Arduino UNO R3 ATmega328P DIP, ATmega16U2, USB-B (139270)

Arduino Uno контролер побудований на ATmega328. Платформа має 14 цифрових входів/виходів (6 з яких можуть використовуватися як виходи ШІМ), 6 аналогових входів, кварцовий генератор 16МГц, USB-роз'єм, силовий роз'єм, роз'єм ICSP і кнопку перезавантаження. Для роботи необхідно підключити платформу до комп'ютера за допомогою USB-кабелю, або подати живлення за допомогою адаптера AC/DC або батареї.
На відміну від усіх попередніх плат, що використовували FTDI USB мікроконтролер для зв'язку по USB, новий Ардуїно Uno використовує мікроконтролер ATmega16U2.
"Uno" перекладається як "один" з італійської, і розробники тим самим натякають на майбутній вихід Arduino 1.0. Нова плата стала флагманом лінійки плат Ардуїно.

Характеристики

Схема и вихідні дані:

Принципіальна схема: arduino-duemilanove-schematic.pdf

Живлення

Arduino Uno може отримувати живлення через підключення USB або від зовнішнього джерела. Джерело живлення вибирається автоматично.

Зовнішнє живлення (не USB) може подаватися через перетворювач напруги AC/DC (блок живлення) або акумуляторною батареєю. Перетворювач напруги підключається за допомогою роз'єму 2.1мм із центральним позитивним полюсом. Провід від батареї підключається до виводів Gnd і Vin роз'єму живлення.

Платформа може працювати за зовнішнього живлення від 6В до 20В. При напрузі живлення нижче 7В вивід 5V може видавати менше 5В, при цьому платформа може працювати нестабільно. При використанні напруги вище 12В регулятор напруги може перегрітися та пошкодити плату. Рекомендований діапазон від 7В до 12В.

Виводи живлення:

• VIN - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього джерела (відсутність 5В від роз'єму USB або іншого регульованого джерела живлення). Подача напруги живлення відбувається через даний вивід.
• 5V - регульоване джерело напруги, використовується для живлення мікроконтролера і компонентів на платі. Живлення може подаватися від виводу VIN через регулятор напруги, або від роз'єму USB, або іншого регульованого джерела напруги 5В. 
• 3V3 - напруга на виводі 3.3В, що генерується вбудованим регулятором на платі. Максимальне споживання струму 50мА.
• GND - виводи заземлення.

Пам'ять

Мікроконтролер ATmega328 має в своєму розпорядженні 32кБ флеш пам'яті, з яких 0.5кБ використовується для зберігання завантажувача, а також 2кБ ОЗП (SRAM) і 1Кб EEPROM.

Входи та Виходи

Кожен з 14 цифрових виводів Uno може налаштовуватися як вхід або вихід, використовуючи функції pinMode(), digitalWrite(), и digitalRead(). Виводи працюють при напрузі 5В. Кожен вивід має навантажувальий резистор (за замовчуванням відключений) 20-50кОм та може пропускати до 40мА. Деякі виводи мають особливі функції:

• Послідовна шина: 0 (RX) та 1 (TX). Висновки використовуються для отримання (RX) та передачі (TX) даних TTL. Ці висновки підключені до відповідних висновків мікросхеми послідовної шини ATmega8U2 USB-to-TTL.
• Зовнішнє переривання: 2 і 3. Дані висновки можуть бути налаштовані на виклик переривання або на молодшому значенні, або на передньому або задньому фронті, або при зміні значення. Детальна інформація міститься в описі функції attachInterrupt().
• ШІМ: 3, 5, 6, 9, 10, і 11. Будь-які з виводів забезпечують ШІМ з  роздільною здатністю 8 біт за допомогою функції analogWrite().
• SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). За допомогою даних виводів здійснюється зв'язок SPI, для чого використовується бібліотека SPI.
• LED: 13. Вбудований світлодіод, підключений до цифрового виводу 13. Якщо значення виводу має високий потенціал, то світлодіод горить.

На платформі Uno встановлено 6 аналогових входів (позначених як A0.. A5), кожен роздільною здатністю 10 біт (тобто може набувати 1024 різних значень). Стандартно виводи мають діапазон вимірювання до 5В щодо землі, проте є можливість змінити верхню межу за допомогою виведення AREF та функції analogReference(). Деякі виводи мають додаткові функції:

• I2C: 4 (SDA) и 5 (SCL). За допомогою висновків здійснюється зв'язок I2C (TWI), для створення якого використовується бібліотека Wire.

