Arduino PRO MICRO

Микроконтроллерная плата ARDUINO LEONARDO Pro Micro (ATMEGA32U4 5В 16МГц)

• Микроконтроллер: ATmega32U4 AVR, Arduino-совместимый
• Разрядность: 8-бит
• Тактовая частота: 16 МГц
• Флеш-память: 32 Кб, из них 4 Кб отведены для загрузчика
• ОЗУ-память: 2.5 Кб
• EEPROM-память: 1 Кб
• Цифровые входы/выходы: 18
  • Аналоговые входы: 9
  • ШИМ выводы: 5
• Напряжение питания: 5В (USB), 6-12В (RAW)
• Напряжение логики: 5В
• Нагрузочный ток, макс.: 500мА (USB), 150мА (VCC)
• Ток контакта ввод/вывод: 10мА макс., рекомендуемый 5 мА
• Светодиодная индикация: питания и обмена данными по RX, TX
• USB-разъём: microUSB-B
• Вес: 5 г.
• Поддержка ARDUINO IDE с версией 1.0.1 и новее

PRO MICRO - маленький и мощный LEONARDO

Вдохновляясь свежими идеями и в попытках совместить возможное с невозможным, инженеры платформы Arduino разработали новую модель микроконтроллерной платы Arduino Pro Micro, предоставив пользователям нескромные аппаратные возможности мощного микроконтроллера AVR ATmega32U4 в сочетании с крайне  маленькими габаритами пользовательской платы, всего 33 х 18 миллиметра, позаимствованными у версии PRO MINI. Получившийся "гибрид" весьма необычен и интересен многим пользователям. В сравнении со старшими моделями программируемых плат Arduino, имеющими на борту точь-в-точь такой же микроконтроллер (LEONARDO или ESPLORA), версия Pro Micro имеет уменьшенное число цифро-аналоговых контактов ввода/вывода. Однако богатая аппаратная начинка Atmega32u4 с лихвой может компенсировать этот не особо важный недостаток. Arduino Pro Micro всё же больше рассчитан на разработку компактных приложений, предусматривающих взаимодействие с небольшим количеством модулей дополнительного расширения или с внешней периферией.

Выгодному сокращению площади печатной платы и весу Arduino Pro Micro поспособствовали "плюсы и минусы" реализованной схемы: использование чипа ATmega32U4 в корпусе QFN44 7х7мм без открытого доступа к ножкам самой микросхемы, изменённое количество контактов ввода/вывод (аналоговых и цифровых), отсутствие второго регулятора напряжения (как на старших моделях), интегрированный в чип USB-контроллер для программирования и отладки Atmega32U4 (нет отдельного чипа с аналогичной функцией), исключение наличия кнопки сброса Reset и выделенного коннектора для внутрисхемного программирования ICSP микроконтроллера. Pro Micro легко помещается в обычный спичечный коробок или в небольшой корпус. Поставляется в комплекте с неприпаянными игольчатыми коннекторами, которые при необходимости припаиваются к контактам.

Модель Arduino Pro Micro может подключаться как HID-устройство (класс устройств USB для взаимодействия с человеком) и работать в роли манипуляторов мышь или клавиатура. На плате предустановлен самовосстанавливающийся предохранитель для защиты USB-порта персонального компьютера от перегрузок по току и короткого замыкания. Pro Micro обладает совместимостью с полноразмерными модулями расширения форм-фактора Arduino UNO R3 только с применением проводных соединений. Atmega32u4 оснащена 5-вольтовой логикой и поддерживает подключение модулей радиопередатчиков, датчиков оценки и измерения различных параметров окружения, дисплеев или аудиопроигрывателей, а также других устройств с 5-вольтовым интерфейсом. Для устройств с иным напряжением питания потребуется дополнительная схема согласования уровней сигналов).

Интерфейсы и компоненты Pro Micro

Расположение и назначение выводов

Все выводы Pro Micro расположены по двум длинным сторонам печатной платы.

