Arduino — распиновка и схема подключения

В своей статье я хотел бы подробно и с иллюстрациями рассказать про схему подключения и распиновку Arduino, рассматривая различные модели микроконтроллера.

Arduino - распиновка и схема подключения

1. Плата Arduino Uno — распиновка устройства

Слово Uno переводится с итальянского языка, как «один». Устройство названо в связи с началом выпуска Arduino 1.0. Другими словами, Uno является эталонной моделью для всей платформы типа Arduino. Это последнее устройство в серии плат USB, доказавшее свою эффективность и проверенное временем.

Arduino Uno - распиновка

Arduino Uno создано на микроконтроллере типа ATmega 328 (datasheet).

Его состав следующий:

  • количество цифровых входов и выходов составляет 14 (а шесть из них имеется возможность использовать как выходы ШИМ);
  • число аналоговых входов составляет шесть;
  • 16 МГц – кварцевый резонатор;
  • имеется разъём для питания;
  • есть разъём, предназначенный для ICSP-программирования внутри самой схемы;
  • присутствует кнопка для сброса.

Крайне важно отметить, что отличительной особенностью всех новых плат arduino является использование для интерфейсов USB–UART микроконтроллера типа ATmega 16U2 (или ATmega 8U2 в версиях R1, R2) вместо устаревшей микросхемы типа FTDI.

Плата Uno по версии R2 снабжается дополнительным подтягивающим к земле резистором на линии HWB применяемого микроконтроллера.

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.

1.1. Плата Arduino Uno R3 и её распиновка

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

Плата Arduino Uno R3 и её распиновка

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.

Arduino Uno R3

Изменения распиновки платы выглядят следующим образом:

  1. Возле вывода AREF добавлены два пина: SDA, SCL.
  2. Возле пина RESET также добавлены два вывода: IOREF, позволяющий подключать платы расширения с подстройкой под необходимое напряжение; второй вывод не используется и находится в резерве.

2. Плата Arduino Mini и её распиновка

Является одной из самых простых и удобных устройств Arduino.

Смотрите также  Установка и подключение библиотек в Arduino IDE

Плата Arduino Mini и её распиновка

Используется микроконтроллер ATmega 168 с рабочим напряжением на 5 вольт с частотой в 16 МГц. Максимальное напряжение питания в моделях составляет 9 вольт. Значение максимального тока на выводах составляет 40 mA.

Плата содержит:

  • 14 цифровых выводов (из них 6 могут быть использованы в качестве ШИМ-выходов), могут применяться в качестве как входа, так и выхода;
  • 8 аналоговых входов (4 из них оснащены выводами);
  • 16 МГц – кварцевый генератор.

Arduino Mini

Пины устройства Arduino Mini имеют следующее предназначение:

  1. Два вывода, посредством которых осуществляется питание платы «плюс»: RAW, VCC.
  2. Вывод контакта «минус» – пин GND.
  3. Выводы под номерами 3, 5, 6, 9, 10, 11 используются для ШИМ при применении функции analog Write.
  4. К выводам №0, №1 можно подключать другие устройства.
  5. Аналоговые входы №0 – №3 с выводами.
  6. Аналоговые входы №4 – №7 не имеют выводов и требуют пайки при необходимости.
  7. Вывод AREF, который предназначен для изменения верхнего напряжения.
  8. Вывод Reset – перезагрузка микроконтроллера.

Расположение выводов в различных версиях arduino mini могут различаться.

3. Плата Arduino Mega 2560 и её распиновка

Устройство Arduino Mega 2560 собрано на микроконтроллере ATmega 2560 (datasheet), является обновлённой версией Arduino Mega.

Плата Arduino Mega 2560 и её распиновка

Для осуществления преобразования USB–UART-интерфейсов используется новый микроконтроллер ATmega 16U2 ( либо ATmega 8U2 для версий плат R1 или R2).

Состав платы следующий:

  • количество цифровых входов/выходов составляет 54 (15 из них можно использовать в роли выходов-ШИМ);
  • число аналоговых входов – 16;
  • реализация последовательных интерфейсов производится посредством 4 аппаратных приёмопередатчиков UART;
  • 16 МГц – кварцевый резонатор;
  • USB-разъём;
  • питающий разъём;
  • внутрисхемное программирование осуществляется через ICSP-разъём;
  • кнопка для сброса.

Arduino Mega 2560

В устройстве Mega 2560 R2-версии добавлен специальный резистор, подтягивающий HWB-линию 8U2 к земле, что позволяет значительно упростить переход Arduino в DFU-режим, а также обновление прошивки. Версия R3 незначительно отличается от предыдущих. Изменения в устройстве следующие:

  • добавлены четыре вывода – SCL, SDA, IOREF (для осуществления совместимости по напряжению различных расширительных плат) и ещё один резервный вывод, пока не используемый;
  • повышена помехоустойчивость по цепи сброса;
  • увеличен объём памяти;
  • ATmega8U2 заменён на микроконтроллер ATmega16U2.