Додаткова пара виводів платформи:

• AREF - опорна напруга для аналогових входів Використовується з функцією analogReference().
• Reset - низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер. Зазвичай використовується для підключення кнопки перезавантаження на платі розширення, що закриває доступ до кнопки на платі Arduino..

Зверніть увагу на з'єднання між виводами Arduino та портами ATmega328.

Зв'язок

На платформі Arduino Uno встановлено кілька пристроїв для здійснення зв'язку з комп'ютером, іншими пристроями Arduino або мікроконтролерами. ATmega328 підтримують послідовний інтерфейс UART TTL (5В), який здійснюється виводами 0 (RX) і 1 (TX). Встановлена на платі мікросхема ATmega8U2 спрямовує даний інтерфейс через USB, програми на боці комп'ютера "спілкуються" з платою через віртуальний COM порт. Прошивка ATmega8U2 використовує стандартні драйвери USB COM, ніяких сторонніх драйверів не потрібно, але на Windows для підключення знадобиться файл ArduinoUNO.inf  Моніторинг послідовної шини (Serial Monitor) Arduino дозволяє надсилати і отримувати текстові дані при підключенні до платформи. Світлодіоди RX і TX на платформі будуть блимати під час передачі даних через мікросхему FTDI або USB підключення (але не при використанні послідовної передачі через виводи 0 і 1).

Бібліотекою SoftwareSerial можна створити послідовну передачу даних через будь-який із цифрових виводів Uno.

ATmega328 підтримує інтерфейси I2C (TWI) та SPI. В Arduino включено бібліотеку Wire для зручності використання шини I2C.

Програмування

Платформа програмується за допомогою ПЗ Arduino. З меню Tools > Board вибирається «Arduino Uno» (згідно встановленому  мікроконтролеру). Докладна информація знаходиться в довіднику та інструкціях.

Мікроконтролер ATmega328 поставляється із записаним завантажувачем, що полегшує запис нових програм без використання зовнішніх програматорів. Зв'язок здійснюється оригінальним протоколом STK500.

Є можливість не використовувати завантажувач та запрограмувати мікроконтролер через виводи ICSP (внутрішньосхемне програмування). Докладна інформація знаходиться в даній інструкції.

Автоматичне (програмне) перезавантаження

Uno розроблено таким чином, щоб перед записом нового коду перезавантаження здійснювалося самою програмою Arduino на комп'ютері, а не натисканням кнопки на платформі. Одна з ліній DTR мікросхеми ATmega16U2, що управляють потоком даних (DTR), підключена до виведення перезавантаження мікроконтролера ATmega328 через 100 нФ конденсатор. Активація цієї лінії, тобто подача сигналу низького рівня, перезавантажує мікроконтролер. Програма Arduino, використовуючи цю функцію, завантажує код одним натисканням кнопки Upload у середовищі програмування. Подача сигналу низького рівня по лінії DTR скоординована з початком запису коду, що скорочує таймаут завантажувача.

Функція має ще одне застосування. Перезавантаження Uno відбувається щоразу при підключенні до програми Arduino на комп'ютері з ОС Mac X або Linux (через USB). Наступні півсекунди після перезавантаження працює завантажувач. Під час програмування відбувається затримка кількох перших байтів коду щоб уникнути отримання платформою некоректних даних (всіх, крім коду нової програми). Якщо проводиться разова відкладка скетча, записаного у платформу, або ввод будь-ких інших  даних при першому запуску, необхідно впевнитися, що програма на комп'ютері очікує протягом секунди перед передачею даних.

На Uno можна відключити лінію автоматичного перезавантаження розривом відповідної лінії. Контакти мікросхеми з обох кінців лінії можуть бути з'єднані з метою відновлення. Лінія маркована "RESET-EN". Вимкнути автоматичне перезавантаження також можливо, підключивши резистор 110 Ом між джерелом 5В і даною лінією.

Струмовий захист роз'єму USB

В Arduino Uno вбудований самовідновлюючий запобіжник (автомат), який самозупиняється, що захищає порт USB комп'ютера від струмів короткого замикання і надструмів. Хоча практично всі комп'ютери мають подібний захист, проте цей запобіжник забезпечує додатковий бар'єр. Запобіжник спрацьовують при проходженні струму більше 500 мА через USB порт і розмикає ланцюг до тих пір, поки нормальні значення струмів не будуть відновлені.

Фізичні характеристики

Довжина та ширина друкованої плати Uno становлять 6.9 і 5.3 см відповідно. Роз'єм USB та силовий роз'єм виходять за границі даних розмірів. Чотири отвори у платі дозволяють закріпити її на поверхні. Відстань між цифровими виводами 7 та 8 дорівнює 0,4 см, хоча між іншими виводами воно становить 0,25 см.