Arduino NANO V3.0 FT232

Модуль ARDUINO Nano V3.0 (FT232RL) на микроконтроллере ATmega328P

• Микроконтроллер: ATmega328P
• Тактовая частота: 16 МГц
• Флеш-память: 32 Килобайта (2 Килобайта выделено под загрузчик)
• ОЗУ-память: 2 Килобайта
• EEPROM-память: 1 Килобайт
• Рабочее напряжение: 5 вольт
• Входное напряжение, VIN: 7-12 вольт
• Входное напряжение максимальное, VIN: 6-20 вольт
• Цифровые входы/выходы: 19
• Выходы регулируемого напряжения, ШИМ: 6
• Аналоговые входы, АЦП: 8
• Максимальный постоянный ток входа/выхода: 40 мА, рекомендуемый: 20мА
• Максимальный постоянный ток выхода 3.3В: 50 мА
• USB-разъем: miniUSB Type-B
• Светодиодная индикация: питание, последовательный UART (RX и TX), вывод D13
• Кнопка сброса "Reset"
• Миниатюрные размеры: 45 х 18 мм
• Вес модуля: 6 гр

Модуль ARDUINO NANO нашёл огромную популярность среди начинающих и профессиональных разработчиков проектов и устройств, в основе которых используются ARDUINO-совместимые платы. Сердцем модуля стал микроконтроллер ATmega328P, работающий от стандартного для большинства ARDUINO-плат базовых 5 вольт и на частоте кварцевого резонатора 16 мегагерц, также отлично зарекомендовавший себя в широко известной сообществу ARDUINO плате UNO.

Модуль NANO располагает почти всеми доступными возможностями старшей модели, расположенными на 30 выводах, за исключением отсутствующего бочкообразного разъёма подключения внешнего источника питания. Физические размеры значительно уменьшены за счёт двухстороннего монтажа электронных компонентов. Ко всем существующим выводам платы изначально припаяны контактные ножки. Вы с лёгкостью сможете устанавливать плату в так называемые макетные платы при прототипировании вашего изделия, находящего в процессе создания и тестирования.

Фактически, ни один из созданных проектов не обходиться без всевозможных дополнительных датчиков, сенсоров, экранов, моторов и других полезных и часто используемых расширений. При желании, вам доступно наращивание микроконтроллера большим ассортиментом существующих расширений, имеющих аналогичный с NANO физический размер. Или, при необходимости, произвести непосредственную коммутацию с дополнительными разноразмерными дисплеями, датчиками, сенсорами, используя проводное соединение. Плата ARDUINO NANO обеспечивает два варианта выходного питания: 5 вольт и 3.3 вольта, заведомо не ограничивая пользователя в подборе совместимых по рабочему напряжению подключаемых модулей. Используя проводное соединение или специальные платы-переходники, модуль можно легко адаптировать под расширения стандарта UNO R3.

Еще одним незначительным ограничением является отсутствующий самовосстанавливающийся предохранитель, отключающий питание модуля от USB-порта в случае превышения максимально допустимой общей нагрузки по току в 500 миллиампер или тока короткого замыкания. Важно знать, что все современные персональные компьютеры обладают встроенной защитой USB-порта от перегрузок и позволяют нагружать порт максимальным током до 900 миллиампер. Просим вас быть внимательными при проектировании и коммутации устройства.

Стоит упомянуть, что плата оснащена запатентованным микроконтроллером FT232RL, выполняющему роль связующего звена между имеющимся у платы NANO miniUSB-портом и основным контроллером ATmega328P. Данный микрочип разработан известной компанией Future Technology Devices International Ltd. Подробную информацию по его настройке вы можете найти в разделе "Установка FT232RL".

Размеры NANO позволяют использовать плату в создании миниатюрных проектов, её без труда удастся поместить в небольшой корпус, размеры которого будут близки к размерам спичечного коробка.

Расположение элементов и выводов на плате NANO

Цифровые входы/выходы расположились по обеим боковым сторонам платы. Они способны оперировать напряжением логической "единицы" 5 вольт и напряжением логического "нуля", равного аналогичному значению напряжения. Выводы могут работать в настраиваемых для каждого контакта режимах приёма и передачи значений логических уровней. Максимальный пропускной ток отдельного цифрового вывода составляет 40 миллиампер. Некоторые из цифровых контактов совмещены с аналоговыми и обладают дополнительным функциональным инструментарием. Для взаимодействия с цифровыми выводами применяются функции pinMode(), digitalWrite(), digitalRead().

