Схемы для ардуино уно: Кодовый замок из ардуино

Плата Arduino Uno R3: схема, описание, подключение устройств | АмперКО

Плата Arduino Uno  – центр большой империи Arduino, самое популярное и самое доступное устройство. В ее основе лежит чип ATmega – в последней ревизии Ардуино 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 огромное количество бесплатных уроков и скетчей.

Характеристики Arduino Uno

Изображения плат Ардуино Уно

Оригинальная плата выглядит следующим образом:

Многочисленные китайские варианты выглядят вот так:

Еще примеры плат:

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. Необходимые электронные компоненты можно весьма не дорого купить во множестве интернет-магазинов.

Распиновка платы на базе ATMEGA 328

Принципиальная схема:

Описание элементов 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 помощью выполнения команды pinMode () в режиме INPUT_PULLUP. Допустимый ток на каждом из выходов – 20 мА, не более 40 мА в пике.
Для удобства работы некоторые пины совмещают в себе несколько функций:

• Пины 0 и 1  – контакты UART (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 соответственно).

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 порты 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 ардуино уно десятиразрядный.

Дополнительные пины на плате

• AREF – выдает опорное напряжения для встроенного АЦП. Может управляться функцией analogReference().
• RESET – подача 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 (GND) и сигнальный (или контакт питания).

Самый простой датчик потребует задействовать минимум три контакта: два для питания, один для сигнала.

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

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 этого, 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 разъем 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 подает 5 В, его можно использовать для питания внешних устройств.
• 3.3V – на этот пин от внутреннего стабилизатора подается напряжение 3.3 В
• GND – вывод земли.
• VIN – пин для подачи внешнего напряжения.
• IREF – пин для информирования внешних устройств о рабочем напряжении платы.

Память Arduino Uno R3

Плата 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 скетча.
• 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 технологии EEPROM.

Некоторые модификации стандартной платы Uno могут поддерживать 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 программ (скетчей) для контроллер Ардуино вам нужно установить 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/Genuino Uno). После выбора платы автоматически изменятся параметры сборки проекта и итоговый скетч будет скомпилирован 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 датчиками 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 (UART- Serial). Со стороны контролера за этот процесс отвечает bootloader.

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 размер.  Вторая – для проектов, где у схема довольно сложна и требуется множество выходов.

Отличия Arduino Uno от Arduino Nano

Современные платы Arduino Uno и Arduino Nano версии 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 случаях 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 Arduino 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, различия 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 загрузкой следует убедиться, что вы выбрали верную плату в меню «Инструменты-Плата».

Отличия от Arduino Mega

Плата Mega в 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 меньше пинов и памяти. Вот список основных отличий:

• Плата Mega 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 / 6.
• У платы Mega больше контактов, поддерживающих аппаратные прерывания: 6 против 2. Больше Serial портов – 4 против 1.
• По объему памяти Uno тоже существенно уступает Megа. Flash -память 32/256, SRAM –  2/8, EEPROM – 4/1.

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 – существенного прироста скорости при переходе на “старшего” брата вы не получите.

Краткие выводы

Arduino Uno – отличный вариант платы для создания  своих первых проектов и умных устройств. 14 цифровых и 6 аналоговых пинов позволяют подключать разнообразные датчики, светодиоды, двигатели и другие внешние устройства. USB-разъем поможет подключиться к компьютеру для перепрошивки скетча без 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?

Сборка программируемых электронных схем с набором «Arduino Uno Starter Kit»

Курс «Схемотехника на макетной плате»: 8 занятий по 1.5 часа для детей с 7 лет

Как работает стиральная и посудомоечная машины? Сложно ли понять устройство электроприборов в современном автомобиле? Можно ли собирать электронные схемы из настоящих радиодеталей без пайки?

Что такое микроконтроллер? Чем он отличается от микропроцессора, который есть в каждом компьютере или смартфоне? Как программировать электронные схемы и зачем этому учиться?

Ответы на эти и другие вопросы дети получат, пройдя курс «Схемотехника на макетной плате». Знакомство с миром программируемой электроники лучше всего начинать именно с него.

Набор «Arduino Uno Starter Kit» — лучший способ начального знакомства с миром программируемых электронных схем

Этот набор позволяет собирать программируемые электронные схемы на макетной плате без пайки. Детали и провода легко присоединяются к разъемам этой платы, образуя единую схему.

Набор «Arduino Uno Starter Kit» может пригодиться также для освоения продвинутого курса схемотехники или сборки и программированию роботов, так как содержит большое количество компонент, изучение которых не входит в программу данного курса.

Дети будут программировать на языке Scratch

Электронные схемы программируются при помощи блочного языка программирования Scratch.

Программа составляется из команд-кирпичиков, как из деталей конструктора.

Программируя схемы, учащиеся изучат линейные алгоритмы, циклы и ветвления.

Язык программирования Scratch легок в освоении и хорошо подходит начального знакомства с программируемыми схемами на базе микроконтроллера Arduino.

Программа рассчитана на детей с 7-ми лет

Курс «Схемотехника на макетной плате» содержит четкую и структурированную программу, адаптированную с учетом возраста ребят и особенностей групповых занятий.

На каждом уроке курса дети изучают новую тему, собирают электронную схему и программируют ее.

Курс рассчитан на 8 занятий по 1.5 часа.

От урока к уроку схемы усложняются, и на последнем занятии ребята соберут и запрограммируют схему игрового автомата.

Курс «Схемотехника на макетной плате» подходит для детей, только начинающих изучать схемотехнику и программирование.

Курс прошел апробацию

Курс проводился в нескольких группах учащихся младшего школьного возраста. Всего по программе курса занимались более 100 ребят разного уровня подготовки, от новичков до опытных учеников.

Все уроки курса «Схемотехника на макетной плате» проверены на практике.

Что необходимо для первого старта?

• Компьютеры по количеству учащихся.
• Проектор для презентаций.
• Наборы «Arduino Uno Starter Kit» для каждого ученика.

Требуемый уровень квалификации педагога

Специалистом по роботам быть не обязательно 🙂

Для проведения курса «Схемотехника на макетной плате» педагог должен:

• Обладать базовыми знаниями об электричестве из школьного курса физики.
• Понимать такие физические явления, как электрический ток, проводники и изоляторы, сопротивление, короткое замыкание, полупроводимость, радиосвязь.
• Иметь опыт программирования микроконтроллера Arduino.
• Знать язык программирование Scratch.
• При подготовке к уроку изучить методические рекомендации, самостоятельно собрать схемы и выполнить все задания.

У вас есть возможность получить бесплатную консультацию по вопросам проведения курса.

Что входит в состав покупки

• Подробные методические рекомендации для проведения мастер-класса и, отдельно, 8 занятий длительностью 1 час 30 минут.
• Иллюстрации и схемы к каждому уроку.
• Техническая информация для подготовки и проведения курса.
• Консультационная поддержка по запуску и проведению курса в течение 6 месяцев после его приобретения.

Стоимость методического комплекта

ОНЛАЙН ЭМУЛЯТОР СХЕМ НА ARDUINO

Эмулятор электрических схем на сайте tinkercad.com позволяет не только создавать различные аналоговые и цифровые электронные схемы, но и освоить простейшие приемы программирования микроконтроллеров. Для этого на сайте имеется редактор программного кода. Следует сразу предупредить, что пункт меню «Блоки кода», для данного вида работ не нужен, хотя название пункта меню может ввести в заблуждение.

Заходим в пункт меню Circuits. В списке компонентов выбираем «Микроконтроллеры – Arduino Uno 3». Следует отметить, что, разумеется, Arduino Uno, это учебная плата на основе микроконтроллера (например, ATMega3208 или аналогичного), так что в данном случае на сайте допущена не точность.

Впрочем, данная плата позволяет изучить основные особенности работы с микроконтроллерами, при этом порог входа для работы с данной платой гораздо ниже, чем с отдельными микроконтроллерами. При этом, платы Arduino позволяют собирать самые разные конструкции от простейших автоматов световых эффектов, до полноценных систем умного дома.

Подробно, про платы семейства Arduino можно почитать в большом количестве источников, например [1-4]. Далее, открываем вкладку «Код».

Те, кто знаком с Arduino, сразу узнают, что по умолчанию представлен программный код учебной программы Blink. Данная программа входит в число стандартных примеров прилагаемых к среде разработки Arduino IDE (examples\01.Basics\Blink ).

Естественно в специализированной среде разработки Arduino IDE этот код записан на языке программирования Wiring, созданном на основе языка C++. Среду разработки Arduino IDE можно свободно скачать с сайте разработчиков аппаратной платформы Arduino [5].

В данном эмуляторе используется блочное программирование, впрочем, при знании основ программирования разобраться с данным форматом записи сравнительно несложно. 

Сейчас программа Blink управляет 13 цифровым портом Arduino. На 1000 мс на этот порт подается высокий логический уровень, а затем на то же самое время низкий логический уровень. К 13 цифровому порту подключен светодиод L встроенный в плату Arduino. Запустив моделирование работы платы Arduino с данной программой можно наблюдать, как с периодом в 2 с мигает светодиод L.

Подключим светодиод к порту 12 платы Arduino. На плате все порты пронумерованы. Добавочное сопротивление резистора следует установить в диапазоне 220 Ом – 510 Ом.

В группе блоков «Выход» используем блок «Назначить выход…», устанавливаем номер порта 12.

