ОБЗОР КОНТРОЛЛЕРОВ ARDUINO И ОБЗОР КОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА ARDUINO

Время на прочтение

В 2003 году был создан первый прототип устройства. Он лишь отдаленно напоминал современные платы микроконтроллеров. Устройство было названо в честь короля Ардуина, итальянским конструктором Массимо Банци. Развиваясь и совершенствуясь, «Arduino» быстро стало брендом аппаратно-программных средств, с помощью которых можно автоматизировать несложные системы.

В основе аппаратной платформы «Ардуино» лежит программируемый контроллер ввода и вывода. Его достоинством является – универсальность, модульность и не высокая цена. Выражаясь другими словами, «Arduino» — это миникомпьютер, который можно запрограммировать для выполнения определенных действий.

Материал обновлён 07.11.2022
Время чтения: 16 минут

Увлечённые и опытные авторы компании, разбирающиеся в измерительном, оптическом и паяльном оборудовании, любящие своё дело

В этой статье рассмотрим:

Введение

Торжественно открываю новый блог на Хабре, посвящённый Arduino! Блог об универсальном opensource-микроконтроллере Arduino, который будет интересен всем любителям микроэлектроники, самодельных гаджетов и всем, кто не боится взять в руки паяльник.

Для работы проектов iXBT.com нужны файлы cookie и сервисы аналитики.
Продолжая посещать сайты проектов вы соглашаетесь с нашей
Политикой в отношении файлов cookie

Всех приветствую! Хочу представить подборку ардуино платформ с перечислением плюсов и минусов каждой модели. Особенно подборка будет интересна студентам технических ВУЗов, поскольку при реализации роботов/систем необходимо знать некоторые точности и разницу в семействе (из главных параметров при выборе контроллера это: минимальные габариты, большое количество цифровых входов/выходов, эмуляция под геймпады). Чем хороша платформа Arduino — это небольшие платы (даже самая крупная Mega имеет скромные размеры) с простым языком программирования, который позволяет при установке самых простых и дешевых модулей реализовать автономных роботов или довольно крупных объектов для автоматизации систем.

Arduino Nano

Начну, пожалуй, с самой популярной модели — Arduino Nano.  На данный момент именно эту модель я считаю самым оптимальным выбором, поскольку она имеется крайне скромные габариты, большое количество цифровых и аналоговых портов (14 цифровых, 6 из которых имеют поддержку ШИМ и 8 аналоговых) и дешевле остальных, фактически это уменьшенная версия Arduino Uno, с увеличенным количеством аналоговых портов.

Arduino Uno

Является прародителем всех Arduino, но, к сожалению, кроме поддержки огромного количества шилдов (дополнительные платы, которые дополняют возможности ардуино, такие, как драйвер для двигателей, шилд с поддержкой карты памяти, GSM приемника, шилд для построения 3D принтера) ничем не выделяется, поскольку является фактически копией Arduino Nano, но в несколько раз больше

Arduino Mega

Один из самых интересных экземпляров, поскольку является одной из самых мощных из всего семейства. Микроконтроллер Atmega2560 (на котором базируется данная модель), является значительно более производительным, чем Atmega328 (используется в моделях Uno/Nano/Mini). Кроме высокой производительности в данной модели, увеличена встроенная и оперативная памяти (256 и 8 Кб соответственно). Также еще очень важным преимуществом является поддержка до 54 цифровых пинов (12 из которых имет поддержку ШИМ) и 12 аналоговых. Соответственно данная модель послужит для реализации больших проектов, где нужна высокая производительность  или большое количество цифровых пинов

Arduino Due

Самая мощная модель в семействе, которая базируется на микроконтроллере Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3. Фактически полная копия Arduino Mega, но значительно производительнее и с большим количеством постоянной и оперативной памятью, 512 и 96 Кб соответственно. Мое мнение про плату — она излишне производительна, для 95% пользователей хватит и мощности Arduino Mega даже для самых сложных проектов