• TX1 и RX0 - асинхронный последовательный интерфейс UART. RX (вывод 0, "receive") осуществляет приём входящей информации, TX (вывод 1, "transfer") организует передачу исходящей. Сопряжение с другим устройством осуществляется по схеме RX->TX, TX->RX. Оба вывода подключены к ответным контактам связующей микросхемы FT232RL. Индикация обмена данных светодиодами RX и TX при таком подключении не осуществляется.
• На выводы D2 и D3 назначены внешние прерывания INT0 и INT1. Используются совместно с функцией attachInterrupt().
• D10, D11, D12 и D13 - выполняют роль последовательного периферийного интерфейса SPI, имеющего 4 линии управления. При обмене данными между двумя устройствами главный из них управляем процессом. По линии SS (10) определяется начало и конец сеанса передачи данных. MOSI (11) - линия передаваемых данных от главного к второстепенному, MISO (10) - линия приема информации от второстепенного к главному. Обе линии подключаются ко второму устройству по схеме MOSI->MISO и MISO->MOSI. SCK (SCLK, 13) - шина тактирования, генерируемая главным устройством импульсов синхронизации.
• A4 и А5 совмещены с двунаправленным последовательным интерфейсом IIC/I2C/TWI. A4 линия последовательные данных SDA (Serial Data). А5 - шина тактирования SCL (Serial Clock).
  ШИМ - выводы широтно-импульсной модуляции, имеющие разрешение 8 бит. Контакты позволяют гибко управлять исходящим напряжением в диапазоне от 0 до 5 вольт. Установка нужного напряжения осуществляется при помощи функции analogWrite(). Выводы имеют маркировку D3, D5, D6, D9, D10 и D11.

Аналоговые выводы обозначены на плате в цифро-буквенном виде A0 - A7 и расположены по одной стороне модуля, имеют разрешение 10 бит. Контакты А0-А5 полностью совместимы с цифровыми функциями, а контакты А6-А7 исключительно с аналоговыми функциями.

Вдобавок, аналоговые выводы А4 и А5 совмещены с линиями двунаправленного последовательного интерфейса IIC/I2C/TWI. Контакт А4 - канал последовательных данных SDA (Serial Data), канал А5 - шина тактирования SCL (Serial Clock).

Дополнительные выводы

AREF - задаёт опорное напряжение и выполняет функцию сравнения между напряжением на входе аналогового вывода и опорным. Используется программная функция analogRead(), генерирующая значения от 0 до 1023. При задании опорного напряжения 5 вольт и сравнивая напряжение аналогового входа 2.5 вольта, результатом будет значение 512.

ICSP - внутрисистемное программирование ATmega328P. Группа из 6 контактов позволяет осуществить непосредственный доступ к памяти микроконтроллера, минуя все цепи питания и обмена данными в самой плате. Программирование через разъём ICSP позволяет увеличить свободную память до максимального размера путём удаления кода загрузчика, с возможностью его обратной записи. Чаше всего применяются программаторы USB ASP, AVRISP STK500 или любые другие с интерфейсом SPI, поддерживающие оригинальный протокол STK500.

Reset вывод - перезапуск микроконтроллера ATmega328P, происходящий при передаче на контакт напряжения низкого уровня "0" (значение LOW). Функция сброса также используется на этапе прошивки микроконтроллера. При вызове перезапуска, загрузчик контроллера ATmega328 несколько секунд ожидает новый код, после чего переходит к выполнению уже имеющейся в памяти программы. В среде разработки ARDUINO API данная функция осуществляется автоматически.

Кнопка Reset - позволяет вручную перезапустить микроконтроллер.

Светодиодная индикация

• Питание (PWR), светодиод светится при подключенном источнике питания к плате;
• Программируемый светодиод цифрового контакта 13 (L). Зажигается и гаснет при установке значений высокого уровня HIGH и низкого уровня LOW на вывод D13;
• RX и TX - светодиоды отображают сеансы приёма и передачи данных между микроконтроллерами ATmega328 и FT232 по шине UART.

Функциональное назначение выводов

Питание

На любой из стадий - создания, проектирования или в законченном варианте вашего изделия, плату NANO можно подключить к источнику питания нижеприведёнными способами:

• Мини-B USB разъём, напряжение 5 вольт;
• Вывод VIN (30й контакт) - неотрегулированное напряжение в допустимом диапазоне от 6 до 12 вольт. Поступаемое на вывод VIN напряжение преобразуется встроенным регулятором в постоянные 5 вольт;
• 5V - название вывода говорит само за себя. К данному контакту подключается стабилизированное (отрегулированное) рабочее напряжение 5 вольт. Превышение недопустимо по причине того, что поступающее через вывод питание не соединено с преобразователем. Последствия повышенного напряжения на входе могут стать необратимы.

Вывод GND является общим (заземлением, минусом, нулём) при любом подключении.

При одновременном подключении к плате нескольких источников питания, выбор происходит автоматически, и приоритетным становиться источник с более высоким потенциалом.