В группе блоков «Управление» используем блок «Ожидание», устанавливаем задержку 1 с. Этот блок на 1 с приостанавливает работу микроконтроллера.

Аналогично дописываем часть программы, которая на 1 с гасит светодиод.  

Написанный код буде повторяться в бесконечном цикле. Здесь это не очень хорошо визуализировано, но на самом деле, на языке Wiring, мы сейчас написали основную функция loop. Она представляет собой тело программы – это бесконечный цикл, который выполняется раз за разом, в нем опрашиваются внешние датчики, отдаются команды исполнительным устройствам, производятся вычисления, вызываются другие функции и т. д.

Серьезным достоинством данного эмулятора является возможность экспортировать полученный код. Для этого надо просто нажать на соответствующую кнопку со стрелкой.

Если затем, открыть код в Arduino IDE, мы увидим программу готовую к загрузке на реальную плату.

Мы видим функции setup в, которой всего одна строчка, которая означает, что при первоначальной загрузке программы цифровой порт 12 устанавливается в режим вывода информации. За ней располагается основное тело программы в функции loop.

В целом, данный ресурс позволяет удобен тем, что позволяет оперативно проверить возникшую идею, когда под рукой есть только компьютер с выходом в Интернет.

Литература и ссылки

1. Блум Д. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. — СПб.: БХВ-Петербург, 2015. — 336 с.
2. robocraft.ru
3. arduino.ru
4. radioskot.ru/publ/nachinajushhim/arduino_uno_dlja_nachinajushhikh/22-1-0-1055
5. www.arduino.cc/en/Main/Software

Обзор подготовлен специально для сайта Электрические схемы. Автор материала — Denev.

arduino — радиоэлектроника, схемы и статьи

Ниже приведены принципиальные схемы и статьи по тематике «arduino» на сайте по радиоэлектронике и радиохобби RadioStorage.net .

Что такое «arduino» и где это применяется, принципиальные схемы самодельных устройств которые касаются термина «arduino».

Здесь описывается цифровой прибор, измеряющий скорость движения автомобиля и частоту вращения коленвала его двигателя. Индикатором служит ЖК-дисплей типа 1602А, он стандартный, на основе контроллера HD44780. Обозначение 1602А фактически значит, что он на две строки по 16 символов в строке . .. Описано как собрать самодельный двойной вольтметр на основе платформы Arduino UNO с использованием ЖК-дисплея 1602A. В некоторых случаях необходимо измерять одновременно два постоянныхнапряжения и сравнивать их. Это может потребоваться, например, при ремонте или налаживании стабилизатора … Принципиальная схема и описание самодельного вольтметра и тахометра на основе платформы Arduino UNO, хорошая самоделка для вашего автомобиля. У очень многих современных автомобилей нет ни тахометра ни вольтметра. Возможно, производители и правы, и знать водителю частоту вращения коленвала … Принципиальная схема и описание самодельного двойного электронного термометра на датчиках LM35 и платформе Arduino UNO. Жизнь в частном доме имеет свои прелести и недостатки. Например, изнедостатков, это самодельный водопровод, который, даже при условии хорошей теплоизоляции, может замерзнуть … Здесь приводится описание цифровой шкалы для коротковолнового связногоприемника, работающего в диапазонах 160 М, 80 М, 40 М, 20 М, 10М или любом из них. Шкала работает с двухстрочным ЖК-дисплеем. В его верхней строке показывает значение частоты в кГц,а в нижней длину волны в метрах … Принципиальная схема самодельного двуполярного вольтметра на Arduino Uno и с дисплеем 1602A. В статье «Двойной вольтметр на ARDUINO UNO» (Л.1) автор предложилописание вольтметра и программы для одновременного измерения и индикации двух постоянных напряжений. Что очень удобно, если нужно измерять одновременно два постоянных напряжения и сравнивать их. Это может потребоваться … Принципиальная схема самодельного четырехканального термометра на Arduino UNO, 1602А и термодатчиках LM235, описание работы и программа. В некоторых случаях необходимо измерять температуру одновременно в нескольких местах. Например, в четырех -дома, на улице, на входе котла отопления, на выходе … Схема и описание самодельного индикатора температуры и влажности воздуха, построен на основе модуля ARDUINO UNO и цифрового датчика влажности воздуха и температуры DHT11. Схема измерителя показана на рис. 1. Как видно из схемы, к цифровым портам D2-D7 платы ARDUINO UNO подключен модуль … Схема самодельного прибора на основе Arduino Uno, который предназначен для измерения частоты и напряжения в розетке с отображением результатов на дисплее 1602A . Прибор очень прост в изготовлении, благодаря применению готового модуля ARDUINO UNO. Индикатором служит ЖК-дисплей типа 1602А … Принципиальная схема электронного переключателя 12-ти гирлянд или других светящихся ёлочных украшений на основе лампочек или светодиодов Мощность каждой гирляндыможет быть от нуля до 200W. Поэтому автомат пригоден как для домашней ёлочки, так и для большой ёлки, установленной во дворе или на … В интернет-магазинах по доступной цене можно приобрести модуль управления светодиодной матрицей 8×8, собранный на микросхеме МАХ7219 (рис. 1). Его можно использовать для совместной работы с Arduino. Такой модуль, используя всего три сигнальных вывода платы, позволяет управлять светодиодной … Схема самодельного переключателя четырех входов для телевизора на Arduino UNO, управляется с пульта дистанционного управления. Современные телевизоры имеют несколько АV входов, цифровые тюнеры, и вообще… Но на дачах у нас обычно старые телевизоры, кинескопные, такие что не будут соблазном … Схема устройства для дистанционного управления люстрой с четырьмя лампами при помощи пульта дистанционного управления на ИК-лучах. Устройство выполнено на основе микроконтроллерной платы ARDUINO UNO и инфракрасного пульта типа RC-5 (для старого телевизора «Горизонт»), Такой пульт … Очень неплохо лабораторный двухполярный блок питания оснастить цифровым вольтметром, показывающимвыходные напряжения обоих полярностей. Используя универсальный микроконтроллерный модуль ARDUINO UNO и двухстрочный ЖК-дисплей типа 1602А (на основе контроллера HD44780) можно легко сделать двойной … Этот регулятор предназначен для управления системой освещения кухни,состоящей из трех раздельных источников света на основе светодиодной ленты белого свечения. Обычно для регулировки яркости светодиодной ленты применяют регуляторы, работающие двумя кнопками — на уменьшение и на увеличение . .. Сейчас дачный участок это не только фазенда для выращивания овощей, но и вилла для отдыха, ту небольшую часть участка, которая отводится подотдых всегда пытаются как-то украсить. Чаще всего закапывают пластиковый прудик и устанавливают фонтанчик. Я решил установить пять фонтанчиков, один более … Во многих частных домах используют жидкостную систему отопления, состоящую из отопительного котла и отопительных радиаторов. Сделать систему жидкостного отопления на самотоке так, чтобы все радиаторы нагревались равномерно довольно сложно (нужны трубы большого диаметра, нужно соблюсти все уклоны … Была поставлена задача сделать систему дистанционного управления на ИК-лучах, использующую готовый пульт ДУ, и позволяющую включать и выключать четыре нагрузки независимо друг от друга. При этом было необходимо, чтобы система не конфликтовала с имеющейся дома аппаратурой, то есть, аппаратура … Здесь описывается цифровой прибор на микроконтроллере, измеряющий скорость движения велосипеда. Индикатором служит ЖК-дисплей типа 1602А, он стандартный, на основе контроллера HD44780. Обозначение 1602А фактически значит, что он на две строки по 16 символов в строке. Используется только одна его … Здесь приводится описание цифровой шкалы для коротковолнового связного приемника, работающего в диапазонах 160м, 80м, 40м, 20м, 10м или любом из них. Шкала работает с двухстрочным ЖК-дисплеем. В его верхней строке показывает значение частоты в кГц,а в нижней длину волны в метрах. Внося …

💹 Схема ардуино. Описание блок схемы Arduino.

09 Ноября 2016

2164

Если вы знаете, что такое платформа Ардуино (Arduino), возможно эта статья вам будет не интересна. Для начала давайте посмотрим, что нам нужно, что бы мы могли спрограммировать устройство, которое выполняло бы, управление какими то внешними устройствами.

В первую очередь, нам конечно же нужен микроконтроллер. Что такое микроконтроллер, подробнее будет описано в отдельной статье. А пока дадим простое определение, микроконтроллер — это микрокомпьютер, в котором есть процессор и память. В памяти микроконтроллера хранится программа. В программе задан определенный алгоритм управления выводами, портами.

Но что бы просто взять и начать работать, одного микроконтроллера недостаточно. Нам нужен интерфейса для передачи и получения информации.

Далее что бы информация, программный код, который поступает по интерфейсу был «понятен» микроконтроллеру, нужно преобразовывать в соответствующий вид. Для этого нужен интерфейс программирования – программатор.

Ну конечно же не обойтись без источника питания. Нужен стабильный источник питания, подключенный ко всем устройствам в сборке.

Кроме этого, нужны различные выводы, для управления или получения сигнала от внешних устройств. Для генерирования аналогового сигнала, подключать преобразователь или использовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Про ШИМ поговорим в отдельной статье.

Таким образом, такая сборка получается не совсем удобная, хотя интересная. (отдельный такой вариант сборки, попробуем собрать, но в другом разделе сайта) Но к счастью есть платформы, в которых все эти компоненты собраны в одну плату! Как раз к таким устройствам относиться Ардуино плата.