К группе питания относятся контакты RAW, VCC, GND и порт USB:

• GND - общий (он же корпус, ноль, минус)
• RAW - вход напряжения питания постоянного тока в диапазоне +6 ~ 12 вольт. Входное напряжение понижается встроенным LDO-регулятором до рабочих 5 вольт. Источником питания Pro Micro может быть любой сетевой блок питания/адаптер, всевозможные варианты аккумуляторов или батарейные сборки. Выбор типа источника питания зависит только от того, будет ли законченная модель стационарной или автономно-портативной;
• VCC - вход стабилизированного напряжения питания 5 вольт постоянного тока. Контакт "прямого" подключения к микроконтроллеру Atmega32u4, минующий LDO-регулятор. Или выход для питания подключаемой периферии (модули расширения, датчики/сенсоры и т.д.);
• USB - вход 5В через USB-соединение на время сеанса программирования или отладки микроконтроллера Atmega32u4. Может быть неудобен или нецелесообразен в законченном варианте приложения.

Группа цифро-аналоговых:

• Цифровые входы/выходы передают и принимают данные, сформированные логическими сигналами 1 (HIGH) и 0 (LOW). В их число входят контакты TX0, RX1, 2...10, 14, 15 и 16. Аналоговые входы A0-A3 также поддерживают режим цифровых данных и нумеруются соответственно 18-21. Управление цифровыми входами/выходами осуществляется функциями digitalRead() и digitalWrite();
• Аналоговые входы А0-А3 чувствительны ко всему диапазону входного напряжения в диапазоне 0-5В. Встроенный АЦП преобразует уровень напряжения на контакте в его пропорциональное цифровое 10-битное значение: 0-5В = 0-1023 значение. Контакты А0-А3 не могут генерировать аналоговый выходной сигнал. Цифровыми входами/выходами 4, 6, 8, 9 и 10 также поддерживается режим аналоговых входов. Для считывания значения используется функция analogRead().

Группа контактов ШИМ

Широтно-импульсная модуляция позволяет генерировать логические импульсы с фиксированной частотой и изменяемой длительностью сигнала относительно его периодичности (коэффициентом заполнения, скважностью). Усредняемое значение напряжения логических импульсов можно приблизить к аналоговому напряжению.

Контакты с ШИМ-модуляцией обведены на плате белым кругом, это выводы 3, 5, 6, 9 и 10. Управление ими в Arduino IDE осуществляется командой analogWrite() с максимальным разрешением 8 бит (до 255 значений). Аппаратные таймеры Atmeg32u4 поддерживают разрядность не только 8 бит (конт. 3), но и 10 бит/1024 значения (конт. 5 и 6), и 16 бит/65536 значений (конт. 9 и 10). Настройка разрядности более 8 бит осуществляется программированием регистров Atmeg32u4.

Группа контактов прерывания

Определённые контакты ATmega32u4, именуемые INT и PCINT, способны "реагировать" на входящий сигнал, требующий к себе немедленного внимания (вызов прерывания). Такой сигнал расценивается контроллером как команда для принудительной остановки выполнения текущей программы и запуска специальной функции, содержащей перечень приоритетных действий для обработки наступившего события (обработчик прерывания, ISR, Interrupt Service Routine), с последующим возвратом в приостановленный код. Выводы прерывания исключают необходимость цикличного опроса портов микроконтроллера. Они позволяют оптимизировать алгоритмы приложения и освободить ресурсы микроконтроллера для выполнения основных задач.

Аппаратные прерывания AVR-контроллера ATmega32u4 подразделяются на две категории INTx и PCINTx. Они различаются между собой условиями, определяющими наступившее событие, и количеством назначаемых функций вызываемого обработчика.

Прерывания INT

Запросы прерывания на входах INTx обрабатываются Atmega32u4 индивидуально. Параметр чувствительности для любого входа INTx может быть настроен на одно из следующих условий:

• низкоуровневый сигнал - LOW
• передний (восходящий) или задний (нисходящий) фронты импульса - RISING или FALLING
• любое изменение логического уровня - CHANGE

Примечание. Продолжительность импульса для входов INTx - не менее 50 нс.

Для каждого входа со своим номером INTx, пользователем создаётся индивидуальный обработчик ISR, содержащий список необходимых действий. Прерывания INT назначаются функцией attachInterrupt() с тремя её обязательными параметрами: номером прерывания INTx, именем вызываемого обработчика, и параметром чувствительности к входному сигналу. Или отвязываются противоположной по значению функцией detachInterrupt().

