Arduino Uno: распиновка, схема подключения и программирование

Arduino Uno — флагманская платформа для разработки на языке программирования С++.

Uno выполнена на микроконтроллере ATmega328P с тактовой частотой 16 МГц. На плате предусмотрены 20 портов входа-выхода для подключения внешних устройств, например плат расширения или датчиков.

Подключите плату к компьютеру по USB. Для коммуникации используйте кабель USB (A — B).

Установите и настройте интегрированную среду разработки Arduino IDE.

• У меня не появляется новых устройств при подключении Uno
• У меня «Неизвестное устройство» вместо Uno
• У меня появилось устройство «ATmega16U2» вместо Uno

В качестве примера повторим первый эксперимент «Маячок» из набора Матрёшка. На плате уже есть встроенный пользовательский светодиод L, подключенный к 13 пину микроконтроллера.

blink.ino

void setup() {
  // Устанавливаем пин светодиода в режим выхода.
  // Используем определение LED_BUILTIN,
  // которое содержит в себе пин светодиода
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}
 
void loop() {
  // Включаем светодиод
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  // Ждём пол секунды
  delay(500);
  // Выключаем светодиод                       
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  // Ждём пол секунды   
  delay(1000);                       
}

После загрузки программы встроенный светодиод L начнёт мигать раз в секунду.

Это значит, всё получилось, и можно смело переходить к другим экспериментам на Ардуино.

Сердцем платформы Arduino Uno является 8-битный микроконтроллер фирмы Microchip — ATmega328P на архитектуре AVR с тактовой частотой 16 МГц. Контроллер обладает тремя видами памяти:

• 32 КБ Flash-памяти, из которых 0,5 КБ используются загрузчиком, который позволяет прошивать Uno с обычного компьютера через USB. Flash-память постоянна и её предназначение — хранение программ и сопутствующих статичных ресурсов.
• 2 КБ RAM-памяти, которые предназначены для хранения временных данных, например переменных программы. По сути, это оперативная память платформы. RAM-память энергозависимая, при выключении питания все данные сотрутся.
• 1 КБ энергонезависимой EEPROM-памяти для долговременного хранения данных, которые не стираются при выключении контроллера. По своему назначению это аналог жёсткого диска для Uno.

Микроконтроллер ATmega328P не содержит USB интерфейса, поэтому для прошивки и коммуникации с ПК на плате присутствует дополнительный микроконтроллер ATmega16U2 с прошивкой USB-UART преобразователя. При подключении к ПК Arduino Uno определяется как виртуальный COM-порт.

Разъём USB Type-B предназначен для прошивки и питания платформы Arduino. Для подключения к ПК понадобится кабель USB (A — B).

Коннектор DC Barrel Jack для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 7 до 12 вольт.

Понижающий линейный преобразователь NCP1117ST50T3G обеспечивает питание микроконтроллера и другой логики платы при подключении питания через разъём питания DC или пин Vin. Диапазон входного напряжения от 7 до 12 вольт. Выходное напряжение 5 В с максимальным выходным током 1 А.

Понижающий линейный преобразователь LP2985-33DBVR обеспечивает напряжение на пине 3V3. Регулятор принимает входное напряжение от линии 5 вольт и выдаёт напряжение 3,3 В с максимальным выходным током 150 мА.

Кнопка предназначена для ручного сброса прошивки — аналог кнопки RESET обычного компьютера.

ICSP-разъём выполняет две полезные функции:

1. Используется для передачи сигнальных пинов интерфейса SPI при подключении Arduino Shield’ов или других плат расширения. Линии ICSP-разъёма также продублированы на цифровых пинах SS/10, MOSI/11, MISO/12 и SCK/13.
2. Предназначен для загрузки прошивки в микроконтроллер ATmega328P через внешний программатор. Одна из таких прошивок — Bootloader для Arduino Uno, который позволяет прошивать платформу по USB.

А подробности распиновки читайте в соответствующем разделе.

ICSP-разъём предназначен для программирования микроконтроллера ATmega16U2. А подробности распиновки читайте в соответствующем разделе.

• VIN: Входной пин для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 7 до 12 вольт.
• 5V: Выходной пин от стабилизатора напряжения с выходом 5 вольт и максимальным током 1 А. Регулятор обеспечивает питание микроконтроллера и другой обвязки платы.
• 3V3: Выходной пин от стабилизатора напряжения с выходом 3,3 вольта и максимальным током 150 мА.
• IOREF: Вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера. В нашем случае рабочее напряжение платформы 5 вольт.
• AREF: Пин для подключения внешнего опорного напряжения АЦП относительно которого происходят аналоговые измерения при использовании функции analogReference() с параметром «EXTERNAL».
• GND: Выводы земли.

• Пины общего назначения: 20 пинов: 0–19
  Логический уровень единицы — 5 В, нуля — 0 В. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.
• АЦП: 6 пинов: 14–19 / A0–A5
  Позволяет представить аналоговое напряжение в виде цифровом виде. Разрядность АЦП не меняется и установлена в 10 бит. Диапазон входного напряжения от 0 до 5 В, при подаче большего напряжения микроконтроллер может выйти из строя.
• ШИМ: 6 пинов: 3, 5, 6 и 9–11
  Позволяет выводить аналоговое напряжение в виде ШИМ-сигнала из цифровых значений. Разрядность ШИМ не меняется и установлена в 8 бит.
• I²C Для общения контроллера c платами расширения и сенсорами по интерфейсу I²C.
  • I²C: пины SDA/18/A4 и SCL0/19/A5
• SPI Для общения контроллера c платами расширения и сенсорами по интерфейсу SPI.
  • SPI: пины MOSI/11, MISO/12 и SCK/13
• Serial/UART Для общения контроллера c платами расширения и сенсорами по интерфейсу UART.
  • Serial: пины TX1/1 и RX1/0. Контакты также соединены с соответствующими выводами сопроцессора ATmega16U2 для общения платы по USB. Во время прошивки и отладки программы через ПК, не используйте эти пины в своём проекте.

• Микроконтроллер: ATmega328P
• Ядро: 8-битный AVR
• Тактовая частота: 16 МГц
• Flash-память: 32 КБ
• RAM-память: 2 КБ
• EEPROM-память: 1 КБ
• Пины ввода-вывода: 20
• Пины с прерыванием: 2
• Пины с АЦП: 6
• Разрядность АЦП: 10 бит
• Пины с ШИМ: 6
• Разрядность ШИМ: 8 бит
• Аппаратные интерфейсы: 1× UART, 1× I²C, 1× SPI
• Напряжение логических уровней: 5 В
• Входное напряжение питания:
  • через USB: 5 В
  • через DC-разъём или пин Vin: 7,5–12 В
• Максимальный выходной ток пина 3V3: 150 мА
• Максимальный выходной ток пина 5V: 1 А
• Размеры: 69×53 мм

• Arduino Uno в магазине.
• Векторное изображение Arduino Uno
• Datasheet на микроконтроллер Atmega328P
• Datasheet на микроконтроллер Atmega16U2