Такое описание в Википедия:

Arduino — торговая марка аппаратно-программных средств для построения простых систем автоматики и робототехники, ориентированная на непрофессиональных пользователей. Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры. Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат, продающихся как официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции Arduino.

Теперь, опишем еще проще,  Arduino – это платформа для разработки устройств на базе микроконтроллера, на простом языке программирования. С языком программирования будем знакомиться в следующих статьях. У платы Ардуино, много разновидностей и клонов.

А пока давайте рассмотрим, самую популярную плату Arduino UNO.

Вот так, Arduino UNO выглядит визуально:

Более подробнее рассмотрим в последующих статьях. Так же обратим внимание на другие платы Arduino, отметим их особенности.

Игра Время реакции с Arduino Uno: 5 шагов (с картинками) — Схемы

Вот побочный проект, который я сделал для удовольствия, пошаговое руководство по созданию игры для двух игроков с Arduino Uno. Он включает в себя тестирование времени реакции игроков и выяснение того, кто быстрее нажимает соответствующую кнопку, когда загорается светодиод.

Расходные материалы:

Шаг 1: Необходимые материалы

5 кнопок
1 Arduino Uno
4 светодиода разных цветов
2 макета
4 резистора 10 Ом
5 резисторов 100 кОм
20 соединительных кабелей

Шаг 2: Схема: Основы

Схема очень проста; все, что вам нужно знать, это подключить светодиоды и кнопки, как они расположены на упрощенной схеме ниже.

Светодиод имеет длинную и короткую ножку. Короткая нога «отрицательна», а длинная нога — «сила» и «сигнал». Отрицательный, или «заземляющий» участок светодиода можно прикрепить к отрицательной линии на макете с помощью резистора 10 Ом. Положительная часть светодиода должна быть подключена к положительной линии на макете и подключена к цифровому порту на плате Arduino. Этот провод, как вы можете сказать, чтобы он включался или выключался.

Кнопка подключается к источнику питания и заземлению (на макете) через пару соседних контактов на самой кнопке. С другой стороны, один контакт должен быть подключен к Arduino. Кнопка должна быть заземлена резисторами 100 кОм.

Вверху приведена принципиальная схема подключения светодиодов и кнопок. Вторая картинка — это то, как выглядит «консоль» одного игрока.

Шаг 3: Создайте актуальную настройку

Это настройка для создания игры для двух игроков, в которой у каждого человека есть два собственных светодиода и собственный макет для «игровой консоли». Кнопка, которая находится посередине, является кнопкой запуска для игры.

Edit 6/5/17 6:22 вечера: я только что понял, что я забыл подключить землю и питание, а также самый правый макет; Я исправлю диаграмму завтра. Извините за путаницу!

Шаг 4: Код

Загрузите приведенный ниже код и подключите Arduino к компьютеру. Скомпилируйте и откройте Serial Monitor в верхнем меню под Tools, чтобы начать играть.

Если у вас возникли трудности с загрузкой, вы можете скопировать и вставить код в этот документ:

http://docs.google.com/document/d/19lnS8X4kKMGR3NMxXHHdfi_RIqSb_Gn_Kyd0XcMBlN0/edit?usp=sharing

Шаг 5: Играй!

Бросьте вызов другу на скоростной поединок и посмотрите свои результаты на Serial Monitor!

Возможно, вам придется отключить автоматическую прокрутку в левом нижнем углу, чтобы увидеть свои результаты.

Как устроена плата Arduino

Arduino — это микрокомпьютер размером меньше ладони. На базе МК с частотой 16МГц и памятью 32Кб.

На мой взгляд Arduino — это прекрасный мостик в мир микроконтроллеров для начинающих. Воспользовавшись этим мостиком можно затем легко перейти на тот берег, где Arduino будет уже не нужна и где программируют «голые» микроконтроллеры внутри собственных устройств. 

Arduino для начинающих — это лучший выбор, на мой взгляд. Плата предназначена в первую очередь для обучения программированию микроконтроллеров и созданию микроконтроллерных устройств людьми без суровой инженерной подготовки. Arduino — это плата + среда разработки, с помощью которой можно написать, скомпилировать и загрузить в память платы готовую программу. Причем загрузка программы также проста как копирование файла на флешку. 

На борту у Arduino 28 выводов для связи с внешним миром. К ним можно подключать лампочки, датчики, моторы, чайники, роутеры, магнитные дверные замки и множетсво других электрических штучек какие только взбредут в голову. 

Стартануть с этой платформой достаточно легко. Надо только купить плату. Можно купить китайскую копию, а можно купить оригинальную (которая произведена всё в том же Китае=) ). 

Давай поссмотрим изкаких блоков и деталей состоит, к примеру, Arduino UNO.

Часть выводов я подписал на схеме, а часть обозначил цифрами. Прежде всего хочу обратить внимание на то, что на плате мало деталей. Она действительно состоит из примерно 2-х десятков компонентов. Такую, кстати можно легко собрать самому, если есть навык прошивки МК.  Как я уже писал выше на плате имеется 28 выводов для общения с внешним миром и управления Arduino. Рассмотрим их попорядку:

1. МК AVR ATMega328P-PU
2. МК AVR ATMega8U2
3. Встроенный керамический резонатор на 16 МГц
4. ISP разъем для внутрисхемного программирования
5. USB порт для подключения к PC и загрузки программ
6. Разъем для подключения внешнего питания (может питаться от USB)

Внутренности платформы

• Платформа построена на базе микроконтроллера Atmel ATmega328(datasheet).
• Arduino UNO имеет 14 цифровых выводов (могут использовать и как входы) 6 из которых PWM, 6 аналогвых выходов,
• Встроенный керамический резонатор на 16 МГц, 
• USB разъем для подключения питания и программирования
• Разъём для подключения внешнего питания
• ISP разъем
• Кнопку сброса

Аналоговые I/O выводы

У Arduino UNO их всего 6: А0-А5. На плате они отмечены соответственно. Для чего их можно использовать? Например для того, чтобы считывать аналоговые величины. Как это работает? Ну так у нас же в МК AVR есть встроенный 10 битный АЦП. 

Каждый вывод А0-А6 может быть сконфигурирован как запись, так и на чтение. Это значит, что можно указать конкретно что он должен делать: считывать значения аналоговой величны, подающиеся на него или наоборот выдавать их во внешних мир. (Подсказка. Всё это связано с портами ввода/вывода в AVR)

Кстати, несмотря на всё выше сказанное, эти выводы могут конфигурироваться как цифровые I/O выводы. Вот что говорит об этом документация:

It is important to note that vast majority of Arduino (Atmega) analog pins, may be configured, and used, in exactly the same manner as digital pins.

Вывод AREF

Этот контакт служит для подачи опорного напряжения для аналогово-цифрового преобразователя. Его можно использовать, чтобы подать опорное напряжение отличное от 5В, которое используется по умолчанию для верхней границы значений АЦП.
Это значит, что если хочется использовать АЦП для обработки сигнала, амплитуда болтается в промежутке от 0 до 1.2В, то чтобы получить полномасштабный результат, можно подать 1.2В на AREF.

Кстати, больше 5 вольт напрямую на AREF подавать нельзя. 

Вообще, Arduino поддерживает несколько режимов работы этого вывода:

• DEFAULT
• INTERNAL
• INTERNAL1V1
• INTERNAL2V56
• EXTERNAL

О различиях между режимами можно прочитать здесь 

Кстати, следует помнить, что так как у нас имеется на борту 10 битный АЦП, который преобразует аналоговую величину в промежутке между 0В и 5В в целые числа между 0 и 1023, то разрешение получаемых величин получается примерно 4. 8 мВ.

Цифровые I/O выводы

Выше я упоминал, что Arduinno имеет 14 цифровых выводов 6 из которых являются выводами с функцией PWM (pulse width modulation или по-русски ШИМ). Эти 6 особенно полезны, так как позволяют управлять мощной нагрузкой. Конечно, напрямую подключить к ним какой-нибудь двигетель или нагреватель не получится, но зато это можно сделать, в самом простом варианте, через транзистор. В итоге получим средство для регулировки отдаваемой нагрузкой мощности. Подключим двигатель — сможем управлять скоростью его вращения. Удобно. 

Выводы без ШИМ-режима как и другие могут настраиваться как на вход, так и на выход. При этом используется положительная логика, т.е. когда HIGH (высокий уровень) отвечает за 1, а LOW (низкий уровень) за 0. Другими словами HIGH=истина (True), LOW=ложь (False).

Память

Arduino вооружена 32 КБ flash-памяти.Данные в этой памяти нельзя изменять во время работы устройства. Она хранит только статичные данные: программу и ресурсы. Из них 0,5 КБ зарезервировано под загрузчик.Это благодаря ему Arduino UNO можно прошить с обычного компьютера через USB. 

Память в микронотроллерах AVR имеет гарвардскую архитектуру. Она разделена на память программ и память данных. В памяти программ хранятся программы и константы, которые зашиваются в неё при программировании МК, а память данных служит хранилищем данных во время работы МК. 

Преимуществом такого подхода является невозможность испортить саму программу во время её исполнения. Но и минусы у такой архитектуры также есть.

Защита USB

Практически все современные компьютеры оснащены защитой USB, но платформа Arduino имеет дополнительную защиту USB в виде встроенного предохранителя, который обрывает соединение с компьютером, если ток через USB-порт превысит 500 мА.

