Arduino MEGA 2560 CH340

Модуль MEGA 2560 R3 (CH340), совместимый с ARDUINO

• Микроконтроллер: ATmega2560
• Тактовая частота: 16 МГц
• Flash память: 256 Кб, из которых 8 Кб использует загрузчик
• ОЗУ память: 8 Кб
• EEPROM память: 4 Кб
• Рабочее напряжение: 5 В
• Напряжение питания: 6 ~ 12 В
• Цифровые входы/выходы: 70
• ШИМ выходы: 15
• Аналоговые входы: 16
• Максимальный ток через каждый вход/выход: 40 мА, рекомендуемый: 20мА
• Максимальный ток для выхода 3.3 В: 50 мА
• Физическая кнопка сброса "Reset"
• USB-разъем: Type-B
• Светодиодная индикация: питания, обмена информацией через USB-порт и статус пользовательского вывода D13

В ваших руках

ARDUINO - одна из самых распространённых платформ разработки, с полностью открытым исходным кодом, сочетающая простые многофункциональные микроконтроллерные платы обработки аналого-цифровых сигналов с несложной в изучении средой программирования.

Платы ARDUINO наиболее часто применяются для разработки самостоятельных интерактивных устройств, либо используются совместно с программным обеспечением управляющего компьютера, обрабатывая всевозможные события в роли периферийных исполнительных модулей.

За весь период существования платы ARDUINO MEGA 2560, радиолюбители-энтузиасты и профессиональные специалисты смогли создать бесконечное множество удивительных, полезных и абсолютно разноцелевых проектов. ARDUINO MEGA 2560 зарекомендовала себя с наилучшей стороны, ведь ей по плечу участие в достаточно сложных устройствах, например таких, как интеллектуальные роботы или принтеры трёхмерной печати.

Открытое программное обеспечение ARDUINO IDE, используемое для программирования плат всего семейства ARDUINO, распространяется производителем платформы совершенно бесплатно, и может быть загружено с официального сайта (поддерживаются операционные системы Linux, Mac OS и Windows).

Первый взгляд

Первой в линейке старших моделей была представлена UNO R3. Творческая фантазия разработчиков проектов и технический прогресс не стояли на месте, проекты  увеличивались в количестве задействованных компонентах ввода, вывода и обмена информации, выпускались новые расширения для ARDUINO. Возможностей UNO попросту перестало хватать. Именно тогда для этих целей была разработана и представлена ARDUINO MEGA. Если говорить простыми словами, то MEGA 2560 является расширенной версией UNO.

Особенности

В основе платы ARDUINO MEGA 2560 использован микроконтроллер ATmega2560-16AU, предлагающий доступ к 70 портам общего назначения, из которых 15 контактов могут использоваться как выходы широтно-импульсной модуляции (ШИМ). А также 16 аналоговых ввода, 4 интерфейса стандарта UART, 1 интерфейс протокола IIC/I2C, один пользовательский интерфейс SPI. В схему включены: кварцевый резонатор на 16 МГц, задающий частоту работы основного кристалла, разъем USB 2.0 тип "B", разъем внешнего источника питания, 6-ти пиновый ICSP коннектор и кнопка аппаратного сброса "RESET".

Основными отличиями от UNO стали изменения в элементной базе и в размещении контактов. Модуль MEGA 2560 содержит два дополнительных вывода SDA и SCL (интерфейс IIC/I2C), расположенных рядом с выводом AREF. Кроме того имеется два новых вывода, расположенные между круглым разъёмом подключения источника питания и выводом "Reset". Первый из них, "5V", используется ARDUINO-расширениями или подключаемыми дополнительными микроконтроллерами с целью получения информации об опорном напряжении питания основного микроконтроллера. Второй никак не обозначен, он зарезервированный для будущих целей.

Связь между USB-портом и центральным процессором сконструирована на чипе CH340G, выполняющим роль аппаратного моста и запрограммированым в режим работы преобразователя USB-в-TTL.