Выводы Arduino Mega 2560R3 предназначаются для следующего:

  1. Имеющиеся цифровые пины могут служить входом-выходом. Напряжение на них – 5 вольт. Каждый пин обладает подтягивающим резистором.
  2. Аналоговые входы не оснащены подтягивающими резисторами. Работа основана на применении функции analog Read.
  3. Количество выводов ШИМ составляет 15. Это цифровые выводы №2 – №13, №44 – №46. Использование ШИМ производится через функцию analog Write.
  4. Последовательный интерфейс: выводы Serial: №0 (rx), №1 (tx); выводы Serial1: №19 (rx), №18 (tx); выводы Serial2: №17 (rx), №16 (tx); выводы Serial3: №15 (rx), №14 (tx).
  5. Интерфейс SPI оборудован выводами №53 (SS), №51 (MOSI), №50 (MISO), №52 (SCK).
  6. Вывод №13 – встроенный светодиод.
  7. Пины для осуществления связи с подключаемыми устройствами: №20 (SDA), №21 (SCL).
  8. Для внешних прерываний (низкий уровень сигнала, другие изменения сигнала) используются выводы №2 , №3, №18, №19, №20, №21.
  9. Вывод AREF задействуется командой analog Reference и предназначается для регулирования опорного напряжения аналоговых входных пинов.
  10. Вывод Reset. Предназначен для формирования незначительного уровня (LOW), что приводит к перезагрузке устройства (кнопка сброса).
Смотрите также  ESP8266 – микроконтроллер с Wi-Fi: технические сведения

4. Плата Arduino Micro и её распиновка

Arduino Micro представляет собой устройство, основа которого построена на микроконтроллере ATmega 32u4, имеющем встроенный USB-контроллер. Это решение упрощает подключение платы к компьютеру, так как в системе устройство будет определяться как обычная клавиатура, мышь либо COM-порт. Состав устройства следующий:

Плата Arduino Micro и её распиновка

  • количество входов/выходов – 20 (имеется возможность 7 из них использовать как ШИМ-выходы, а 12 – в роли входов аналогового типа); резонатор кварцевый, настроенный на 16 МГц;
  • micro-USB-разъём;
  • ICSP-разъём, предназначенный для проведения внутреннего программирования;
  • кнопка для сброса.

Все цифровые выводы изделия могут работать в качестве как входов, так и выходов благодаря наличию функций digital Read, pin Mode, digital Write. Напряжение на выводах составляет 5 вольт. Максимальная величина потребляемого или отдаваемого тока с одного вывода составляет 40 мА. Выводы сопрягаются с внутренними резисторами, которые по умолчанию находятся в отключенном состоянии. Они имеют номиналы в 20 кОм – 50 кОм. Отдельные выводы arduino micro, кроме основных, способны выполнять и ряд дополнительных функций:

  1. В последовательном интерфейсе выводы №0 (RX), №1 (TX) применяются для приёма (RX), а также передачи (TX) необходимых данных через встроенный аппаратный приёмопередатчик. Функция актуальна для arduino micro класса Serial. В других случаях связь осуществляется через соединение USB (CDC).
  2. Интерфейс TWI включает выводы микроконтроллера №2 (SDA) и №3 (SCL). Позволяют использовать данные библиотеки Wire.
  3. Выводы под номерами 0, 1, 2, 3 могут быть использованы в роли источников возникающих прерываний. К таковым относятся низкий уровень сигнала; прерывания по фронту, по спаду, при изменении уровня сигнала.
  4. Выводы под номерами 3, 5, 6, 9, 10, 11,13 при использовании функции analog Write способны выводить аналоговый ШИМ-сигнал в 8 бит.
  5. К SPI-интерфейсу относятся выводы на разъёме ICSP. Они не соединяются с цифровыми выводами на плате.
  6. Дополнительный вывод RX LED/SS, который соединён со светодиодом. Последний индицирует процесс по передаче данных с использованием USB. Этот вывод может быть использован при работе с интерфейсом SPI для вывода SS.
  7. Вывод №13 – светодиод, который включается при отправке данных HIGH и выключается при значениях LOW.
  8. Выводы A0 – A5 (отмечены на плате) и A6 – A11 (соответствуют цифровым выводам за номерами 4, 6, 8, 9, 10,12) являются аналоговыми.
  9. Вывод AREF позволяет изменять верхнее значение аналогового напряжения на вышеуказанных выводах. При этом используется функция analog Reference.
  10. С помощью вывода Reset формируется низкий уровень (LOW) и происходит перезагрузка микроконтроллера (кнопка сброса).
Покупаем на АлиЭкспресс: подробная инструкция... Все, кто увлекается микроконтроллерами и, тем более, Ардуино, рано или поздно все покупки начинают делать на АлиЭкспресс. Именно на это площадке самые прие...
Основные понятия электричества (электрики) Содержание Постоянный и переменный ток (DC and AC) Трансформатор (Transformer) Трехфазная сеть (Three-phase network) Заземление (Earthing или Ground)...
Установка и подключение библиотек в Arduino IDE Общие сведения о библиотеках для Arduino IDE В Arduino IDE многие скетчи работают с библиотеками. В библиотеке уже есть большая часть кода который вам н...

Просмотров: 5117