Взаимодействие с другими устройствами

С внешним миров Arduino UNO умеет общаться как штатными средствами (через USB кабель) с помощью последовательного соединения (Serial UART). На плате установлен дополнительный чип, который представляет USB-соединение компьютеру как последовательное. Именно поэтому соединение с Arduino определяется компьютером как последовательное.

Существует отдельная библиотека, которая позволяет организовать последовательное соединение с использованием любых пинов МК, а благодаря множеству плат расширения можно организовать взаимодействие с помощью ethernet, радиоканала, Wi-Fi, bluetooth и т.д.

Сводная таблица характеристик

Микроконтроллер	ATmega328
Рабочее напряжение	5V
Входное напряжение (recommended)	7-12V
Входное напряжение (limits)	6-20V
Цифровые I/O пины	14 (6 пинов умеют PWM )
Аналоговые пины	6
Постоянный ток через 1 I/O пин	40 mA
Постоянный ток через 3. 3V пин	50 mA
Флэш память	32 KB (ATmega328) из них 0.5 KB используется загрузчиком
SRAM	2 KB (ATmega328)
EEPROM	1 KB (ATmega328)
Частота	16 MHz

Позже я расскажу про устройство AVR, на базе которого строится Arduino, так что есть смысл подписаться на рассылку =)

Понимание конструкции оборудования Arduino UNO

В этой статье объясняется, как работает Arduino с точки зрения электронного дизайна.

Большинство статей объясняют программное обеспечение Arduinos. Однако понимание конструкции оборудования поможет вам сделать следующий шаг на пути к Arduino. Хорошее понимание электронного устройства вашего оборудования Arduino поможет вам узнать, как встроить Arduino в дизайн конечного продукта, включая то, что следует сохранить, а что исключить из исходного дизайна.

Обзор компонентов

В конструкции печатной платы Arduino UNO используются компоненты SMD (устройство поверхностного монтажа). Я вошел в мир SMD много лет назад, когда углубился в дизайн печатной платы Arduino, когда был частью команды, занимающейся редизайном клона DIY для Arduino UNO.

В интегральных схемах

используются стандартизованные корпуса, и есть семейства корпусов.

Размеры многих резисторов SMD, конденсаторов и светодиодов указаны кодами на упаковке, например:

Код корпуса SMD для дискретных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.Изображение любезно предоставлено Викимедиа.

Большинство пакетов являются общими и могут использоваться для разных частей с разной функциональностью. Корпус SOT-223, например, может содержать транзистор или стабилизатор.

В таблице ниже вы можете увидеть список некоторых компонентов в Arduino UNO с их соответствующим пакетом:

Arduino UNO System Overview

Прежде чем мы сможем понять аппаратное обеспечение UNO, мы должны сначала получить общий обзор системы.

После того, как ваш код скомпилирован с использованием Arduino IDE, он должен быть загружен в основной микроконтроллер Arduino UNO через USB-соединение. Поскольку у основного микроконтроллера нет приемопередатчика USB, вам понадобится мост для преобразования сигналов между последовательным интерфейсом (интерфейсом UART) микроконтроллера и сигналами USB хоста.

Мостом в последней версии является ATmega16U2, который имеет приемопередатчик USB, а также последовательный интерфейс (интерфейс UART).

Для питания платы Arduino вы можете использовать USB в качестве источника питания.Другой вариант — использовать разъем постоянного тока. Вы можете спросить: «Если я подключу и адаптер постоянного тока, и USB, какой будет источник питания?» Ответ мы обсудим в разделе «Силовая часть» этой статьи.

Чтобы перезагрузить вашу плату, вы должны использовать кнопку на плате. Другой источник сброса должен быть каждый раз, когда вы открываете последовательный монитор из Arduino IDE.

Я распространил оригинальную схему Arduino UNO, чтобы она была более читаемой ниже. Я советую вам загрузить его и открыть печатную плату и схему с помощью Eagle CAD, пока вы читаете эту статью.

Распространенная версия исходной схемы Arduino. Нажмите, чтобы увеличить.

Arduino_UNO_R3.zip

Микроконтроллер

Важно понимать, что плата Arduino включает в себя микроконтроллер, и именно этот микроконтроллер выполняет инструкции в вашей программе. Если вы это знаете, вы больше никогда не будете использовать распространенную бессмысленную фразу «Arduino — это микроконтроллер».

Микроконтроллер ATmega328 — это микроконтроллер, используемый в Arduino UNO R3 в качестве основного контроллера.ATmega328 — это микроконтроллер из семейства AVR; это 8-битное устройство, что означает, что его архитектура шины данных и внутренние регистры предназначены для обработки 8 параллельных сигналов данных.

ATmega328 имеет три типа памяти:

• Флэш-память: Энергонезависимая память 32 КБ. Это используется для хранения приложения, что объясняет, почему вам не нужно загружать приложение каждый раз, когда вы отключаете Arduino от источника питания.

• Память SRAM: Энергозависимая память 2 КБ.Это используется для хранения переменных, используемых приложением во время его работы.

• Память EEPROM: 1 КБ энергонезависимой памяти. Это можно использовать для хранения данных, которые должны быть доступны даже после выключения и последующего включения платы.

Давайте кратко рассмотрим некоторые из характеристик этого MCU:

Пакетов:

Этот MCU представляет собой корпус DIP-28, что означает, что он имеет 28 контактов в двухрядном корпусе.Эти контакты включают в себя контакты питания и ввода / вывода. Большинство контактов являются многофункциональными, что означает, что один и тот же контакт может использоваться в разных режимах в зависимости от того, как вы настроили его в программном обеспечении. Это уменьшает необходимое количество выводов, поскольку микроконтроллеру не требуется отдельный вывод для каждой функции. Это также может сделать ваш дизайн более гибким, поскольку одно соединение ввода-вывода может обеспечивать несколько типов функциональности.

Доступны другие пакеты ATmega328, например, SMD-пакет TQFP-32 (устройство для поверхностного монтажа).

Два разных пакета ATmega328. Изображения любезно предоставлены Sparkfun и Wikimedia.

Мощность:

MCU принимает напряжение питания от 1,8 до 5,5 В. Однако существуют ограничения по рабочей частоте; например, если вы хотите использовать максимальную тактовую частоту (20 МГц), вам потребуется напряжение питания не менее 4,5 В.

Цифровой ввод / вывод:

Этот MCU имеет три порта: PORTC, PORTB и PORTD.Все контакты этих портов могут использоваться для цифровых входов / выходов общего назначения или для альтернативных функций, указанных в распиновке ниже. Например, контакты PORTC от 0 до 5 могут быть входами АЦП вместо цифровых входов / выходов.

Есть также некоторые контакты, которые можно настроить как выход ШИМ. Эти контакты отмечены знаком «~» на плате Arduino.

Примечание : ATmega168 почти идентичен ATmega328, и они совместимы по выводам. Разница в том, что ATmega328 имеет больше памяти — 32 КБ флэш-памяти, 1 КБ EEPROM и 2 КБ ОЗУ по сравнению с ATmega168 16 КБ флэш-памяти, 512 байтов EEPROM и 1 КБ ОЗУ.

Распиновка ATmega168 с метками Arduino; ATmega168 и ATmega328 совместимы по выводам. Изображение любезно предоставлено Arduino.

Распиновка Arduino UNO R3. Изображение любезно предоставлено GitHub.

Входы АЦП:

Этот MCU имеет шесть каналов — от PORTC0 до PORTC5 — с 10-битным аналого-цифровым преобразователем. Эти контакты подключены к аналоговому разъему на плате Arduino.

Одна из распространенных ошибок — думать об аналоговом входе как о выделенном входе только для аналого-цифрового преобразования, поскольку в заголовке на плате указано «Аналоговый».Реальность такова, что вы можете использовать их как цифровой ввод-вывод или как аналого-цифровой.

Блок-схема ATmega328.

Как показано на схеме выше (через красные линии), выводы, относящиеся к блоку A / D:

• AVCC: Вывод питания для блока A / D.
• AREF: Входной контакт используется при необходимости, если вы хотите использовать внешний источник опорного напряжения для АЦП, а не внутренней Vref. Вы можете настроить это, используя внутренний регистр.

Настройки внутреннего регистра для выбора источника Vref.

Периферийное устройство UART:

UART (универсальный асинхронный приемник / передатчик) — это последовательный интерфейс. ATmega328 имеет только один модуль UART.

Контакты (RX, TX) UART подключены к схеме преобразователя USB-UART, а также подключены к контактам 0 и 1 в цифровом заголовке. Вы должны избегать использования UART, если вы уже используете его для отправки / получения данных через USB.

Периферийное устройство SPI:

SPI (последовательный периферийный интерфейс) — еще один последовательный интерфейс.ATmega328 имеет только один модуль SPI.

Помимо использования в качестве последовательного интерфейса, его также можно использовать для программирования MCU с помощью автономного программатора. Вы можете добраться до контактов SPI из заголовка рядом с MCU на плате Arduino UNO или из цифрового заголовка, как показано ниже:
11 <-> MOSI
12 <-> MISO
13 <-> SCK

TWI:

I ² C или двухпроводной интерфейс — это интерфейс, состоящий только из двух проводов, последовательных данных и последовательных часов: SDA, SCL.

