Устройство Arduino

Что же такое Arduino? По сути, это лишь обвязка для комфортной работы с микроконтроллером, удобства его программирования и подключения периферии. В этой статье мы рассмотрим основные детали плат Arduino и их назначение на примере Arduino UNO R3, которая является самой популярной.

Основой является, конечно же, микроконтроллер (1). В данном случае это будет ATmega328. Плата подключается к компьютеру при помощи разъёма USB 2.0 type B (2). При этом для большинства микроконтроллеров, встроенных в платы Arduino (исключая, например, ATmega32u4 в Leonardo), требуется USB-UART преобразователь, так как у них нет нативной поддержки USB. В ранних платах Arduino, а кроме них в Nano, установлена микросхема FT232RL, в большинстве китайских клонов используется более дешёвая CH340G. В оригинальных UNO R3 используется дополнительный микроконтроллер ATmega16u2 (3), который программно преобразует UART в USB и наоборот, благодаря чему плата может эмулировать USB устройство для компьютера, будь то мышь, клавиатура или джойстик.

Arduino UNO R3 имеет на борту разъём 5.5*2.1 мм для внешнего питания (4). Рекомендованное входное напряжение для него – от 7 до 12 вольт. На выходе стабилизатора (5)получаем необходимые для микроконтроллера 5 В. Кроме него на плате есть стабилизатор на 3.3 В (6)для питания периферийных устройств. Помимо стабилизаторов, для стабилизации выходного напряжения применяются конденсаторы (7). Предохранитель (8)на 500 мА (максимальный ток USB 2.0) необходим для защиты от больших токов USB порта компьютера. Источник питания выбирается при помощи полевого транзистора (9)и операционного усилителя (10), в приоритете внешний. Для защиты контроллера от питания с неправильной полярностью служит диод (11).

Кроме всего этого на плате можно найти внешний кварцевый резонатор (12) с частотой 16 МГц, тактирующий работу контроллера, и кнопку (13) для перезагрузки. Для индикации работы на плате находятся 4 светодиода. “ON” включается при подаче питания, “TX ” – при передаче данных по линии UART, “RX” – при приёме данных. Кроме них есть светодиод, подключенный к 13-му пину (контакту, выходу) – им можно управлять программно.

Для загрузки скетчей через Arduino IDE в микроконтроллер прошит специальный загрузчик – “bootloader” по-английски. В платах Arduino он уже есть, однако может понадобиться перепрошивка микроконтроллера, для этого на плате разведены ICSP разъёмы: один для ATmega16u2 (14), другой для ATmega328 (15). На платах с другим USB-UART преобразователем либо нативным USB есть только один ICSP разъём.

Естественно, на UNO линейка Arduino не заканчивается. Существует множество плат, предназначенных для различных целей и имеющих различные возможности. Например, Arduino Mega применяется в тех проектах, где мощности UNO и подобных ей плат не хватает. Она основана на микроконтроллерах ATmega1280 либо ATmega2560 (отличаются размером памяти), у которых больше выводов и памяти, чем у ATmega328. Mega совместима со всеми платами расширения для UNO или Duemilanove. По устройству она не сильно отличается от Arduino UNO.

В проектах, где важна компактность, можно использовать Arduino Nano или Pro Mini. Их основное отличие друг от друга заключается в том, что у Pro Mini отсутствует USB интерфейс и USB-UART преобразователь. Для программирования потребуется внешний переходник. Обе платы используют микроконтроллеры ATmega328 либо ATmega168, благодаря чему по функциональности и скорости работы они похожи на Arduino UNO.

Существует специальная версия Arduino LilyPad, предназначенная для вшивания в одежду. При отключенном питании эту плату можно даже стирать. Вместе с ней продаются специализированные модули и токопроводящие нити.