Контроллер DFRobot DFRduino Uno v3.0 [R3] Arduino-совместимый

Контроллер DFRobot DFRduino Uno v3.0 [R3], Arduino-совместимый

• Микроконтроллер: ATmega328
• Тактовая частота: 16 МГц
• ППЗУ (Flash-память): 32Кб
• Загрузчик: Arduino Uno, занимает 0.5 Кб выделенной ППЗУ-памяти
• ОЗУ (Sram-память): 2Кб
• ПЗУ (EEPROM-память): 1Кб
• Рабочее напряжение: 5 В
• Входное напряжение (рекомендуемое): 7-12В
• Входное напряжение (предельное): 6-20В
• Цифровые каналы ввода/вывода: 22
• Аналоговые каналы ввода: 6
• ШИМ выводы: 6, 10-бит
• Постоянный ток через вход/выход: 40 мА, рекомендуемый 20мА
• Постоянный ток для вывода 3.3В: 50мА
• Размер (ДхШхВ): 75x54x13мм
• Вес: 28гр.
• Кнопка сброса "Reset"
• USB-разъем: USB, тип-B
• Светодиодная индикация: питание платы, обмен данными RX,TX и статус пользовательского вывода D13

Вступление

DFRduino Uno - редизайнерская версия широко известной в Arduino-сообществе микроконтроллераной платы Arduino Uno R3, созданная разработчиком цифрового аппаратного оборудования DFRobot. Имея скромный размер и большие возможности, плата пользуется популярностью среди учеников и профессионалов-разработчиков, находит применение в огромном числе всевозможных электронных DIY-проектов. DFRduino UNO совместима с оригинальной Arduino Uno R3, поддерживается в интегрированной среде разработки Arduino Ide, имеет полностью открытые ресурсы. На основе UNO уже сконструировано огромное количество разнообразных самодельных электронных устройств и самостоятельных интерактивных объектов, примеры которых, при желании, можно найти в сети Интернет.

Модификация Uno разработана компанией DFRobot. Можно смело предположить, что проектирование платы основывалось на открытых источниках, предоставленных в свободный доступ создателями проекта Arduino.

Совместимость с платформой Arduino

Модуль DFRduino Uno целиком и полностью совместим со всеми платами расширения, спроектированными в форм-факторе Uno R3, дополняющими микроконтроллерную плату ARduino новым функционалом. Особенности модели DFRduino:

• Физический размер платы и компоновка её выводов идентичны Arduino Uno R3. Отсутствуют лишь некоторые функциональные выводы микросхемы ATmega16U2.
• Наличие на борту двух стабилизаторов напряжения 3.3 В и 5 В предоставлет пользователям возможность подключения устройств расширения с соответствующим уровнем питания.
• Все группы пользовательских выводов платы DFRduino различаются цветом в соответствии с функциональным назначением контактов:
  Красный - силовая секция питания/напряжения;
  Синий - аналоговые входы;
  Зелёный - цифровые входы/выходы.

Центральный микроконтроллер ATmega328P в корпусе PDIP-28 установлен в специальный пластиковый посодочный разъём, припаянный к плате, и легко вынимается из него. Подобное решение в дизайне платы крайне удобно, если по какой-либо причине контроллер будет повреждён, и потребуется его замена.

Модуль DFRduino Uno обладает всеми нововведениями, существующими у оригинальной UNO Rev3. Рядом с контактом AREF добавлены дублирующие выводы SDA и SCL интерфейса IIC/I2C, обозначение которых нанесено на обратную сторону платы. Присутствует контакт IOREF, необходимый для плат-расширений. Кнопка "Reset" удобно расположена на углу платы.

Обзор платы DFRduino

Светодиодная индикация:

• ON - подключено питающее напряжение;
• RX, TX - осуществляется обмен данными между USB-портом и микроконтроллером ATmega328;
• L - пользовательский светодиод, доступный для цифрового вывода 13.

Интерфейсы передачи данных

• IIC/I2C/TWI (двунаправленный последовательный интерфейс) - выводы А4 (SDA) и А5 (SCL) в зоне аналоговых контактов. Дублирующие их выводы находятся в зоне цифровых контактов, рядом с физической кнопкой сброса.

• UART (ассинхронный последовательный интерфейс) -  выводы RX0 (прием) и TX1 (передача) в зоне цифровых контактов. Подключение к ним осуществляется по схеме RX->TX, TX->RX. UART допускает подключение прочих USB/UART-TTL конвертеров для внесения исполняемого кода в память микроконтроллера ATmega328 с использованием загрузчика.

• SPI (последовательный периферийный интерфейс) - в зоне цифровых контактов с номерами 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), и на разъёме ICSP, расположенного рядом с микроконтроллером ATmega328. Для ATmega16U2 реализован независимый ICSP-разъём с интерфейсом SPI.

ШИМ

Контакты 8-битной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) промаркированы на плате значком тильда "~". Это цифровые выводы 3, 5, 6, 9, 10 и 11, позволяющие управлять уровнем выходящего напряжения. Используется функция analogWrite().

AREF

Устанавливает опорное или эталонное напряжение для аналоговых входов. Контакт используется вместе с функцией analogReference(), пропорционально сравнивающей напряжений на выводе AREF с аналоговым входом и генерирующая результат в виде 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.