Вы можете получить доступ к этим контактам с двух последних контактов в цифровом заголовке или с контактов 4 и 5 в аналоговом заголовке.

Прочие функции:

В MCU включены другие функции, например, модули таймера / счетчика. Возможно, вы не знаете о функциях, которые не используете в своем коде. Вы можете обратиться к таблице данных для получения дополнительной информации.

Arduino UNO R3 MCU часть.

Возвращаясь к электронному дизайну, секция микроконтроллера имеет следующее:

• ATmega328-PU: MCU, о котором мы только что говорили.
• Заголовки IOL и IOH (цифровые): Эти заголовки представляют собой цифровой заголовок для контактов с 0 по 13 в дополнение к GND, AREF, SDA и SCL. Обратите внимание, что RX и TX от моста USB соединены с контактами pin0 и pin1.
• AD Заголовок: Заголовок аналоговых контактов.
• Керамический резонатор 16 МГц (CSTCE16M0V53-R0): Подключен к XTAL2 и XTAL1 от MCU.
• Сброс Контакт: Он подтягивается резистором 10 кОм, чтобы предотвратить ложный сброс в шумной среде; на контакте есть внутренний подтягивающий резистор, но, согласно примечанию к применению AVR Hardware Design considerations (AVR042), «если окружающая среда зашумлена, этого может быть недостаточно, и сброс может происходить спорадически.”Сброс происходит, если пользователь нажимает кнопку сброса или если выполняется сброс с USB-моста. Вы также можете увидеть диод D2. Роль этого диода описана в том же примечании к приложению: «Если не используется программирование высокого напряжения, рекомендуется добавить диод защиты от электростатического разряда от RESET до Vcc, поскольку он не предоставляется внутри из-за программирования высокого напряжения».
• Конденсаторы C4 и C6 100 нФ: Они добавляются для фильтрации шума питания. Импеданс конденсатора уменьшается с увеличением частоты:
  $$ Xc $$ = $$ \ frac {1} {2 \ pi f C} $$
  Конденсаторы передают высокочастотные шумовые сигналы по низкоомному пути к земле.100 нФ — наиболее распространенное значение. Подробнее о конденсаторах читайте в учебнике AAC.
• PIN13: Он подключен к контакту SCK от MCU, а также подключен к светодиоду. Плата Arduino использует буфер (LMV358) для управления светодиодом.
• Заголовок ICSP (внутрисхемное последовательное программирование): Используется для программирования ATmega328 с помощью внешнего программатора. Он подключен к интерфейсу внутрисистемного программирования (ISP) (который использует контакты SPI). Обычно вам не нужно использовать этот способ программирования, потому что загрузчик обрабатывает программирование MCU с интерфейса UART, который подключен с помощью моста к USB.Этот заголовок используется, когда вам нужно прошить MCU, например, с помощью загрузчика впервые в производстве.

Мост USB-UART

Часть моста USB Arduino. Нажмите, чтобы увеличить.

Как мы обсуждали в разделе «Обзор системы Arduino UNO», роль моста USB-UART заключается в преобразовании сигналов интерфейса USB в интерфейс UART, который понимает ATmega328, используя ATmega16U2 с внутренним USB-портом. трансивер.Это делается с помощью специальной прошивки, загруженной в ATmega16U2.

С точки зрения электронного дизайна этот раздел аналогичен разделу микроконтроллера. Этот MCU имеет заголовок ICSP, внешний кристалл с нагрузочными конденсаторами (CL) и конденсатор фильтра Vcc.

Обратите внимание, что на линиях D + и D- USB есть последовательные резисторы. Они обеспечивают надлежащий оконечный импеданс для сигналов USB. Вот некоторые дополнительные сведения об этих резисторах:

1. Почему резисторы серии USB data
2. Часто задаваемые вопросы разработчиков USB

Z1 и Z2 — резисторы, зависящие от напряжения (VDR), также называемые варисторами.Они используются для защиты линий USB от переходных процессов электростатического разряда.

Конденсатор емкостью 100 нФ, подключенный последовательно с линией сброса, позволяет Atmega16U2 отправлять импульс сброса на Atmega328. Подробнее об этом конденсаторе можно прочитать здесь.

The Power

В качестве источника питания вы можете использовать разъем USB или разъем постоянного тока. Пришло время ответить на следующий вопрос: «Если я подключу и адаптер постоянного тока, и USB, какой будет источник питания?»

Регулятор 5 В — это NCP1117ST50T3G, а Vin этого регулятора подключается через вход постоянного тока через диод M7, SMD-версию знаменитого диода 1N4007 (PDF).Этот диод обеспечивает защиту от обратной полярности.

Выход регулятора 5 В подключен к остальной части цепи 5 В в цепи, а также ко входу регулятора 3,3 В LP2985-33DBVR. Вы можете получить доступ к напряжению 5V непосредственно с вывода 5V разъема питания.

Другой источник 5 В — USBVCC, который подключен к стоку FDN340P, P-канального MOSFET, а источник подключен к сети 5 В. Затвор транзистора подключен к выходу операционного усилителя LMV358, используемого в качестве компаратора.Сравнение идет между 3V3 и Vin / 2. Когда Vin / 2 больше, это дает высокий выходной сигнал компаратора, а P-канальный MOSFET выключен. Если Vin не применяется, V + компаратора сбрасывается на GND, а Vout низкий, так что транзистор включен, а USBVCC подключен к 5V.

Механизм переключения источника питания. Нажмите, чтобы увеличить.

LP2985-33DBVR — регулятор 3V3. Оба регулятора 3V3 и 5V являются LDO (Low Dropout), что означает, что они могут регулировать напряжение, даже если входное напряжение близко к выходному напряжению.Это улучшение по сравнению с более старыми линейными регуляторами, такими как 7805.

Последнее, о чем я расскажу, это защита по питанию, которая предусмотрена в Arduino UNO.

Как упоминалось выше, VIN от гнезда постоянного тока защищен от обратной полярности с помощью последовательного диода M7 на входе. Имейте в виду, что вывод VIN в разъеме питания не защищен. Это потому, что он подключен после диода M7. Лично я не знаю, почему они решили это сделать, когда они могли подключить его до диода, чтобы обеспечить такую ​​же защиту.

Пин VIN от разъема питания. Нажмите, чтобы увеличить.

Когда вы используете USB в качестве источника питания и для защиты порта USB, последовательно с USBVCC имеется предохранитель с положительным температурным коэффициентом (MF-MSMF050-2). Это обеспечивает защиту от перегрузки по току 500 мА. Когда достигается предел перегрузки по току, сопротивление PTC сильно увеличивается. После снятия перегрузки по току сопротивление уменьшается.

Очень полезно прочитать статью Rugged Circuits о защите в Arduino.

Теперь вы должны лучше познакомиться с электронным устройством Arduino UNO и лучше разбираться в его оборудовании. Надеюсь, это поможет вашим дизайн-проектам в будущем!

Amazon.com: Ultimate Starter Kit Vilros Arduino Uno 3 включает руководство по изучению 12 схем: компьютеры и аксессуары

В буклете для каждой из 12 схем показано, как ее создавать:g., резистор 330 Ом), и какие позиции на макетной плате использовать.
* Краткое обсуждение кода C, используемого в среде IDE
* Ожидаемые результаты
* Краткий раздел устранения неполадок
* Очень краткий пример реального приложения

В буклете мы не видим много:
* Подробное обучение электроника, устранение неисправностей и др.
* Инструкция по значению принципиальной схемы.
* Инструкция, ПОЧЕМУ используются эти компоненты. Зачем нужен резистор? Почему это 10 кОм, а не 330 Ом? Когда вам нужен транзистор или конденсатор (в комплекте нет конденсаторов).Примечание: есть некоторые обсуждения подтягивающих резисторов.
* Диаграмма, показывающая, как ток течет через макетную плату (обязательно прочтите раздел «Как все это связано» на странице под названием Макетная плата — и ПОЧЕМУ нет номеров страниц ???)

Результат: что если вы сделаете ошибку в цепи, у вас могут возникнуть трудности с ее исправлением. Если вы хотите создать новую схему самостоятельно, у вас, вероятно, не будет для этого знаний.

Честно говоря, в *.ino код для каждой цепи. Это еще не все в буклете. Итак, вы определенно захотите прочитать код C и комментарии. Здесь нет ни тестов, ни кода для заполнения, ни чего-то подобного. Все это в основном сделано за вас. Могло быть гораздо лучшее объяснение того, что делают резисторы, транзисторы, конденсаторы, диоды и т. Д. Если вы каким-то образом научитесь создавать свои собственные схемы, они будут на вас, или на YouTube, или где-то еще.

Он включает в себя Arduino «Сделано в США» (подлинный, а не клонированный, производный или, я думаю, поддельный), который помогает поддерживать сообщество Arduino.

Он действительно включает список частей всего комплекта в начале буклета, поэтому не обращайте внимания на рецензента, который сказал, что его нет.

Некоторые датчики, которые было бы здорово включить, но их не было:
* Движение
* Влажность
* Качество воздуха
Вы, конечно, можете купить их дешево в другом месте и использовать с этим комплектом.

Английский хороший во всем.