Arduino Pro Mini

Устройство, которое базируется на аналогичном микроконтроллере, как и Arduino Uno/Nano — Atmega328. Имеется 14 цифровых портов (6 из которых могут работать ШИМ-выходов) и 8 аналоговых. Плата имеет самые скромные размеры из всех моделей рассматриваемых в подборке, фактически это аналог ардуино нано, в котором отсутствует программатор

Arduino Leonardo

Идентичная по размерам с Arduino Uno, но имеет следующие отличия: используется другой микроконтроллер (Atmega32u4), больше цифровых и аналоговых портов (20 (7 из которых ШИМ) и 12) а также эта модель может работать как геймпад/мышь/клавиатура с персональным компьютером.

Arduino LilyPad

Самая миниатюрная модель из семейства, используется, где нужна компактность и нет необходимости в большом количестве входов/выходов, так как в данной модели их всего 6. Найдет свое применение на самоделках на одежде, например: подогрев иди подсветка куртки.

Общие сведения

В основе любой платы лежит микроконтроллер (МК). Он содержит в себе процессор, оперативную (ОЗУ) и энергонезависимую памяти (ПЗУ), а также снабжен модулями, осуществляющими обмен аналоговыми и цифровыми сигналами. Такие характеристики позволяют создавать компактные одноплатные устройства — микрокомпьютеры. Наличие множества контактов ввода/вывода позволяет легко подключать к плате самые разные устройства и механизмы: сенсоры, датчики, моторы и модули управления и обмена данными.

Arduino Nano, распиновка.

Большинство моделей конструируется на базе чипов ATmega. В первую очередь это связано с их невысокой ценой и невысокой производительностью, но достаточной для большинства проектов. Наибольшее распространение получили микроконтроллеры: ATMEGA328P, ATMEGA168P и ATMEGA2560.

Микроконтроллеры компании ATMEL (ATMEGA168P-AU, ATMEGA328P-PU и ATMEGA2560-16AU).

Однако если требуется обработки большого массива данных или работа с графической информацией, в этом случае требуется большая производительность. Для таких проектов требуются платы с процессорами семейства Cortex-3М (AT91SAM3X8EA) или микроконтроллеры серии ESP.

«Принцип бутерброда»

Для подключения внешних устройств используются штыревые разъемы. При этом все платы, одного модельного ряда, имеют стандартную последовательность расположения контактов, это позволяет создавать универсальные модули для упрощения сборки проектов. Фактически модули насаживаются друг на друга как в бутерброде. Такое свойство (модульность) является одним из основных преимуществ.

Шилд расширения для подключения TFT экрана.

Интерфейсы передачи данных

Для обмена данными с периферией или другими платами используются такие протоколы как: UART, IIC (I2C) и SPI.

UART (Univsersal Asynchronos Reciever-Transmitter) – универсальный асинхронный протокол передачи данных. Для его отведено два контакта (обычно 0 и 1) маркируемых RX и TX, а также GND (земля). Протокол позволяет передавать данные со скоростями до 115200 бод, однако чаще используется стандартная скорость в 9600 бод. У плат Mega и Due присутствует три дополнительных аппаратных UART. Они располагаются на выводах с 14 по 19.

I2C (Inter-Integrated Circuit) – межсхемная шина последовательной передачи данных. В протоколе задействовано два контакта SDA (Serial Data) и SCL (Serial Clock). В платах УНО под шину выделены контакты A4 и A5, а также пара контактов у USB разъема. У MEGA и DUE, под IIC, выделены контакты 20 (SDA) и 21 (SCL). Протокол поддерживает передачу данных со скоростью до 100 кГц, а также параллельное подключение до 127 устройств.