Прерывания PCINT

Прерывания PCINTx являются сильно упрощённым вариантом прерываний INTx. Приоритет выполнения прерываний PCINT ниже чем у INT, если задействованы оба вида. Функции обработки для входов прерываний PCINTx вызываются единственным условием — изменением логического состояния входа. Именно поэтому входы носят названия "Прерывание по состоянию" (Pin Change Interrupt). Для всей группы контактов PCINTx в Atmega32u4 назначается один обработчик прерывания, вызываемый изменением состояния на любом из этих входов.

Сброс ATmega32U4

Для перезагрузки Atmega32u4 на контакт "Reset" подаётся низкоуровневый сигнал напряжения (LOW). У платы Pro Micro нет физической кнопки сброса. Её несложно сделать самостоятельно, соединив контакты Reset и GND через механическую кнопку.

Цифровые интерфейсы

• UART, асинхронный последовательный интерфейс - контакты TX0 и RX1. Основная шина USB-UART зарезервирована и не доступна для пользователя на самостоятельных выводах. Для установления связи по дополнительной последовательной шине UART1 используется класс Serial1. При этом, встроенные светодиоды с аналогичным названием RX и TX не отображают процесс обмена данными. Подключение к другому устройству осуществляется по схеме RX->TX, TX->RX;
• SPI, последовательный периферийный интерфейс - контакты с маркировкой 16 (MOSI), 14 (MISO) и 15 (SCK). Линия SS не выведена ни на один пользовательский контакт. В случае необходимости её использования в проекте, вам не составит труда к ней подключиться. Физический вывод контроллера 8 (SS, PB0) соединён через резистор со светодиодом RX.
• TWI/IIC/I2C, двунаправленный последовательный интерфейс - контакты с маркировкой 2 (SDA) и 3 (SCL).
• JTAG-интерфейс тестирования и отладки - контакты с маркировкой А0 (TDI), A1 (TDO), A2 (TMS) и A3 (TCK).

Электрическая принципиальная схема Pro Micro

Перед началом использования

Перед подключением платы Pro Micro к компьютеру, для точного её определения операционной системой Windows, необходимо произвести несложные настройки.

1. Первый шаг: потребуется загрузить драйвер (подписанный для пользователей Windows). На ОС Windows 10 драйвер должен установиться автоматически. Возможно, вам не придётся его загружать. Если вы используете ОС Windows 10 и драйвер установился, переходите к установке дополнения для ARDUINO IDE.
   
   Распакуйте ZIP-файл и запомните путь, куда расположились содержащиеся в архиве файлы. В ZIP-архиве вы сможете найти .INF и .CAT файлы, содержащие информацию, необходимую для установки драйвера Pro Micro.
    
2. Второй шаг: подключите Pro Micro к USB-порту вашего компьютера. В нижнем правом углу появиться всплывающее сообщение "Установка драйвера устройства", затем еще одно "Программное обеспечение для устройства не было установлено". Не стоит пугаться этого. ОС Windows просто не знает, где размещены необходимые для установки файлы. Иногда могут возникнут проблемы с подключением к USB-порту версии 3.0, поэтому рекомендуется воспользоваться USB-портом версии 2.0.
    
    
3. Третий шаг: обновление драйвера через "Диспетчер устройств". Чтобы его открыть, нажмите "Пуск", затем "Панель управления" и в открывшемся окне "Настройка параметров компьютера" выберите щелчком мыши "Диспетчер устройств".
   
   В качестве альтернативного запуска используйте сочетание клавиш Win+R, в окне "Выполнить" наберите ’devmgmt.msc’ и нажмите ОК.
   
   В "Диспетчере устройств", в разделе "Другие устройства" вы увидите "USB устройство ввода" (или ARDUINO Leonardo). Выделите это устройство, нажмите на нём правой кнопкой мыши и из открывшегося меню выберите "Обновить драйверы..."
    
4. Четвёртый шаг: поиск драйвера. В первом открывшемся окне кликните "Выполнить поиск драйверов на этом компьютере". В следующем окне нажмите кнопку "Обзор" и укажите месторасположение загруженного и распакованного драйвера из папки с именем "Arduino_Boards-master" (шаг 1). Нажмите ОК, затем выберите "Далее".
   