Это 12 цепей:
1. Мигающий светодиод, аналогичный миганию.
2. Потенциометр (с помощью шкалы для изменения яркости светодиода)
3.Светодиод RGB
4. Несколько светодиодов
5. Кнопки
6. Фоторезистор (например, для управления ночником, который становится ярче, когда становится темно)
7. Датчик температуры (это не очень точный датчик)
8. Один сервопривод (который можно использовать, например, для захвата вещей в руках робота)
9. Зуммер
10. Вращение двигателя ** Примечание: у меня, по-видимому, неисправный двигатель. Моя схема идеально соответствует книге. Пробовал другие части (диод, резистор 330 Ом, транзистор, даже провода). Код загружается.Я ввел различные скорости двигателя в Serial Monitor, о которых в буклете никогда не упоминается. Все, что делает мотор, — это пронзительный гул. **
11. Реле (для включения и выключения)
12. Регистр сдвига

ELECTRONOOBINO сделайте вашу плату Arduino UNO

ELECTRONooBINO — Создайте свой собственный Arduino UNO

Это мой электронубино, версия 1. O. В этом уроке я покажу вам, как я создал свою собственную плату как Arduino Uno, но с некоторыми уникальными дополнениями, которые я хотел.Моя плата имеет двойной ряд контактов, порт SPI, совместимый с модулями NRF24, потому что я их часто использую, порт mini B USB, белые светодиоды и несколько уникальных логотипов. Итак, приступим.

Смотрите полный список деталей здесь:

ВВЕДЕНИЕ — Об Arduino

Если вы какое-то время были на этом сайте, держу пари, вы знаете, что такое микроконтроллер Arduino. Существует множество версий Arduino, использующих чип Atmega328. Существуют платы Arduino UNO, NANO, pro mini и другие, использующие тот же чип.
Для тестов, когда я создаю новый проект, я почти всегда использую Arduino UNO, потому что он прост, у него есть женские контакты для подключения соединительных проводов, у него есть USB-разъем для программирования, есть разъем для внешнего источника питания и напряжения 5 и 3,3 вольт.
В этом проекте я создал свой собственный уникальный Arduino UNO и назвал его ELECTRONOOBINO, и я покажу вам, как сделать свой собственный. Видите ли, Arduino — это открытая плата для разработки оборудования, все компоненты можно покупать и использовать бесплатно, поэтому я мог собрать все компоненты и сделать свою собственную плату и называть ее как угодно.Прежде чем мы начнем, я хочу поблагодарить сообщество Arduino за все, что они сделали. Без Arduino мой канал / веб-страница, вероятно, даже не существовали бы, это в основном изменило мою жизнь.

Итак, почему я вам это показываю? Что ж, как только вы научитесь составлять схему Arduino, вы сможете создавать свои собственные платы с микроконтроллером ATmega, как я сделал с моей платой дрона, радиоконтроллером, этим портативным паяльником и моим станком с ЧПУ.

ЧАСТЬ 1 — Что нам нужно?

Прежде всего, ниже у вас есть полный список деталей для моего дизайна.Если вы делаете свой собственный, используя другие компоненты, убедитесь, что вы используете хорошие и недорогие компоненты. Есть разные варианты регулятора напряжения, связи FTDI и так далее …

Полный список деталей:

Итак, сначала давайте определимся, какие компоненты нам нужны? У нас должен быть микроконтроллер ATMega328-p. Мы могли бы иметь это в формате AU или PU. Я буду использовать формат PU с сокетом, так как я могу когда-нибудь снять чип.
Хорошо, микроконтроллер не может работать сам по себе.Для работы ему требуется минимальная конфигурация . Это все, что нужно для работы.

См. Учебник по минимуму →

Теперь у нас есть минимальная конфигурация на макетной плате и протестирована. Если вы смогли загрузить его код с помощью модуля FTDI, отлично. Можно начать с проекта. Как только эта конфигурация заработает, вы сможете сделать любую плату, какую захотите.

Хорошо, теперь, когда мы знаем минимальную конфигурацию, давайте проанализируем дополнительные компоненты, которые есть в Arduino UNO.Прежде всего, как было сказано ранее, мне пришлось использовать внешний чип FTDI для программирования Arduino. Моя плата будет включать это. Этот чип устанавливает соединение между данными USB и ATMEGA328, чтобы мы могли загружать наши эскизы в микроконтроллер. Нам также понадобится регулятор напряжения 5V , USB-штекер , кнопка сброса , розетки со всех сторон , дополнительные конденсаторы , светодиоды и переключатель .

ЧАСТЬ 2 — Схема

Это схема моей платы. Позвольте мне объяснить варианты этих различных компонентов. Для связи UART между микросхемой ATMEGA и USB вы можете использовать микросхему FT232RL , как я сделал для этой платы, а также микросхему Ch440 . Проверьте схему для каждой конфигурации ниже.

Схема ELECTRONOOBINO:
Оригинальная схема Arduino UNO

Я использовал EASYEDA для создания схемы и макета.Перейдите на EASYEADA.com, создайте новый проект и дайте ему имя. Теперь откроется новый лист схемы. Мы можем начать добавлять компоненты. Перед тем, как начать, у вас должен быть список с необходимыми вам компонентами.
Зайдите в библиотеки и начните поиск выбранных компонентов. Добавляю DIP-версию ATMEGA328, размещаю микросхему связи FT232, регулятор напряжения, разъем USB и штыревые разъемы. У меня есть булавки два раза, так как я хочу два ряда булавок.

Теперь, чтобы сделать соединения, вы можете использовать непосредственно провод, но это приведет к беспорядку на вашей схеме.Вместо этого используйте метку порта сети . Добавьте этот чистый пор и дайте ему имя. Теперь перейдите к другому порту и добавьте такую ​​же метку с тем же именем. Теперь эти две точки связаны. Помните, что название ярлыка должно быть таким же. Я разместил все дополнительные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и предохранитель, здесь, на входе питания USB. В моем случае все SMD-конденсаторы, резисторы и светодиоды имеют размер 0805 размером , поэтому их не так сложно припаять позже.

Хорошо, это была моя последняя схема.Всегда проверяйте цену каждого компонента перед тем, как приступить к созданию макета, потому что всегда может быть более дешевый компонент, который вы могли бы использовать.

ЧАСТЬ 3 — Макет

Когда схема будет готова и вы убедитесь, что ошибок нет, нажмите кнопку convert to PCB на верхней панели easyEDA. Теперь мы собрали нашу плату и все компоненты вокруг нее. Вот что я сделал: зайдите в библиотеки и найдите Arduino UNO. Кто-то уже сделал форму доски UNO.Поместите эту форму на свой макет и начните придавать доске такую ​​же форму. Контур платы отмечен розовой линией. Как только форма будет такой же, как у Arduino UNO, разместите 4 переходных отверстия диаметром 3,5 мм и отверстие 3 мм в том же месте, что и отверстия на плате Arduino. Поместите женские контакты в то же положение, и как только это будет сделано, вы можете удалить плату Arduino.

Теперь я размещаю свои компоненты в нужном мне месте. Разъем USB на одной стороне, микросхема FTDI между USB и ATMEGA328, регулятор напряжения с некоторыми конденсаторами на левой нижней стороне, предохранитель, выключатель питания, кнопка сброса, светодиоды и здесь порт SPI на всякий случай. хотите добавить модуль NRF24 spi.

Хорошо, пора развести все треки. Я действительно предпочитаю делать это вручную, но вы также можете использовать опцию автотрассировки. Также сделайте линии электропередач немного толще. Мои линии электропередачи имеют длину 0,6 мм, а сигналы — 0,25 мм. Убедитесь, что у вас не много квадратов углов для сигнальных дорожек и что развязывающие конденсаторы расположены достаточно близко к микросхеме. Итак, это мой макет. Наконец, я добавляю медную область для обоих слоев и сохраняю файл.

Следующая страница →

Помогите мне, поделившись этим постом

A Skeleton Arduino Uno — Хакстер.io

Да, я действительно это сделал. Было тяжело, у меня ушло несколько дней, но я справился. В конце концов, это был отличный опыт, и самое удивительное, что Freeduino действительно работает. И я хотел бы поделиться с вами своим опытом.

Что такое Freeduino? Это знаменитая плата Arduino UNO, сделанная без какой-либо платы. Он использует технику, называемую свободной формой, для соединения компонентов проводами вместо платы. И выглядит красиво!

Почему я это сделал? Мне часто сложно объяснить, что такое электроника произвольной формы и как она выглядит.Freeduino — отличный пример искусства свободной электроники, легко сравнимый с хорошо известным устройством — Arduino UNO.

Ознакомьтесь с моими простыми украшениями со светодиодами из латуни, чтобы познакомиться с основами пайки латуни, необходимыми инструментами и материалами.

Понимание схемы Arduino UNO

Прежде чем приступить к пайке, мне нужно было узнать, что именно находится на плате Arduino UNO. Я разделил его на 4 блока:

ATmega328 MCU

• ATmega328P PDIP
• Генератор 16 МГц
• противодействующие конденсаторы

Цепь питания

• 7-12 В на регулятор 5 В
• 5 В на 3 .Стабилизатор 3 В
• USB / входной разъем, схема автоматического выбора
• защита от обратного тока

Схема USB-UART

• USB-разъем
• микросхема последовательного преобразователя (ATMEGA8U2-MU) с осциллятором и дребезгивающими конденсаторами

Сигнал Светодиоды

• светодиод питания
• светодиод по умолчанию (D13)
• Светодиоды TX / RX

Микроконтроллер ATmega328 и его плоскость данных

Сначала я начал с микроконтроллера и цифровых и аналоговых разъемов ввода-вывода.Arduino UNO имеет продуманную компоновку контактных заголовков, которая хорошо сочетается с компоновкой 28-DIP корпуса ATMEGA328. Поэтому перекрещивать провода не нужно. Используя бумажный шаблон, это было несложно.

