Arduino MKR Vidor 4000: описание, характеристики, схема подключения

Arduino MKR Vidor 4000 — платформа для создания проектов IoT и умного дома. Плата может одновременно опрашивать различные датчики, передавать данные по беспроводным технологиям и выводить изображение с камер видеонаблюдения.

На Arduino MKR Vidor 4000 стучит сразу три сердца:

  • микроконтроллер Microchip ATSAMD21G18;
  • интегральная схема Cyclone 10CL016;
  • модуль беспроводной связи U-blox NINA-W102 с чипом ESP32.

Подключение и настройка

Шаг 1

Скачайте и установите на компьютер интегрированную среду разработки Arduino — Arduino IDE.

Шаг 2

По умолчанию среда Arduino IDE настроена только на AVR-платы. Для работы с платформой Arduino MKR Vidor 4000 — добавьте в менеджере плат поддержку платформы Arduino Vidor.

Примеры работы

Элементы платы

Микроконтроллер ATSAMD21G18

Мозгом платформы Arduino MKR Vidor 4000 является 32-разрядный микроконтроллер фирмы Microchip (Atmel) — ATSAMD21G18 с вычислительном ядром ARM Cortex® M0.

Программируемая логическая интегральная схема Cyclone 10LP

Беспроводной модуль Ublox NINA W102

За беспроводную связь отвечает модуль U-blox NINA-W102 со встроенным чипом ESP32 для обмена данными по воздуху в диапазоне 2,4 ГГц по Wi-Fi и Bluetooth. Регулировка выходной мощности обеспечивает оптимальное соотношение между дальностью связи, скоростью передачи данных и энергопотреблением.

Разъём micro-USB

Разъём micro-USB предназначен для прошивки и питания платформы Arduino с помощью компьютера.

Светодиодная индикация

Имя светодиода Назначение
ON Индикатор питания. При питании платформы от аккумулятора через JST PH-разъём светодиод ON не горит для экономии питания.
L Пользовательский RGB светодиод с общим анодом. Катод красного цвета выведен на 32 пине микроконтроллера, а катоды зелёного и синего — на пинах на интегральной схеме 10LP в отличие от 13 пина на других платформах Arduino. Используйте определение LED_BUILTINС для работы со светодиодом. При задании значения HIGH светодиод включается, при LOW – выключается.

Разъём подключения аккумулятора

На плате расположен JST PH-разъём (2 pin) для подключения внешних Li-Pol и Li-Ion аккумуляторов.

При одновременном питании платформы от USB и аккумулятора:

  • батарея заряжается через контролер заряда BQ24195L до 4,2 вольта.
  • светодиод ON горит об индикации питания
  • светодиод CHRG горит об индикации заряда батареи

При питании платформы только от аккумулятора:

  • батарея не заряжается
  • светодиод ON горит об индикации питания

Разъём I²C интерфейса

На платформе предусмотрен JST SH-разъём (5 pin) для подключения дополнительных модулей по интерфейсу «I²C». Коннектор включает в себя:

  • пины питания — 5V и GND
  • пины шины I²C — SDA и SCL
  • дополнительный цифровой пин 7

Регулятор напряжения

Комбинированный понижающий регулятор напряжения EZ6301QI с тремя отдельными модулями:

  1. Импульсный DC-DC преобразователь с настроенным выходом 3,3 В. Максимальный выходной ток 1,5 А.
  2. Линейный регулятор напряжения с настроенным выходом 2,5 В. Максимальный выходной ток 300 мА.
  3. Линейный регулятор напряжения с настроенным выходом 1,2 В. Максимальный выходной ток 300 мА.

Кнопка RESET

Служит для сброса микроконтроллера. Это аналог кнопки RESET обычного компьютера.

Распиновка

Пины питания

  • VIN: Пин для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 5 до 6 вольт.
  • 5V: На вывод поступает напряжение 5 В при подключении платы через USB. При питании платформы через пин VIN или разъём для внешнего аккумулятора — на пине может быть напряжение в диапазоне от нуля до входного.
  • VCC: Пин от стабилизатора напряжения с выходом 3,3 вольта и максимальных током 600 мА. Регулятор обеспечивает питание микроконтроллера ATSAMD21G18. В любом варианте питания платформы на пине будет присутствовать 3,3 вольта.
  • GND: Выводы земли.
  • AREF: Пин для подключения внешнего опорного напряжения АЦП относительно которого происходят аналоговые измерения при использовании функции analogReference() с параметром «EXTERNAL».

Порты ввода/вывода

В отличие от большинства плат Arduino, родным напряжением Arduino MKR Vidor 4000 является 3,3 В, а не 5 В. Выходы для логической единицы выдают 3,3 В, а в режиме входа ожидают принимать не более 3,3 В. Более высокое напряжение может повредить микроконтроллер!