   Операционная система компьютера задаст вам вопрос об подтверждении установки драйвера, согласитесь нажатием "Установить". Спустя некоторое время процесс закончится, и обновление драйвера завершится. Автоматически обновиться окно "Диспетчера устройств" и вы увидите новую запись в разделе "Порты (COM или PLT)": Pro Micro (COMxx) или Arduino Leonardo (COMxx).

Программирование и установка дополнения для ARDUINO IDE (шаг 5, завершаюший)

Если вы ранее не использовали ARDUINO, загрузите с официального сайта бесплатное программное обеспечение разработчика ARDUINO IDE.

Плата Pro Micro является сторонней разработкой и изначально не поддерживается средой программирования ARDUINO IDE. Чтобы научить обе стороны понимать и общаться друг с другом, потребуется установить дополнительный файл, содержащий в себе всю необходимую информацию о плате.

Начиная с версии 1.6.4, добавление сторонних неофициальных плат в среду разработки стало крайне простым, благодаря встроенному инструменту "Менеджер плат". Запустите ARDUINO IDE, в меню "Файл (File)" перейдите в "Настройки (Preferences)", в открывшемся окне найдите строку "Дополнительные ссылки для менеджера плат" и скопируйте в него строку:

https://raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_sparkfun_index.json

Затем, нажмите ОК. В основном меню редактора "Инструменты (Tools) / Плата: (Boards)", в верхней части раскрывшегося списка, кликните "Менеджер плат". Во вновь открывшемся окне менеджера, в левом верхнем углу найдите выпадающий список "Тип (Type)", в котором выберите "Внесены (Contributed)". Ниже отобразиться перечень, из которого вам необходимо найти "SparkFun AVR boards by SparkFun Electronics".

Нажав кнопку "Установка", в нижней части окна вы увидите процесс добавления файлов. После полного завершения, рядом с этим элементом списка, появиться надпись "Установлен (Installed)". Обновление программного обеспечения закончено.

Закройте окно "Менеджер плат" и в разделе основного меню "Инструменты / Плата" выберите "Pro Micro", затем "Инструменты / Процессор" укажите тип используемой вами платы "ATmega32U4 (5V, 16MHz)" и не забудьте про созданный драйвером виртуальный порт компьютера "Инструменты / Порт" (например, COM2). На разных компьютерах нумерация портов может различаться.

В среде разработки ARDUINO IDE любая программа, маленькая или большая, называется "Скетчем". Самый популярный скетч с примером, который пользователи пробуют загрузить в микроконтроллер, — совсем простенькая программа, управляющая миганием встроенного светодиода. У большинства микроконтроллерных плат Arduino на цифровом выводе 13 есть доступный для этой цели светодиод. Подобного светодиода у Pro Micro нет. Кроме того, у Pro Micro есть два технических светодиода, отображающих процесс обмена информацией между USB-портом и микроконтроллером ATmega32U4. Попробуйте загрузить нижеприведённый пример скетча в Pro Micro. Вы непременно приятно удивитесь, убедившись, насколько просто можно "помигать" этими светодиодами.

int RXLED = 17; // Указываем номер контакта для RX.
void setup() {
pinMode(RXLED, OUTPUT); // Задаём контакту режим "вывод информации".
// Светодиод TX настроен на режим "вывод" по умолчанию и подключен к неконтролируемому
// контакту ATmega32U4.
// Для взаимодействия с ним используются простые макросы.
}
void loop() {
digitalWrite(RXLED, LOW); // Устанавливаем светодиод RX в положение включен
TXLED0; // Устанавливаем светодиод TX в положение выключен
delay(1000); // Ждем 1 секунду
digitalWrite(RXLED, HIGH); // Устанавливаем светодиод RX в положение выключен
TXLED1; // Устанавливаем светодиод TX в положение включен
delay(1000); // Ждем 1 секунду
}

Интегрированная среда программирования ARDUINO IDE имеет обширную библиотеку примеров для начинающих. Найти перечень примеров можно в главном меню "Файл / Примеры".