Распиновка Arduino UNO

Плата данных Freeduino с заголовками ввода-вывода

Единственный внешний компонент для работы ATmega328 — это внешний генератор на 16 МГц, которому требуются два конденсатора по 22 пФ. Это был первый компонент, который возвышался над базовой равниной. Минимальное оборудование для ATmega328P сделано.Пришло время для первого теста с программатором USBasp через интерфейс AVR ISCP.

Схема источника питания

Я сделал себе специальный зажим, который удерживает контактный разъем на месте, оставляя достаточно места для пайки — «щит Freeduino».

Изготовленное на заказ приспособление для удержания штыревой головки на месте

ATmega328 питается от 5В. Arduino UNO имеет два источника питания — разъем 7-12 В или 5 В через разъем USB. Он также обеспечивает источник питания 3,3 В для внешних компонентов. Это означает 2 регулятора мощности.Первый для преобразования 7-12 В в 5 В, а второй для преобразования 5 В в 3,3 В. Я использовал два регулятора AMS1117 на 5 В и 3,3 В с некоторыми конденсаторами в соответствии с рекомендациями в таблицах данных.

Чтобы упростить задачу, я припаял силовую цепь снаружи платы, а затем поместил ее над линиями передачи данных. Это фактически создало двухслойную схему произвольной формы. Я пропустил как автоматический выбор, так и защиту от обратного тока, потому что это все усложнило бы. Они не нужны, если только вы плохо относитесь к своей доске.

Цепь USB-UART

Ch440C Преобразователь USB-UART

Это важно, если вы хотите загрузить свои скетчи через Arduino IDE без использования программиста. Что ж, без этого было бы не так круто. Оригинальный Arduino UNO R3 использует ATMEGA8U2-MU, который велик, но слишком мал и не подходит для схем произвольной формы. Решил использовать чип Ch440C. Он имеет подходящий корпус SOP-16 и требует всего четыре внешних компонента — противодействующий конденсатор, конденсатор сброса и два линейных резистора Tx / Rx.Тот факт, что внешний конденсатор не требуется, значительно упрощает всю схему.

Сигнальные светодиоды

Мне не нравятся эти большие светодиоды THT, поэтому я решил использовать маленькие SMD 1206 для сигнализации питания, L, Tx, Rx связи. Я очень сожалел об этом. Я сначала припаял к ним SMD резистор, а потом попробовал припаять его к проводам. Это было довольно сложно. Мне пришлось использовать низкотемпературный припой и действовать быстро, иначе другая сторона SMD-компонента выпаялась.

Будет ли мигать?

Сначала подключил внешний источник питания для проверки регуляторов мощности.Все уровни напряжения были в порядке, поэтому я продолжил, подключив программатор USBasp, чтобы загрузить загрузчик в чип. На удивление чип установил связь с первой попытки. Это был хороший знак. Внешний кристалл работает и все контакты подключены правильно. Последним шагом было подключить USB-кабель и попытаться загрузить мигающий скетч. Посмотрите сами:

Теперь я собираюсь заключить его в прозрачную смолу, чтобы сделать его менее хрупким.

Сравнение с оригинальной Arduino UNO R3

Я Иржи Праус.

www.jiripraus.cz

ОСНОВНАЯ СХЕМА ARDUINO UNO R3

спецификация

ID	Имя	Обозначение	Зона основания	Кол-во
1	1K	R9, R8, R6, R7	ОСЬ-0.3	4
2	NSCW100	TX, RX	НЕТ	2
3	100n	C14, C16, C15, C13, C11, C4	РАД-0.1	6
4	1u	C8, C6, C5, C1	РАД-0.1	4
5	1M	R1	ОСЬ-0.3	1
6	16 МГц	Z1	OSC-49S-1	1
7	22p	C21, C20	РАД-0.1	2
8	12 МГц	Х1	OSC-49S-1	1
9	1k	R17, R4	ОСЬ-0.3	2
10	1 мес.	PT1	ОСЬ-0.4	1
11	204-10SURD / S530-A3	ОН, Л	Светодиод-3ММ / 2.54	2
12	1N4448	Д1, ВД	ДО-35	2
13	LM6206-3.3N3	U5	ТО-220 (ТО-220-3)	1
14	10k	R14, R15	ОСЬ-0.3	2
15	47u 25V	C, C2	РАД-0.1	2
16	S1	СБРОС	КЛЮЧ-6.0 * 6.0-4	1
17	10 К	R13	ОСЬ-0.3	1

Скачать спецификацию Заказать в LCSC

Обрыв цепи питания

на Arduino UNO и MEGA

Обзор

Эта статья представляет собой обзор цепей питания на Arduino. Uno Rev3 и Mega 2560 Rev3.Мы разрабатываем щиты для обоих этих плат, поэтому в дополнение к чтению пользователя Arduino документации, нам важно перепроектировать, понять, и задокументировать возможности и ограничения силовых цепей и соответствующий разъем ввода / вывода.

Встроенные силовые цепи просты, дешевы и зависят от линейных регуляторов с малым падением напряжения (LDO). конверсия. Также выясняется, что силовые цепи для UNO и MEGA практически идентичны.

Для нашего анализа мы загрузили UNO и Файлы дизайна MEGA с веб-сайта Arduino (см. Ссылки ниже) и импортировал их в Altium Designer.У нас также есть UNO и MEGA на нашем лабораторный стол с программируемым источником питания и осциллографом. Печатная плата фрагменты, показанные на рисунках ниже, взяты из снимков экрана файлы дизайна в Altium Designer.

Заявление об ограничении ответственности: наши примечания ниже основаны на неофициальном исследовании и рассмотрение. Мы не разработчик этих плат, а информация приведенное ниже может быть неточным. Также будьте осторожны при работе с цепи питания низкого напряжения, так как неправильное использование может вызвать дым, пожар и / или ожоги кожи.

Приведенные ниже примечания следует читать вместе с онлайн-документацией по питанию Arduino.

Укладка и заземление

И UNO, и MEGA — двухслойные платы. Нет внутренних плоскости питания или земли. Вместо этого была проведена заливка медного грунта. обильно размещены вокруг маршрутизации сигналов и трасс питания (см. рисунок ниже, земля показана красным). Использование двухслойной доски является соответствует невысокой стоимости; однако отсутствие заземляющего слоя приведет к к контурам цепи и несогласованному характеристическому сопротивлению / сигналу размышления.Это может сделать плату шумной из-за электромагнитное излучение, особенно когда частоты и токи увеличивать.

Также обратите внимание на рисунок ниже отсутствие контактов заземления на периферийные разъемы ввода / вывода. Это создает проблемы целостности сигнала. при проектировании щита для базы UNO (или MEGA).

Рис. 1. Цифровое заземление Uno (GND) сверху Layer

Шины питания

Arduino UNO и MEGA полагаются на линейные стабилизаторы LDO для получения мощности преобразование (например, 5 В в 3.3В). Если вы не знакомы с линейным регулятора, вы все еще можете двигаться вперед, концептуализируя что он работает как адаптивный резистор, обеспечивающий постоянное напряжение на нагрузку при различных текущих условиях. Этот адаптивный сопротивление обеспечивается транзистором внутри регулятора, а Термин «выпадать» относится к состоянию, когда транзистор / регулятор больше не может регулировать напряжение. Выпадение происходит, когда разница между входным и выходным напряжениями падает ниже минимального порога.

Как вы, наверное, уже знаете, UNO и MEGA могут получать питание через либо разъем USB, либо цилиндрический разъем (см. рисунки 2 и 3). ниже). Если оба источника напряжения подаются одновременно, напряжение на соединителе ствола побеждает до тех пор, пока его немного больше чем в два раза 3,3 В (наши тесты показали ~ 7,2 В). При этом напряжении Операционный усилитель на рисунке 3 (U5A) устанавливает высокий уровень и отключает полевой транзистор P-канала. (Т1). Помните, что полевые транзисторы с каналом P включаются при низком напряжении затвора. (Сигнал GATE_CMD).

Обратите внимание, что Arduino заявляет, что 7V находится в рекомендованном диапазоне для VIN. Наше тестирование показывает, что VIN около 7V может привести к ситуации, когда система переключается между питанием от USB и цилиндрический домкрат (VIN) в зависимости от нагрузки и ее регулирования. Мы подозреваем Использование VIN @ 7V может создать нестабильную систему, и его следует избегать. Также при работе с Arduino с USB и блоком питания VIN ниже 8 В, рекомендуется отслеживать сигнал GATE_CMD полевого транзистора для подтверждения что он стабилен.

Как показано на рисунке 2, источник питания цилиндрического гнезда, который должен быть более 5 В, подается на LDO OnSemi NCP1117 на 1,0 А. фиксированно-волгатный регулятор. Это очень простая схема, но имея в виду, что это очень неэффективно, особенно при использовании стены 12 В. бородавка (КПД ~ = 5/12 = 40%). Если вы приближаетесь к 1А, мощность потеря будет около 7Вт! Также обратите внимание, что этот ввод не выглядит слился.

