Arduino PRO MICRO

Модуль LEONARDO Pro Micro на ATMEGA32U4 5V/16MHz для ARDUINO (Плата разработчика)

• Микроконтроллер: ATmega32U4 AVR 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
• Рабочее питание - 5 В
• Входное напряжение (вывод RAW): 6-12 В
• Максимальный общий ток: 500 мА
• Максимальный ток вывода: 10 мА, рекомендуемый 5 мА
• Светодиодная индикация: питания и обмена данными по USB (RX, TX)
• USB-разъём: microUSB-B
• Вес: 5 грамм
• Поддержка ARDUINO IDE с версией 1.0.1 и новее

Маленький и мощный LEONARDO

Вдохновляясь идеями, и в попытках совместить возможное с невозможным, инженеры-создатели разработали интересную модель ARDUINO-совместимой платы, предоставив пользователям немалые аппаратные мощности и возможности микроконтроллера ATmega32U4 в сочетании с очень маленькими габаритами платы. Получившийся "гибрид" оказался весьма необычен. Столь малый размер, всего 33 х 18 миллиметров, был заимствован у платы PRO MINI. Сравнивая аналогичные старшие модели семейства ARDUINO, имеющие на борту точь-в-точь такой же микроконтроллер (LEONARDO или ESPLORA), вы непременно заметите ограниченное количество расположенных на модуле Pro Micro вводов/выводов. Зато, способности установленной центральной микросхемы с лихвой покрывают этот, казалось бы не особо важный, недостаток. В итоге, перед вами некая "серединка", позволяющая создавать проекты и изготавливать устройства, основополагающей целью которых станут производительность процессора, скромные размеры и отсутствующая необходимость в коммутации большого количества дополнительных модулей расширений.

Раз уж был упомянут модуль Pro Mini, то и все условные "недостатки" и "ограничения" так же плавно переместились в плату Pro Micro. Малое количество выводов для подключения, отсутствие второго (как у старших братьев) регулятора напряжения, физическая несовместимость со "стандартом" модулей расширения, за основу которого были приняты размер и компоновка контактов Arduino UNO R3. Для подключения таких модулей вам обязательно потребуется проводное соединение. Отсутствует кнопка ручного перезапуска микроконтроллера "Reset".

Плюсов тут тоже достаточно много. К ним можно отнести максимально удобный и лёгкий способ программирования через установленный USB-порт, не используя в процессе прошивки памяти микроконтроллера специальные устройства, называемые внешними программаторами, которые порой совсем не дешёвые. Специальных пинов внутрисистемного программирования попросту нет на плате. Вам не придётся соединять Pro Micro со вспомогательным преобразователем сигналов USB-в-TTL, эмулирующего интерфейс UART (необходим для обмена данными между контроллером и средой разработки ARDUINO API при загрузке в память исполняемого кода программы). Все средства связи между USB-портом подключенного компьютера и микроконтроллером реализованы непосредственно в самой микросхеме.

Снова о размерах - модуль Pro Micro с лёгкостью поместится в спичечный коробок или в небольшой корпус. Придерживаясь минимализма, имеющиеся в комплекте разъёмы не припаяны к плате, которые, при желании или необходимости, вы сможете самостоятельно установить. Или же использовать сторонние всевозможные разъёмы. Либо просто припаять провода к выводам, если размеры разъёмов покажутся вам велики.

Вдобавок, плата богата аппаратными возможностями микроконтроллера, часть из которых попросту не уместилась на выводах. Достаточно посмотреть на лицевую сторону платы, где отмечены цифрами и буквами все выводы, среди которых не окажется 11, 12 и 13 контактов. Микроконтроллер ATmega32U4 у ARDUINO Pro Micro выполнен в корпусе QFN44 (7х7мм), благодаря чему доступа к нераспаянным прямым выводам самой микросхемы фактически нет.

Pro Mini способна подключаться как HID-устройство (класс устройств USB для взаимодействия с человеком) и работать в роли манипуляторов мышь или клавиатура. Присутствует самовосстанавливающийся защитный предохранитель, ограждающий USB-порт вашего компьютера от повреждения при повышенной нагрузке и токов короткого замыкания.