Выводы 5V и 3.3V могут быть использованы как источник базового напряжения для подключаемых дополнительных модулей расширения.

Модуль ARDUINO NANO содержит в себе только один (а не 2, как у старшей модели UNO) преобразователь напряжения на 5 вольт. Пониженное напряжение 3.3 вольта генерируется микросхемой FT232RL и доступно лишь в единственном варианте общего питания - через порт USB. Таким образом, если завершённое устройство использует какой-либо другой источник питания, напряжение на контакте 3.3V станет недоступным пользователю. Максимальный допустимый ток нагрузки вывода составляет 50 миллиампер.

Память

Микроконтроллер ATmega328P содержит в себе 32 килобайта доступной для программирования флеш-памяти, из которых 2 килобайта выделено для загрузчика - предварительно записанного специального программного кода, позволяющего программировать память контролера с помощью среды разработки ARDUINO API.

Также, присутствуют 2 килобайта оперативной энергозависимой памяти, и 1 килобайт электрически стираемой перепрограммируемой энергонезависимой памяти EEPROM.

Принципиальная схема

Первое включение NANO, установка драйвера FT232RL

В большинстве операционных систем, установленных на персональных компьютерах пользователей, в библиотеке уже имеется необходимый драйвер для микроконтроллера FT232RL. Разработчик чипа FT232, компания FTDI, позаботилась о том, чтобы её микросхема автоматически определялась многими современными ОС. Благодаря такому подходу, у вас не возникнет трудностей по его настройке. При первом подключении к ПК, по окончании установки программного обеспечения, драйвер внесет в вашу ОС данные о самом микроконтроллере, и создаст виртуальный COM-порт, необходимый для обращения к модулю NANO. На разных компьютерах нумерация портов может различаться (COM2, COM3, и так далее...) Должно выглядеть примерно так:

Вероятны случаи, когда драйвер самостоятельно не установится. Вы можете загрузить совместимое программное обеспечение версии 2.12.04 для микрочипа FT232RL под ОС Windows 7 и старше, пройдя по этой ссылке. Драйвер имеет исполняемые файлы "dpinst-x86" для ОС х86-32бит и "dpinst-amd64" для ОС х64-64бит. Поддержка и обновление драйвера осуществляется непосредственно компанией-разработчиком микросхемы. На официальном сайте FTDI вам доступны актуальные и выпускавшиеся ранее версии драйвера для ОС Winodws, Linux и MAC OS.

Для пользователей ПК под ОС Linux производителем ИС сообщается, что все устройства на основе микроконтроллеров FTDI поддерживаются системой. Начиная с версии Ubuntu 11.10, драйвер интегрирован в основное ядро 3.0.0-19.

Программирование

Возможно, вы ранее никогда не были знакомы с платформой ARDUINO, сочетающей в себе аппаратную часть (микроконтроллерные платы) и прошраммную часть (интегрированную среду разработки приложений). Если это так, то для начала потребуется загрузить и установить на ваш компьютер бесплатный редактор ARDUINO IDE. Затем, необходимо произвести несложные настройки, которые помогут понять редактору, какую плату вы будете программировать.

В меню редактора Инструменты (Tools)/Плата (Boards) выберите из раскрывающегося перечня ваш микроконтроллер ARDUINO NANO. Далее, в меню Инструменты(Tools)/Процессор(Processor) тип контроллера - ATmega328P (Old Bootloader). Следующим шагом в меню Инструменты (Tools)/Порт (Port) укажите созданный ранее виртуальный COM-порт.

Теперь всё настроено для загрузки программы в вашу NANO.

Любая программа, написанная для платформы Arduino, называется "Скетч" и имеет определенную структуру записи.

Воспользуемся для демонстрации кодом простого скетча, позволяющего "помигать" светодиодом L. Скопируйте текст программы в окно редактора.

int ledPinL = 13; // Указываем номер контакта светодиода L

void setup()
{
pinMode(ledPinL, OUTPUT); // Задаём контакту режим "вывод информации".

}
void loop()
{
digitalWrite(ledPinL, HIGH); // Устанавливаем светодиод L в положение включен
delay(1000); // Ждем 1 секунду
digitalWrite(ledPinL, LOW); // Устанавливаем светодиод L в положение выключен
delay(1000); // Ждем 1 секунду
}

После того, как вы нажмете кнопку "Загрузить" (значок "стрелка вправо") на панели управления ARDUINO IDE, на модуле замигают светодиоды RX и TX, показывающие передачу данных в NANO, а на экране компьютера появиться сообщение "Загрузка завершена" (Done Uploading).

В завершении добавим, что редактор ARDUINO IDE имеет немалую библиотеку примеров для начинающих. Найти их можно в основном меню "Файл / Примеры".