Если вы ранее приобретали расширения для ARDUINO или только планируете их покупку, знайте - модуль MEGA 2560 имеет на борту два стабилизатора напряжения на 5 В и 3,3 В. Конверторы напряжений позволят подключать модули с соответствующим питанием без использования дополнительных понижающих или повышающих преобразователей.

Расположение элементов на модуле MEGA 2560

Интерфейсы передачи данных

• Двунаправленный последовательный интерфейс IIC/I2C расположен в двух частях платы. Выводы первого располагаются в области "коммуникации" на контактах 20 (SDA) и 21 (SCL). Напомним, что в UNO интерфейс IIC/I2C был реализован путём совмещения с аналоговыми входами А4 и А5. Контакты второго - два крайних пина рядом с выводом AREF. Каждый из представленных вариантов задействует по две линии: последовательные данные - SDA (Serial Data) и шина тактирования SCL (Serial Clock).

• Последовательный периферийный интерфейс SPI расположен в области "цифровых" выводов на пинах 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK) и 53 (SS). При обмене данными между двумя устройствами главный из них управляем процессом. По линии SS определяется начало и конец сеанса передачи данных. MOSI - выход главного, MISO - вход главного. Обе линии подключаются ко второму устройству по схеме MOSI->MISO и MISO->MOSI. SCK используется для генерации главным устройством синхроимпульсов и называется шиной тактирования.

• Асинхронный последовательный интерфейс UART расположен в линейке выводов "коммуникация". Всего их четыре, каждый из которых использует по две линии. Порты обозначены как 0 (RX0<-), 1 (TX0->), 14 (TX3), 15 (RX3), 16 (TX2), 17 (RX2), 18 (TX1) и 19 (RX1). Выводы RX (receive) предназначены для приема входящей информации, выводы TX (transfer) предназначены для передачи данных. Подключение других устройств к ним осуществляется по принципу RX->TX, TX->RX. Пины 0 (RX0<-) и 1 (TX0->) соединенны с соответствующими контактами USB/TTL конвертора CH340G.

Обозначение и расположение контактов на MEGA 2560

Аналоговые входы расположены в отдельном блоке контактов, промаркированы соответственно A0-A15 и имеют 10-битное разрешение (1024 различных значений);
- Цифровые входы/выходы размещены в секциях "Analog In", "PWM", "Communication" и "Digital" - двухрядной линейке контактов с обозначением номеров на плате от 22 до 53. Для работы с цифровыми входами/выходами применяются функции pinMode(), digitalWrite() и digitalRead().;
- ШИМ - 8-битные выводы широтно-импульсной модуляции размещены в области платы с пометкой "PWM" (ШИМ) с цифрами от 2 до 13, а также в секции "цифровые" с номерами от 44 до 46;
- Внешние прерывания: 2 (прерывание 0), 3 (прерывание 1), 18 (прерывание 5), 19 (прерывание 4), 20 (прерывание 3) и 21 (прерывание 2). Используются с функцией attachInterrupt();
- AREF - устанавливает эталонное (опорное) напряжение для аналоговых входов. Используется совместно с функцией analogReference(), которая выполняет пропорциональное сравнение напряжений на выводе AREF с аналоговым входом, с генерацией значений 0..1023. Например, опорное напряжение устанавливается 5 В, а на входе аналогового контакта подается 2,5 В. Результатом выполнения сравнения станет полученное значение 512;
- Вывод "Reset" служит для управляемого аппаратного сброса микроконтроллера. Физическая кнопка "Reset" позволяет выполнить ручной сброс;
- Разъем ICSP внутрисхемного последовательного программирования пригодится для прошивки кода приложения в память центрального микроконтроллера ATmega2560 с применением внешних SPI-программаторов.

Питание

Подать рабочее напряжение модулю MEGA 2560 возможно тремя вариантами:

• USB-порт. Максимально часто используемый способ во время разработки и тестировании проекта. В законченном устройстве такой вариант питания нецелесообразен, если вы готовите автономное изделие.