Arduino сообщает пользователям не подавать 5 В на ввод / вывод 5 В разъем, а схема на Рисунке 2 показывает, что прямое управление напряжением 5 В означает управление выходом LDO, и обычно это плохая идея.Рисунок 3 передает ту же концепцию для 3,3 В (не подавайте обратный сигнал на выходе. регулятора).

Рисунок 2. Uno Power In to + 5V

На рисунке 3 показано, как вышеупомянутый полевой транзистор с P-каналом (T1) используется для либо переключите USBVCC на шину 5 В, либо изолируйте его, в зависимости от значение VIN (цилиндрический домкрат питания). В любом случае, шина 5 В питает в Texas Instruments 150 мА 3,3 В LP2985 LDO. Arduino не рекомендует потребляет более 50 мА ¹ даже если регулятор кажется рассчитанным выше.Мы подозреваем, что это связано с управлением общей мощностью / током. на плате при использовании источника питания USB, который ограничен до 500 мА. Также, может возникнуть проблема с рассеянием тепла / мощности.

Что касается рассеиваемой мощности и тепла, это может быть существенным проблема при использовании щита и потреблении большого тока от регуляторы. В этих случаях, вероятно, будет хорошей идеей использовать межплатные разъемы с длинными штырями.

Рисунок 3. От VIN Uno к + 3V3

Снимки экрана печатной платы

На рисунках 4 и 5 ниже показана маршрутизация VIN и + 5V. соответственно.Красный — это верх доски, а синий — низ. доска. Обратите внимание на рис. 5, что IOREF напрямую подключен к 5В.

Рисунок 4. VIN для Uno Рисунок 5. Uno + 5V (и IOREF)

Сводка

Мы продолжим обновлять эту статью по мере разработки и улучшения наши щиты для экосистемы Arduino.

Наш анализ показал нам следующее относительно конструкции щита:

• Экран со встроенными высокоэффективными импульсными регуляторами должен запитать базу через VIN.Это позволит значительно сэкономить электроэнергию и нагревать.
• Если экран питает базу, оставьте контакты 3V и 5V отключен.

Пожалуйста, дайте нам знать ниже, если мы что-то заявили неправильно или вы хотите, чтобы мы добавили определенную информацию.

Ссылки и сноски

1. Один из участников Reddit сообщил нам, что 3.3V 50mA рекомендация является пережитком предыдущих дизайнов, которые основывались на Устройство FTDI для регулирования 3 В.

Не нашли ответа на свой вопрос? Опубликуйте свою проблему ниже или на нашем новом ФОРУМЕ, и мы постараемся сделать все, чтобы помочь вам найти решение.

И обратите внимание, что мы ежедневно обновляем наш сайт новым контентом, связанным с нашим открытым исходным кодом. подход к сетевой безопасности и системному проектированию. Если ты хочешь быть уведомлен об этих изменениях, подпишитесь на нас в Twitter и присоединяйтесь к нашей рассылке список.

Как читать принципиальную схему Arduino

Погрузитесь глубже в ремесло Arduino, изучив эталонный дизайн. Здесь я подробно расскажу об основной принципиальной схеме Arduino, используя одну из наиболее популярных плат для разработки, Arduino UNO.

Так что же такое Ардуино? В основном это может означать две вещи:

One, это компания по производству оборудования и программного обеспечения с открытым исходным кодом, которая создает печатные платы, упрощающие использование микроконтроллеров. Открытый исходный код означает, что его исходный код и аппаратное обеспечение свободно доступны для изменения. Поскольку код и дизайн бесплатны, совместная работа с общественностью позволяет разработать продукт намного быстрее, чем любой закрытый продукт. Единственным недостатком публичного доступа является то, что это порождает конкуренцию.Это позволяет клонировать. Это также причина, по которой мы можем проводить анализ диаграмм только Arduino, а не Raspberry Pi.

Два и наиболее популярных термина — это то, что сама плата называется Arduino.

В Интернете есть много руководств по Arduino. Почти все они объясняют, как заставить его работать, но как это работает? Хорошее понимание конструкции оборудования поможет вам узнать, как встраивать их в свои машины, от малых до крупных.

Вот принципиальная схема последней версии Arduino UNO.Не волнуйтесь, если сейчас вы этого не видите. Мы разделим его на части и проанализируем каждую секцию в соответствии с их функцией.

Компоненты

Здесь мы можем визуально идентифицировать каждый компонент на плате, помимо очевидного Atmega328P. В зависимости от пакета IC эти компоненты могут выглядеть по-разному. Если вы хотите узнать больше о пакетах IC. Посетите эту веб-страницу SparkFun.

Мы разделим принципиальную схему на четыре основных раздела: источник питания, главный микроконтроллер, мост USB и, наконец, вход и выход.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

В этом разделе принципиальной схемы работают наши Arduinos. Для этого мы можем использовать либо источник постоянного тока, либо USB-соединение в качестве источника. Чтобы проследить, как работает схема, начнем с линейного стабилизатора напряжения 5В NCP1117ST50T3G. Этот регулятор выполняет довольно простую функцию. Он принимает входное напряжение до 20 В и преобразует его в 5 В. Vin этого регулятора подключен к источнику постоянного тока через диод M7. Этот диод обеспечивает

защита от обратной полярности, что означает, что ток может течь только от источника питания к регулятору, а не наоборот.В этой схеме используются конденсаторы двух типов. Во-первых, поляризованные конденсаторы ПК1 и ПК2. Они используются для фильтрации помех питания. Во-вторых, конденсатор емкостью 100 нФ на дальней правой стороне действует как развязывающий конденсатор. Разделительные конденсаторы «разъединяют» элементы схемы, чтобы уменьшить их влияние на остальную часть схемы. Также обратите внимание на клеммы + 5V, обведенные синим? Вы можете увидеть их на схематической диаграмме. По сути, это связь. Дизайнеры часто используют эти терминалы, чтобы уместить их дизайн на минимальном количестве страниц.Такие ярлыки, как Vin и GND, также работают одинаково.

Выбор источника питания

Если вы используете источник USB, питание будет поступать через секцию USBVCC в P-канальный MOSFET FDN340P. Вкратце объясняя, что МОП-транзисторы — это транзисторы, которые обычно закрыты (подключены) до тех пор, пока определенное напряжение не запустит затвор. Следовательно, запуск полевого МОП-транзистора открывает транзистор (отключается). Используя эту характеристику, к клемме затвора полевого МОП-транзистора подключается компаратор, который функционирует как механизм переключения.Если вы используете источник USB, он просто включит стабилизатор 3,3 В, поскольку MOSFET обычно подключен. Если вы подключите источник постоянного тока, операционный усилитель LMV358 будет производить высокий выходной сигнал, запускающий затвор полевого МОП-транзистора, отключая источник USB от регулятора 3,3 В. Таким образом, если оба подключены, плата будет использовать источник постоянного тока.

Клемма 5 В здесь указывает на подключение к цепи, ранее питавшейся от источника постоянного тока. Это означает, что стабилизатор 3,3 В получает питание от той цепи, которая питает цепь.

Наконец, схема светодиодного индикатора. Проще говоря, он загорается зеленым светодиодом, когда обнаруживает питание от клеммы 5 В.

МИКРОКОНТРОЛЛЕР

Этот раздел является основной схемой микроконтроллера Arduino UNO. В нем установлен микроконтроллер ATmega328P. Мы не будем вдаваться в подробности технических характеристик микроконтроллера. Единственное, что вам нужно знать, это то, что это 8-битное устройство, что означает, что оно может обрабатывать 8 строк данных одновременно.

Это три черных заголовка, которые вы видите на плате. Как видите, TX и RX от ATmega16U2 подключены к контактам 0 и 1. Заголовки IOL и IOH предназначены для контактов с 0 по 13 в дополнение к контактам I2C, GND и AREF.

К генераторам микроконтроллера подключен керамический резонатор CSTCE16M0V53-R0 16 МГц. Эта схема служит часами.

Конденсаторы здесь выполняют ту же функцию, что и развязывающие конденсаторы из предыдущего раздела.

Заголовок ICSP (внутрисхемное последовательное программирование) используется для программирования ATmega328P с помощью внешнего программатора (например, Raspberry Pi). Обычно мы используем это только для удаленного программирования или для первой прошивки микроконтроллера. Мы не используем этот способ программирования часто, так как мы уже можем делать это через USB, что мы обсудим в следующем разделе.

USB

Этот раздел представляет собой мост USB-UART.Поскольку основной микроконтроллер ATmega328 не имеет приемопередатчика USB, мы используем микроконтроллер ATmega16U2 в качестве моста для передачи сигналов USB с вашего компьютера на UART, протокол связи, который использует ATmega328.

Это в основном то же самое с основной частью микроконтроллера. Этот MCU имеет конденсаторы, разъем ICSP и кристалл.

Эти резисторы RN3 являются оконечными резисторами. Они используются для того, чтобы полное сопротивление линии соответствовало спецификации USB.Он снижает скорость импульсов USB, уменьшая помехи от электромагнитных помех. С другой стороны, Z1 и Z2 — варисторы. Они используются для защиты от электростатических разрядов.

Когда ATmega 16U2 передает или принимает сигнал от ATmega 328P, загораются желтые светодиоды. Мы также можем видеть здесь две линии, по которым взаимодействуют два микроконтроллера.

ввод / вывод

Изображение предоставлено Маркусом Дженкинсом

Довольно приятно снова увидеть доску, не так ли? К настоящему времени вы должны понять, как они связаны с несколькими электронными компонентами на нашей принципиальной схеме.