограммировать через разъем для внутрисхемного программатора ICSP, не используя, загрузчик. Исходный код программы-загрузчика находится в свободном доступе.
Отличие от других контроллеров Ардуино.
Arduino UNO R3, в отличие от предыдущих версий, не использует для подключения к компьютеру мост USB-UART FTDI. Эту функцию в нем выполняет микроконтроллер ATmega16U2.
Система питания.
Плата UNO может получать питание от USB порта или от внешнего источника. Источник питания выбирается автоматически. В качестве внешнего источника питания может использоваться сетевой адаптер или батарея. Адаптер подключается через разъем диаметром 2,1 мм (центральный контакт – положительный). Батарея подключается к контактам GND и Vin разъема POWER.
Напряжение внешнего источника питания может быть в диапазоне 6 – 20 В. Но рекомендуется не допускать снижение напряжения ниже 7 В из-за нестабильной работы устройства. Также нежелательно повышать напряжение питания более 12 В, т.к. может перегреется стабилизатор и выйти из строя. Т.е. рекомендуемый диапазон напряжения питания 7 – 12 В.
Для подключения питания могут быть использованы следующие выводы.
| Vin | Питание платы от внешнего источника питания. Не связано с питанием 5 В от USB или выходами других стабилизаторов. Через этот контакт можно получать питание для своего устройства, если плата питается от адаптера. |
| 5 V | Выход стабилизатора напряжения платы. На нем напряжение 5 В при любом способе питания. Питать плату через этот вывод не рекомендуется, т.к. не используется стабилизатор, что может привести к выходу микроконтроллера из строя. |
| 3 V 3 | Напряжение 3,3 В от стабилизатора напряжения на плате. Предельно допустимый ток потребления от этого вывода 50 мА. |
| GND | Общий провод. |
| IOREF | На выводе информация о рабочем напряжении платы. Плата расширения может считать значение сигнала и переключиться на режим питания 5 В или 3,3 В. |
Память.
У микроконтроллера три типа памяти:
- 32 кБ флэш (FLASH);
- 2 кБ оперативной памяти (SRAM);
- 1 кБ энергонезависимой памяти (EEPROM).
Входы и выходы.
Каждый из 14 цифровых выводов может быть использован в качестве выхода или входа. Уровень напряжения на выводах 5 В. Рекомендовано вытекающий и втекающий ток каждого вывода ограничивать на уровне 20 мА. Предельно допустимое значение этого параметра составляет 40 мА. Каждый вывод имеет внутренний подтягивающий резистор сопротивлением 20-50 кОм. Резистор может быть отключен программно.
Некоторые выводы могут выполнять дополнительные функции.
Последовательный интерфейс: выводы 0 (Rx) и 1 (Tx). Используются для приема (Rx) и передачи (Tx) последовательных данных логических уровней TTL. Эти выводы подключены к выводам передачи данных микросхемы ATmega16U2, используемой в качестве моста USB-UART.
Внешние прерывания: выводы 2 и 3. Эти выводы могут быть использованы как входы внешних прерываний. Программно могут быть установлены на прерывание по низкому уровню, положительному или отрицательному фронту, или на изменение уровня сигнала.
ШИМ: выводы 3, 5, 6, 9, 10, 11. Могут работать в режиме ШИМ модуляции с разрешением 8 разрядов.
Последовательный интерфейс SPI: выводы 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK).
Светодиод: вывод 13. Светодиод, подключенный к выводу 13. Светится при высоком уровне сигнала на выводе.
Интерфейс TWI: вывод A4 или SDA и A5 или SCL. Коммуникационный интерфейс TWI.
У платы Arduino UNO есть 6 аналоговых входов, обозначенных A0-A5. Разрешающая способность аналогового цифрового преобразования 10 разрядов. По умолчанию, входное напряжение измеряется относительно земли в диапазоне 0-5 В, но может быть изменено с помощью вывода AREF и программных установок.
Еще 2 вывода платы имеют функции:
AREF. Опорное напряжение АЦП микроконтроллера.
RESET. Низкий уровень на этом выводе вызывает сброс микроконтроллера.
Коммуникационные интерфейсы.
Модуль Arduino UNO имеет средства для связи с компьютером, с другой платой UNO или с другими микроконтроллерами. Для этого на плате существует интерфейс UART с логическими уровнями TTL (5 В), связанный с выводами 0 (RX) и 1(TX). Микросхема ATmega16U2 на плате связывает UART интерфейс с USB портом компьютера. При подключении к порту компьютера, появляется виртуальный COM порт, через который программы компьютера работают с Ардуино. Прошивка ATmega16U2 использует стандартные драйверы USB-COM и установка дополнительных драйверов не требуется. Для операционной системы Windows необходим соответствующий .inf файл. В интегрированную среду программного обеспечения Ардуино (IDE) включен монитор обмена по последовательному интерфейсу, который позволяет посылать и получать с платы простые текстовые данные. На плате есть светодиоды RX и TX, которые индицируют состояние соответствующих сигналов для связи через USB (но не для последовательного интерфейса на выводах 0 и 1).
Микроконтроллер ATmega328 также поддерживает коммуникационные интерфейсы I2C (TWI) и SPI.
Автоматический (программный) сброс.
Для того, чтобы не приходилось каждый раз перед загрузкой программы нажимать кнопку сброс, на плате UNO реализована аппаратная функция сброса, инициируемая с подключенного компьютера. Один из сигналов управления потоком данных (DTR) микросхемы ATmega16U2 подключен к выводу сброса микроконтроллера ATmega328 через конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Когда сигнал DTR переходит в низкое состояние, формируется импульс сброса микроконтроллера. Это решение позволяет загружать программу одним нажатием кнопки из интегрированной среды программирования Arduino (IDE).
Но такая функция может приводить к отрицательным последствиям. При подключении платы UNO к компьютеру с операционной системой Mac Os X или Linux, микроконтроллер будет сбрасываться при каждом соединении программы с платой. В течение половины секунды на плате UNO будет запущен загрузчик. Несмотря на то, что программа загрузчика игнорирует посторонние данные, она может принять несколько байтов из пакета сразу после установки соединения. Если в программе на плате Ардуино предусмотрено получение каких-либо данных при первом запуске, необходимо отправлять данные с задержкой примерно на 1 секунду после соединения.
На модуле UNO существует дорожка, которую можно перерезать для отключения функции автоматического сброса. Дорожка маркирована надписью ”RESET-EN”. Автоматический сброс также можно запретить, подключив резистор сопротивлением 110 Ом между линией питания 5 В и выводом RESET.
Защита USB порта от перегрузок.
В плате Arduino UNO линия питания от интерфейса USB защищена восстанавливаемым предохранителем. При превышении тока свыше 500 мА, предохранитель разрывает цепь до устранения короткого замыкания.
Схема контроллера Arduino UNO.