• С помощью внешнего источника питания, подключенного к круглому разъему. При подборе соответствующего разъема у блока или модуля питания вам необходимо знать, что диаметр центрального "плюсового" контакта 2,1мм и диаметр внешнего "минусового" контакта 5,5мм. Выходное напряжение не должно выходить за рамки интервала 7-12 В. Модуль MEGA 2560 при входном напряжении ниже 7 В может работать нестабильно.

• Контакты входного напряжения Vin + GND. Данный вариант крайне удобен для переносных или самостоятельно передвигающихся конструкций. В качестве источника питания могут выступать аккумуляторы или обычные батарейки компактного размера. Пожалуйста убедитесь, что подаваемое напряжение находится в диапазоне 7-12В.

В любом из описанных вариантов модуль MEGA 2560 автоматически определяет источник с максимальным напряжением и переключает входы питания.

Выводы 3.3В и 5В обеспечивают стабилизированное напряжение и могут быть использованы в роли источника питания для подключаемых дополнительных расширений.

Подключаем первый раз

В некоторых младших моделях ARDUINO, таких как Arduino PRO MINI, для работы  требовалась припайка контактов с последующим подключением дополнительных модулей преобразования сигналов USB-в-TTL. В модуле MEGA 2560 уже реализован один из подобных конверторов, вам достаточно соединить USB-порт с компьютером, используя кабель. Вы увидите следующее:

Заглянув в Диспетчер устройств, вы обнаружите нераспознанное операционной системой подключение по шине USB 2.0

Для корректной работы потребуется установка программного обеспечения для чипа CH340G, который создаст виртуальный COM-порт на вашем компьютере. Драйвер для него можно загрузить сейчас. Поддерживаются ОС Windows: XP, Vista, 7, 8, 8.1, 10.

После установки драйвера Диспетчер устройств будет выглядеть следующим образом:

На плате включится светодиод "ON", информирующий вас о подключенном к плате питании и, спустя доли секунды, светодиод "L" начнёт мигать. При отсутствии в памяти микроконтроллера ATmega 2560 какой-либо программы или же программы, не обращающейся к выводу 13, пользовательский светодиод "L" будет находится в выключенном положении. Предварительно загруженная производителем платы программа служит проверкой исправности и работоспособности модуля.

Программирование контроллера

Платы ARDUINO можно программировать двумя вариантами:

• Внешние программаторы, такие как USB ASP, AVRISP STK500 или другие с поддержкой интерфейса SPI. Выбрав данный способ, можно записывать новый исполняемый код в микроконтроллер без использования загрузочной микропрограммы (загрузчика), таким образом получив полный объем доступной памяти. Метод непосредственного программирования контроллера ATmega 2560 реализован через независимый 6-пиновый разъем ICSP по протоколу SPI.

• С помощью уже установленной вами редактора ARDUINO IDE. Заранее вшитый в микроконтроллер ATmega2560 загрузчик позволит загружать код программы через USB-порт. Необходимость в использовании внешних программаторов отпадает.

Программа для семейства плат ARDUINO именуется "скетч". Прежде чем вы начнете писать или загружать скетч в MEGA 2560, проведите настройку редактора ARDUINO IDE:

• В меню Инструменты (Tools)/Плата (Boards) панели управления редактором выберите ваше устройство: Arduino/Genuino Mega or Mega 2560

• В меню Инструменты (Tools)/Процессор (Processor) следует указать ATmega2560 (Mega 2560)

• Сообщаем редактору созданный при подключении виртуальный COM-порт. В ОС Windows порты могут быть COM2, COM3 ... COM10 и т.д. На ОС MAC наименование порта может выглядеть как /dev/tty.usbserial-A6006hSc. Выбираем Инструменты (Tools)/Порт (Port) и выделяем COM... (Arduino/Genuino Mega or Mega 2560).

Теперь вы можете смело запускать ваш скетч. После нажатия кнопки "Загрузить" на плате замигают светодиоды RX и TX, показывающие передачу данных через USB-вTTL конвертор, и на экране компьютера появиться сообщение "Загрузка завершена" (Done Uploading). Ваш модуль MEGA 2560 приступит к выполнению программного кода.