Будьте внимательны при подключении периферии: убедитесь, что она может корректно функционировать в этом диапазоне напряжений.

  • Цифровые входы/выходы: 22 пина; 014 и A0A6
    Логический уровень единицы — 3,3 В, нуля — 0 В. Максимальный ток выхода — 7 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.
  • ШИМ: 12 пинов; 08, 10, A3 и A4
    Позволяет выводить аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала. По умолчанию разрядность «ШИМ» установлена в 8 бит. Изменить разрядность «ШИМ» можно с помощью функции analogWriteResolution().
  • АЦП: 7 пинов; A0A6
    Позволяет представить аналоговое напряжение в виде цифровом виде. По умолчанию разрядность «АЦП» установлена в 10 бит. Изменить разрядность «АЦП» можно с помощью функции analogReadResolution(). Диапазон входного напряжения от 0 до 3,3 В. При подаче большего напряжения микроконтроллер может выйти из строя.
  • ЦАП: пин DAC/A0
    Аналоговый выход цифро-аналогового преобразователя, который позволяет формировать 10-битные уровни напряжения. Вывод может использоваться для создания аудио-выхода — для этого используйте библиотеку AudioZero.
  • TWI/I²C: пины (11)SDA и (12)SCL
    Для общения с периферией по интерфейсу «I²C». Для работы используйте библиотеку Wire.
  • SPI: пины 8(MOSI), 10(MISO) и 9(SCK)
    Для общения с периферией по интерфейсу «SPI». Для работы — используйте библиотеку SPI.
  • UART/Serial:
    • Serial: пины D+ и D−
    • Serial1: пины 12(RX) и 11(TX)
      Используется для коммуникации платы Arduino с компьютером или другими устройствами по последовательному интерфейсу. Выводы шины Serial соединены с соответствующими контактами USB-порта для прошивки и мониторинга микроконтроллера. Для коммуникации платы Arduino с другими платами и модулями воспользуйтесь шиной Serial1. Для работы с последовательным интерфейсом — используйте методы библиотеки Serial.
  • I²S: пины 2(SCK/BCLK), 3(WS/LRCLK/FS) и A6(SD/SDATA/SDIN/SDOUT)
    Используется для передачи и приёма цифрового звука с другими аудио устройствами. Для работы используйте библиотеки I²S и Arduino Sound

Принципиальная схема

Габаритный чертёж

Характеристики

Общие

  • Чипы: ATSAMD21G18, Cyclone 10CL016 и U-blox NINA-W102
  • Пинов ввода-вывода всего: 22
  • Напряжение логических уровней: 3,3 В
  • Максимальный ток с пина или на пин: 7 мА
  • Максимальный выходной ток пина 3V3: 1,5 A
  • Входное напряжение через пин Vin: 5–6 В
  • Входное напряжение через разъём для аккумулятора: 3,7 В
  • Габариты: 83×25 мм

FPGA

  • Чип: Intel Cyclone 10CL016
  • Логических элементов: 15408
  • Аппаратных умножителей: 56
  • SDRAM-память: 504 КБ
  • Тактовая частота: до 150 МГц
  • Внешняя Flash-память: W25Q16DV на 16 Мбит
  • Внешняя SDRAM-память: AS4C4M16SA на 64 Мбит

Микроконтроллер

  • Чип: ATSAMD21G18
  • Ядро: 32-битный ARM Cortex M0+
  • Тактовая частота: 48 МГц
  • Flash-память: 256 КБ
  • SRAM-память: 32 КБ
  • Контактов с АЦП: 7
  • Разрядность АЦП: 8/10/12 бит (по умолчанию 10 бит)
  • Контактов с ЦАП: 1
  • Разрядность ЦАП: 10 бит
  • Контактов с ШИМ: 12
  • Разрядность ШИМ: 8/10/12 бит (по умолчанию 8 бит)
  • Пинов с прерываниями: 12
  • Аппаратных интерфейсов SPI: 1
  • Аппаратных интерфейсов I2C / TWI: 1
  • Аппаратных интерфейсов UART / Serial: 1

Беспроводной модуль

  • Чип: NINA-W102 на ESP32
  • Тактовая частота: до 240 МГц
  • Частота беспроводной передачи: 2,4 ГГц
  • Стандарт Wi-Fi: 802.11b/g/n
  • Стандарт Bluetooth: BLE v4.2 BR/EDR
  • Flash-память: 16 Мбит
  • ROM-память: 448 КБ
  • SRAM-память: 520 КБ

Ресурсы