Любой мало-мальский проект, придуманный вами самостоятельно, или заинтересовавший вас пример готового изделия, собранного кем-то ещё, подразумевает взаимодействие с дополняющими модулями, беспроводными передатчиками, датчиками окружающей температуры или влажности, разнообразными сенсорами, радиоприемниками, MP3-проигрывателями и другими разнообразными полезными расширениями. Модуль Pro Micro работает на обычном для ARDUINO-контроллеров напряжении 5 В, благодаря чему вам не потребуется подключать дополнительные преобразователи напряжения для коммутации устройств и модулей с аналогичным базовым питанием, таких как: Bluetooth, Wi-Fi, модули Ethernet, символьные дисплеи, и многие другие. Если необходимость в пониженном питании 3.3 вольта всё же присутствует, вы сможете смело воспользоваться "двунаправленным преобразователем логических уровней", способным конвертировать напряжение из 5 вольт в 3.3 вольта и наоборот.

Расположение элементов на плате

Расположение и обозначение выводов

Все имеющиеся у Pro Micro выводы расположились по двум длинным сторонам.

К питанию платы относится группа контактов GND, VCC, RAW и единственный USB-порт:

• GND - общий, заземление, ноль
• RAW - входящее запитывающее напряжение платы. Подаваемое постоянное напряжение может быть в диапазоне от 6 до 12 вольт. Энергосхема Pro Micro автоматически выравнивает (стабилизирует) напряжение выхода до необходимого 5 вольт при помощи встроенного регулятора. Источниками питания могут послужить и блоки питания, и разнообразные аккумуляторы, и даже самые простые и широко распространённые батарейки. Выбор зависит только от того, будет ли законченная модель стационарной, или подвижной, или вообще переносной;
• VCC - входящее отрегулированное напряжение, не превышающее основное рабочее 5 вольт. Подача напряжения через вывод построено по схеме, исключающей в своей цепи регулятор напряжения, и напрямую питающей микросхему. Данный вывод можно использовать источником питания для подключаемых расширений или датчиков/сенсоров;
• USB - чаще всего подключение к порту используется в процессе программирования микроконтроллера. Использование USB-порта может быть неудобно или нецелесообразно в завершённом варианте вашей конструкции.

Цифро-аналоговые данные:

• Цифровые выводы входа/выхода данных размещены по обеим сторонам, имеют маркировку TX0, RX1, 2...10, 14, 15, 16, а также ещё 4 можно задействовать из аналоговых. Взаимодействие с ними осуществляется функциями DigitalRead() и DigitalWrite();
• Аналоговые входные контакты обозначены как A0-A3, а также цифровыми выводами 4, 6, 8, 9 и 10. Каждый из них имеет разрешение 10-бит (используется функция AnalogReference(), значения 0...1023).

Широтно-импульсная модуляция, позволяющая вам управлять подводимой к нагрузке вывода мощностью, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте:

• выводы ШИМ - контакты совмещены с цифровыми пинами и имеют разрешение: 3 (8-бит/256 значений), 5 (10-бит/1024 значения), 6 (10-бит/1024 значения), 9 (16-бит/65536 значений), 10 (16-бит/65536 значений). Используется функция AnalogWrite(). С целью быстрого распознавания, каждый вывод обведён белым кругом.

Аппаратный сброс микрочипа ATmega32U4:

• вывод "Reset" - на контакт подаётся низкоуровневый сигнал LOW (ноль), приводящий к перезапуску контроллера. Как ранее упоминалось, Pro Micro не имеет возможности ручного перезапуска. Его несложно сделать самостоятельно, соединив контакты Reset и GND через механическую кнопку.

Внешние прерывания:

• прерывание 0 на выводе 3, прерывание 1 на выводе 2, прерывание 2 на выводе 1 и прерывание 3 на выводе 0

Принципиальная схема

Интерфейсы программирования

• 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).

Первое включение

Перед подключением платы Pro Micro к компьютеру, для верного 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 редактор ARDUINO IDE - бесплатное программное обеспечение разработчика ARDUINO API.

Плата Pro Micro является сторонней разработкой и изначально не поддерживается средой программирования ARDUINO IDE. Чтобы научить их обоих 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, используя внедрённый инструмент "Менеджер плат", стало крайне простым. 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 API любую программу, будь она маленькая или большая, принято называть "Скетч". Самый популярный первый скетч, который пробуют загрузить в микроконтроллер пользователи, впервые приобщающиеся к изучению ARDUINO - совсем простенькая программа мигания встроенным светодиодом. У большинства подобных плат, на 13 контакте, есть доступный для этой цели светодиод. Как говорилось ранее, Pro Micro похожа, совместима, да вот не такая, как все. И подобного светодиода у неё не оказалось. Зато, плата богата двумя техническими светодиодами, показывающие вам 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 самыми "хитрыми" 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
}

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