Плата и распиновка Arduino Uno

Распиновка представлена на рисунке 44.2.

Рисунок 44.3 – Распиновка Arduino Uno

 

Распиновка выглядит следующим образом:

1) Последовательный интерфейс использует шины №0 (RX – получение данных), №1 (TX – передача данных).

2) Для внешнего прерывания используются выводы №2, №3.

3) Для ШИМ используются выводы за номерами 3,5, 6, 9, 10, 11. Функция analog Write обеспечивает разрешение в 8 бит.

4) Связь посредством SPI: контакты №10 (SS), №11 (MOSI), №12 (MISO), №13 (SCK).

5) Вывод №13 запитывает светодиод, который загорается при высоком потенциале.

6) Uno оснащена 6 аналоговыми входами (A0 – A5), которые имеют разрешение в 10 бит.

7) Для изменения верхнего предела напряжения используется вывод AREF (функция analog Reference).

8) Связь I2C (TWI, библиотека Wire) осуществляется через выводы №4 (SDA), №5 (SCL).

9) Вывод Reset – перезагрузка микроконтроллера.

Плата Arduino Uno R3 с основными функциональными элементами изображена на рисунке 44.4.

Устройство построено на микроконтроллере АTmega16U2 и имеет повышенный уровень помехоустойчивости по цепи сброса.

Устройство отличается от предыдущей версии лишь тем, что в этом случае не используется интерфейс USB-UART FTDI при подключении к компьютеру. Эту задачу выполняет выполняет сам микроконтроллер ATmega 16U2.

Рисунок 44.4 – Функциональные элементы платы Arduino Uno

Микроконтроллер ATmega328P

Сердцем платформы Arduino Uno является восьмибитный микроконтроллер семейства AVR — ATmega328P.

Микроконтроллер ATmega16U2

Микроконтроллер ATmega16U2 обеспечивает связь микроконтроллера ATmega328P с USB-портом компьютера. При подключении к ПК Arduino Uno определяется как виртуальный COM-порт. Прошивка микросхемы 16U2 использует стандартные драйвера USB-COM, поэтому установка внешних драйверов не требуется.

Пины питания

VIN: Напряжение от внешнего источника питания (не связано с 5 В от USB или другим стабилизированным напряжением). Через этот вывод можно как подавать внешнее питание, так и потреблять ток, если к устройству подключён внешний адаптер.

5V: На вывод поступает напряжение 5 В от стабилизатора платы. Данный стабилизатор обеспечивает питание микроконтроллера ATmega328. Запитывать устройство через вывод 5V не рекомендуется — в этом случае не используется стабилизатор напряжения, что может привести к выходу платы из строя.

3.3V: 3,3 В от стабилизатора платы. Максимальный ток вывода — 50 мА.

GND: Выводы земли.

IOREF: Вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера. В зависимости от напряжения, плата расширения может переключиться на соответствующий источник питания либо задействовать преобразователи уровней, что позволит ей работать как с 5 В, так и с 3,3 В устройствами.

Порты ввода/вывода

Цифровые входы/выходы: пины 0–13 – изображены на рисунке 44.5

Логический уровень единицы — 5 В, нуля — 0 В.

Максимальный ток выхода — 40 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.

Рисунок 44.5 – Цифровые входы в Arduino

 

На плате выведены 14 цифровых пинов (контактов), любой из которых может работать как на вывод информации, так и на ввод. Для этого в коде программ применяются специальные функции:

pinMode()

Функция pinMode служит для задания режима работы контакта, будет-ли он работать на выход или на вход. В данной функции задается номер контакта, которым мы в дальнейшем собираемся управлять.

digitalRead()

Функция считывает текущее значение с заданного контакта – его значение может быть HIGH или LOW.

digitalWrite()

Функция передает определенное значение на заданный контакт – оно может быть HIGH или LOW.

Все выводы обладают пятивольтовой логикой, то есть выдают логическую единицу как напряжение 5В.

Каждый вывод платы имеет нагрузочный резистор номиналом 20-50 кОм и может пропускать до 40 мА, но по умолчанию все они отключены.

Стандартная конфигурация выводов микроконтроллера позволяет не использовать функцию pinMode(), так как они изначально настроены в качестве портов ввода. Их особенностью является минимальная нагрузка на схему: порты эквивалентны внутреннему резистору, что гарантирует сопротивление в 100 МОм.

Для трансформации порта в один из двух режимов достаточно минимум тока. Благодаря этому, выходы используют для подключения датчиков касания, фотодиодов и других датчиков, имеющих схему аналогичной RC-цепи.

Если к определенному выводу ничего не подключено, то из-за помех, случайных контактов на нем могут возникать случайные величины.

Рекомендуется задавать портам, к которым ничего не подключено, определенное известное значение. Для этого используют подтягивающие резисторы 10 кОм, подключая вход к +5В или к земле.