Arduino Uno

Это оригинальная модель Arduino Rev3, произведённая в Италии. Она сделана на базе микроконтроллера ATmega328p с тактовой частотой 16 МГц, обладает памятью 32 КБ и имеет 20 контролируемых контактов ввода и вывода для взаимодействия с внешним миром.

Arduino — это открытая платформа, которая позволяет собирать всевозможные электронные устройства, и поэтому она интересна креативщикам, дизайнерам, программистам и всем пытливым умам, желающим собрать собственный гаджет. Устройства могут работать как автономно, так и в связке с компьютером. Всё зависит от идеи.

Платформа состоит из аппаратной и программной частей; обе чрезвычайно гибки и просты в использовании. Для программирования используется упрощённая версия C++, также известная как Wiring. Разработку можно вести как с использованием бесплатной среды Arduino IDE, так и с помощью графического языка программирования XOD IDE или произвольного инструментария C/C++. Поддерживаются операционные системы Windows, MacOS X и Linux.

Для программирования и общения с компьютером вам понадобится USB-кабель. Для автономной работы потребуется блок питания на 7,5—12 В. Если вы новичок в конструировании электроники, рекомендуем обратить внимание на готовые наборы: «Матрёшка X», «Матрёшка Y» или «Матрёшка Z».

Питание

Arduino Uno может питаться как от USB-подключения, так и от внешнего источника: батарейки или сетевого адаптера. Источник определяется автоматически.

Платформа может работать с источником напряжения от 6 до 20 В. Однако при напряжении менее 7 В работа может быть неустойчивой, а напряжение более 12 В может привести к перегреву и повреждению. Поэтому рекомендуемый диапазон составляет 7−12 В.

На Arduino доступны следующие контакты для доступа к питанию:

• Vin предоставляет тот же вольтаж, что используется для питания платформы. При подключении через USB напряжение равно 5 В.
• 5V предоставляет 5 В вне зависимости от входного напряжения. На этом напряжении работает процессор. Максимальный допустимый ток с этого контакта — 800 мА.
• 3.3V предоставляет 3,3 В. Максимальный допустимый ток с этого контакта — 50 мА.
• GND — земля.

Память

Платформа оснащена 32 КБ flash-памяти, 2 КБ из которых отведено под так называемый bootloader. Он позволяет прошивать Arduino с обычного компьютера через USB. Эта память постоянна и не предназначена для изменения по ходу работы устройства. Её предназначение — хранение программы и сопутствующих статичных ресурсов.

Также имеется 2 КБ SRAM-памяти, которые используются для хранения временных данных вроде переменных программы. По сути, это оперативная память платформы. SRAM-память очищается при обесточивании.

Ещё имеется 1 КБ EEPROM-памяти для долговременного хранения данных. По своему назначению это аналог жёсткого диска для Arduino.

Ввод-вывод

На платформе расположены 14 контактов (pins), которые могут быть использованы для цифрового ввода и вывода. Какую роль исполняет каждый контакт — зависит от вашей программы. Все они работают с напряжением 5 В и рассчитаны на ток до 40 мА. Также каждый контакт имеет встроенный, но отключённый по умолчанию резистор на 20–50 кОм. Некоторые контакты обладают дополнительными ролями:

• Serial: 0-й и 1-й. Используются для приёма и передачи данных по USB.
• Внешнее прерывание: 2-й и 3-й. Эти контакты могут быть настроены, чтобы инициировать вызов заданной функции при изменении входного сигнала.
• PWM: 3-й, 5-й, 6-й, 9-й, 10-й и 11-й. Могут являться выходами с широтно-импульсной модуляцией (pulse-width modulation) с 256 градациями.
• LED: 13-й. К этому контакту подключён встроенный в плату светодиод. Если на контакт выводится 5 В, светодиод зажигается, а при нуле — гаснет.

Помимо контактов цифрового ввода-вывода на Arduino имеется 6 контактов аналогового ввода, каждый из которых предоставляет разрешение в 1024 градации. По умолчанию значение меряется между землёй и 5 В, однако возможно изменить верхнюю границу, подав напряжение требуемой величины на специальный контакт AREF.

Кроме этого на плате имеется входной контакт Reset. Его установка в логический ноль приводит к сбросу процессора. Это аналог кнопки Reset обычного компьютера.

Взаимодействие

Arduino Uno обладает несколькими способами общения с другими Arduino, микроконтроллерами и обычными компьютерами. Платформа позволяет установить последовательное (Serial UART TTL) соединение через контакты 0 (RX) и 1 (TX). Установленный на платформе чип ATmega16U2 транслирует это соединение через USB: на компьютере становится доступен виртуальный COM-порт. Программная часть Arduino включает утилиту, которая позволяет обмениваться текстовыми сообщениями по этому каналу.

Встроенные в плату светодиоды RX и TX светятся, когда идёт передача данных между чипом ATmega162U и USB-портом компьютера.

Отдельная библиотека позволяет организовать последовательное соединение с использованием любых других контактов, не ограничиваясь штатными 0-м и 1-м.

С помощью дополнительных плат расширения становятся доступны другие способы связи: Ethernet-сеть, радиоканал, беспроводные сети.

Защита USB

Arduino Uno обладает предохранителем, защищающим USB-порты вашего компьютера от перенапряжения и коротких замыканий. Хотя большинство компьютеров обладают собственными средствами защиты, предохранитель даёт дополнительную уверенность. Он разрывает соединение, если на USB-порт подаётся более 500 мА, и восстанавливает его после нормализации ситуации.

Габариты

Размер платы составляет 6,9×5,3 см. Гнёзда для внешнего питания и USB выступают на пару миллиметров за обозначенные границы. На плате предусмотрены места для крепления на шурупы или винты. Расстояние между контактами составляет 0,1″ (2,54 мм), но расстояние между 7-м и 8-м контактом — 0,16″.

Комплектация

• 1× Плата Arduino Uno R3
• 1× Информационный буклет

Характеристики

• Микроконтроллер: ATmega328
• Тактовая частота: 16 МГц
• Напряжение логических уровней: 5 В
• Входное напряжение питания: 7–12 В
• Порты ввода-вывода общего назначения: 20
• Максимальный ток с пина ввода-вывода: 40 мА
• Максимальный выходной ток пина 3.3V: 50 мА
• Максимальный выходной ток пина 5V: 800 мА
• Порты с поддержкой ШИМ: 6
• Порты с АЦП: 6
• Разрядность АЦП: 10 бит
• Flash-память: 32 КБ
• EEPROM-память: 1 КБ
• Оперативная память: 2 КБ
• Габариты: 69×53 мм

Ресурсы

Пять мифов об Arduino Uno:

• Инструкция по использованию, примеры и документация
• Справочник по программированию

• Жалюзи с электроприводом
• Замок «Тук-тук»
• Стол для 3D-фотосъемки
• Голосовой тир
• Беспроводная метеостанция
• Автополив растений
• Аудиоинформер скорости ветра