IOREF

Контакт предназначен для передачи информации подключаемым к плате DFRduino Uno расширениям или другим микроконтроллерам об используемом рабочем напряжении. Вывод совмещён с контактом 5V. Правильно настроенное расширение сможет получить информацию о текущем напряжение и выберет для себя соответствующий источник питания, или задействует преобразователи напряжения 5 В или 3,3 В.

ICSP

Разъём ICSP (внутрисистемное последовательное программирование) даёт возможность непосредственного программирования центрального микроконтроллера ATmega328P или вспомогательного ATmega16U2 при помощи внешних программаторов (AVR-ISP, STK500 или других с поддержкой интерфейса SPI) без использования внутреннего загрузчика. Данный способ применяется в тех случаях, когда требуется полный объём доступной флэш-памяти, или же использование USB-соединения при программировании нецелесообразно/неудобно.

Обозначение и назначение выводов DFRduino

Питание

Вы можете воспользоваться тремя вариантами подключения питания, которыми располагает плата:

1. USB-порт, через кабель USB поступает напряжение 5 вольт. Обращаем ваше внимание, что такого подключения в законченном проекте может и не быть.
2. Разъём внешнего источника питания с "плюсовым" центральным штырьевым контактом, имеющим внутренний диаметр 2,1мм, и внешним "минусовым" контактом с диаметром 5,5мм. К разъёму подключается постоянное напряжение в диапазоне 7-12 вольт, которое преобразуется внутренним конвертором в рабочее напряжение платы 5 В. Источником питания могут служить AC-DC блоки питания, батареи или аккумуляторы.
3. Контакты Vin+GND в линейке силовых выводов. На эти контакты подаётся нерегулируемое напряжение в диапазоне 7-12 вольт (стабилизированное). Оптимальный вариант подключения автономных источников питания, таких как миниатюрные аккумуляторы или батарейки. Чаще всего выводы используются в мобильных конструкциях.

При одновременном подключении нескольких источников, система распознаёт наиболее высокое напряжение и переключается на него.

Примечание! Выводы 3.3В и 5В могут быть задействованы в роли источника питания дополнительных расширений.

Примечание! Не запускайте ваш проект (Arduino) при недостаточном питании. DFRduino Uno может самостоятельно перезапуститься, если совмещаются модули с высоким энергопотреблением: серво, моторы, большие экранные модули. Лучшим решением будет подключение таких модулей к внешним источникам напряжения. Простого USB-питания может оказаться не достаточно, особенно, когда сервопривод работает с нагрузкой.

Защита USB

Для защиты USB-порта в схему DFRduino Uno встроен самовосстанавливающийся предохранитель. В случаях превышения максимального порога  500мА или при коротком замыкании, предохранитель срабатывает и размыкает цепь, отключая питание платы. Цепь снова замыкается в том случае, когда потребляемый ток будет снижен до порогового значения или устранена причина замыканий.

Первое подключение

Если ранее вы не имеди дело с ARDUINO, прежде всего необходимо загрузить бесплатную интегрированную среду для программирования ARDUINO IDE с сайта разработчика и установить ее на ваш компьютер.

Ваше устройство - самодостаточное изделие, сразу готовое к работе. В ОС Linux плата распознается автоматически, для ОС Windows необходим inf-файл, который присутствует в оболочке программирования ARDUINO IDE. Ничего дополнительно устанавливать не нужно! Модуль DFRduino Uno имеет все необходимые компоненты для подключения, просто соедините его USB-кабелем с компьютером.

Примечание! Предварительно убедитесь в исправности кабеля. В противном случае последствия при программировании могут быть непредсказуемы.

Произойдет автоматическая установка драйвера и на экране появиться сообщение

На плате загорится красный светодиод "ON", информирующий о подключенном питании.

Программирование

После установки среды разработчика ARDUINO IDE можно смело приступать к программированию.

Любая программа, написанная для ARDUINO, называется "Скетч". Прежде, чем вы загрузите скетч, необходимо провести настройку оболочки:
Выберите в меню Инструменты(Tools)/Плата(Boards) тип вашего устройства (ARDUINO/Genuine Uno)

Следующим шагом необходимо указать оболочке ARDUINO IDE порт компьютера, к которому подключен ваш USB кабель. В ОС Windows порты могут быть COM2, COM3 и т.д. На ОС MAC наименование порта может выглядеть как /dev/tty.usbserial-A6006hSc

Теперь все настроено для загрузки скетча в вашу DFRduino Uno. Попробуйте записать в память контроллера самый простой скетч, мигающий единственным доступным светодиодом, этакий пример "Привет, мир!":

int ledPin = 13;            // Определяем цифровой контакт светодиода
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT);    // Устанавливаем для контакта режим вывода информации
}
void loop()
{
digitalWrite(ledPin, HIGH); // Включаем светодиод
delay(1000);                // Ждём 1 секунду
digitalWrite(ledPin, LOW);  // Выключаем светодиод
delay(1000);                // Ждём 1 секунду
}

После того, когда на панели управления редактора ARDUINO IDE нажата кнопка "Загрузить", плата замигает светодиодами, показывающими передачу данных, и на экране компьютера вы увидите сообщение "Загрузка завершена" (Done Uploading). Процесс записи завершён и контроллер переключился в режим выполнения загруженного кода.

Arduino IDE обладает большой библиотекой примеров для начинающих. Найти их можно в самом редакторе: "Файл -> Примеры".