ARDUINO UNO R4 WiFi

Arduino — одна из самым известных и популярных учебно-образовательных платформ, основанная на программируемых микроконтроллерах, имеющая персональную среду разработки приложений - Arduino IDE. Полностью открытая платформа Arduino выделяется среди других своей многолетней успешной историей. Её развитие продолжается и в настоящее время - выпускаются новые платы и совершенствуется оригинальное программное обеспечение. За последние десятилетия для Arduino обнародовано множество интересных и увлекательных учебных материалов. За годы существования Arduino, огромный безвозмездный вклад в её поддержку привнесло сообщество из профессиональных разработчиков и любителей-энтузиастов, своими руками создавших неисчислимое количество проектов уникальных многофункциональных устройств, примеры которых доступны для всех желающих. Ими написано множество программных библиотек для Arduino IDE, добавляющих платформе значительно бóльшую универсальность.

Arduino — это аппаратно-программный конструктор с использованием микроконтроллеров семейства AVR и ARM, предлагающий возможность простого объединения совместимых электронных модулей в единое действующее устройство, которое предназначалось бы как для задач индивидуального применения, так и для целей массового потребления. Платформа Arduino обладает нескончаемым потенциалом в расширении создаваемого Arduino-приложения. Она также свободно и без усилий сочетается с другими аналогичными платформами и программируемыми микроконтроллерами. Кроме того, входящие в состав Arduino-приложения узлы ввода-вывода или исполнительные узлы могут быть изготовлены из комплектов простых радиодеталей. Контроллеры Arduino характеризуются поддержкой цифрового и аналогового оборудования, обеспечены разнообразием современных коммуникационных интерфейсов.

Технические характеристики

• Модель: UNO R4 WiFi, Arduino-совместимая
• Напряжение питания
  • 5В DC через порт USB Type-C
  • 6~24В DC через разъём DC5525 или вывод VIN
  • 3.7В DC через VRTC (для домена RTC)
• Напряжение логики: 5В (3.3В ESP32)
• Ток нагрузки на один логический вывод, макс.: 8мА
• Ток нагрузки на все логические выводы, макс.: 60мА
• Главная часть
  • Микроконтроллер: 32-разрядный ARM Cortex-M4 R7FA4M1AB3CFM, Renesas Electronics
  • Тактовая частота, макс.: 48МГц
  • Встроенная память
    • ОЗУ: 32кБ RAM
    • ПЗУ: 256кБ Flash
    • EEPROM: 8кБ
  • Цифровые входы-выходы: 14 (20)
  • Аналоговые входы: 6, разрядность 14 бит
• Вторичная часть
  • Беспроводная связь: Wi-Fi 4 / Bluetooth 5.0
  • Радиомодуль: 32-разрядный 2-ядерный Xtensa LX7 ESP32-S3-MINI-1-N8
  • Тактовая частота, макс.: 240МГц
  • Встроенная память
    • ОЗУ: 512кБ SRAM
    • ПЗУ: 384кБ ROM
  • Диапазон частот трансивера: 2408~2484МГц
  • Цифровые входы-выходы: 14 (контактные площадки)
• Интерфейсы: UART, I2C, SPI, CAN, ШИМ (PWM), ЦАП (DAC), прерывания (INT), часы реального времени RTC
• Порты
  • USB Type-C: программирование R7FA4M1, HID-функции 
  • Qwiic: для подключения 3.3-вольтовых I2C-модулей
• Ручное управление: кнопка сброса Reset, переключатель шины USB между R7FA4M1/ESP32-S3
• Вывод данных: программируемая LED-матрица 8*12(96) мини светодиодов
• Индикация: напряжение питания, активность UART(RX,TX), пользовательский D13
• Защита: от переполюсовки напряжения питания, от перегрузки по току
• Температура эксплуатации: -40°С ~ +85°С
• Размеры: 68.85 х 53.34 х 12.5мм
• Вес: 20г

Arduino UNO R4 WiFi — максимально "заряженная" плата 4-й ревизии. Основная её часть построена на 32-разрядном микроконтроллере ARM Cortex-M4 R7FA4M1AB3CFM с 3-кратно увеличенной производительностью в вычислительных операциях (частота 48МГц UNO R4 против 16МГц UNO R3). Обновлённый процессор раелизует в UNO R4 новые опции: интерфейс 12-битного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), увеличенное до 14 бит разрешение аналого-цифрового преобразователя (АЦП), CAN-интерфейс, интерфейс операционного усилителя OPAMP, нативный порт USB последовательной шины RX/TX (отделённый от второй последовательной шины UART RX/TX), существенно расширенный объём ОЗУ и ПЗУ. Цифровые входы-выходы контроллера R7FA4M1, разведённые по бокам платы UNO R4, как и раньше, оперируют логическими сигналами с 5-вольтовым уровнем напряжения. Нагрузочный ток одного логического вывода снижен до 8мА, общий ток всех выводов ограничен 60мА. UNO R4 не имеет операционной системы, в главном чипе лишь записано ПО для запуска приложений или для загрузки нового пользовательского кода.

Вторичная часть UNO R4 WiFi представлена модулем радиопередатчика ESP32-S3-Mini-1-N8, обеспечивающим беспроводную коммуникацию в стандартах Wi-Fi 4 и Bluetooth 5.0. По умолчанию чип ESP32-S3 функционирует в роли промежуточного "моста" между USB Type-C и R7FA4M1. Для контроллера ESP32 на печатной плате разведены служебные выводы (площадки под пайку и разъём 3х2 контакта), через которые он может быть запрограммирован любой другой совместимой прошивкой. Возврат к исходной работе ESP32-S3 осуществим записью оригинальной прошивки. Логика контроллера ESP32-S3 работает исключительно с 3.3-вольтовыми уровнями и не поддерживает прямое подключение оборудования с 5-вольтовой логикой/питанием.

В UNO R4 встроена матрица из 96 мини-светодиодов с расположением сегментов в формате 8х12. LED-матрица позволяет создавать в приложении визуальное отображение информации в виде изображений или анимации. Её также можно использовать для программирования простеньких игр из разряда тетрис-змейка. Линии управления сегментами матрицы привязаны к основному контроллеру R7FA4M1 и не имеют открытого доступа. Микросхема интегрированного DC-преобразователя предусматривает питание UNO R4 от напряжения в расширенном диапазоне 6~24В постоянного тока.

Компоненты и интерфейсы UNO R4 WiFi

Диаграмма коммуникационных выводов/интерфейсов, функциональное назначение

Только для опытных пользователей! Представленная модифицированная версия диаграммы выводов UNO R4 WiFi содержит дополнительную информацию о расположении и назначении доступных коммуникационных линий микроконтроллера ESP32-S3-Mini-1-N8. Разводка линий ESP32-S3 оформлена круглыми контактными площадками Ø0.7мм по двум сторонам WiFi/BT-контроллера. Логика ESP32 работает только с 3.3-вольтовыми сигналами.

Программное обеспечение

1. Программная среда разработки приложений Arduino IDE (web-ресурс)
2. Онлайн-редактор для светодиодной матрицы UNO R4 WiFi (web-ресурс)

Документация

1. Электрическая принципиальная схема Arduino UNO R4 WiFi (PDF)
2. Учебники и руководства для Arduino UNO R4 WiFi (web-ресурс)
3. Сборник демонстрационных проектов Arduino (web-ресурс)