SPI (Serial Peripheral Interface) – последовательный интерфейс присоединения периферийных устройств. Это четырёхпроводной протокол передачи данных. В нем задействованы контакты MISO (Master In Slave Out), MOSI (Master Out Slave In), SCK (Serial Clock) и SS (Slave Select). При чем так как SPI не поддерживает адресацию, то подключить можно только одно устройство. Однако есть решения для аппаратной поддержки протокола и увеличения числа подключенных устройств. На SPI выделены контакты 10, 11, 12 и 13, на ArduinoMEGA и ArduinoDUE – с 50 по 53. Также контакты дублируются отдельной 6-пиновой колодкой разъема ICSP

Распиновка платы Arduino UNO.

Распиновка платы Arduino MEGA.

USB (Universal Serial Bus) – универсальная последовательная шина подключения периферийных устройств. Обмен данными через USB используется во многих устройствах и Ардуино-платы не являются исключением. Через порт USB передается питание для самой платы, а также данные для ее прошивки. За работу протокола USB отвечает: в оригинальных платах – микроконтроллер ATmega16U2, а в неоригинальных – контроллеры серии CH340.

Arduino-контроллеры могут иметь как классические USB Type-B разъем, так и другие его модификации: Mini, Micro и даже Type-C.

Ардуино Нано с разъемом MiniUSB (слева), а также Ардуино УНО с разъемом USB type-B (справа).

Преимущества платформы

Ардуино-совместимые микрокомпьютеры обладают следующими преимуществами:

AVR живее всех живых

Дойдя до второй части обзора, читатель увидит, что Arduino-совместимые платы на современных мощных 32-битных контроллерах стоят не много больше, а иногда даже меньше, чем на оригинальной AVR архитектуре. И все же сначала AVR. Почему? Потому что мэтры говорят, что рано или поздно захочется собрать свое устройство. И я им верю. Верю, что однажды я возьму 8-ногий ATtiny в DIP корпусе, засуну его в картонку и включу паяльник. И я буду знать, что делать дальше — ведь я уже все отпрототипировал на Arduino AVR.

Arduino Duemilanove

Это предпоследняя версия официальной Arduino, и большинство совместимых плат, которые сейчас присутствуют на рынке, основано именно на схемотехнике Duemilanove. Она включает микроконтроллер ATmega 328 (в прошлом десятилетии (читай: до 2010г) ставили и ATmega 168) и USB-Serial преобразователь FTDI FT232RL. $25

Существует множество клонов Arduino Duemilanove, которые копируют ее фактически один в один. Но мы ждем от конкуренции прогресса и улучшения, а не простого «передирания», дозволенного открытой лицензией. Iteaduino — хороший пример, когда разработчики «сделали свое домашнее задание». Многие электронные компоненты требуют питания 3.3в, что требует дополнительного сопряжения уровней при работе с классическим Arduino. Iteaduino же позволяет запитать плату 3.3в или 5в на выбор (переключателем на плате). « Соль» применения Arduino конечно же в подключении внешних устройств ввода-вывода, и для простых устройств сложился де-факто стандарт интерфейса GVS (Ground-Voltage-Signal). Для приятного (без паутины проводов) подключения таких устройств к классическому Arduino придется докупать шилд, а в Iteaduino соответствующие разъемы есть прямо на плате. Кроме того, улучшена эргономика — в оригинальном Arduino при надетом шилде нельзя добраться до кнопки Reset (поэтому многие шилды дублируют ее) и плохо виден светодиод, а в Iteaduino они размещены на краю платы с возможностью доступа. $25

Seeeduino Stalker v2

Благодаря стандарту Arduino можно создавать не только платы общего назначения, но и специализированные платы, которые все также будут легко расширяться существующими компонентами. Одна из идеальных применений для Arduino — разработка автономных беспроводных узлов-агентов распределенной системы контроля и управления. Платы Seeeduino Stalker разработаны именно для такого применения. В версии 2 на плате установлен контроллер зарядки литиевого аккумулятора с возможностью подключения солнечной панели, часы реального времени (RTC) с питанием от супер-конденсатора, microSD-слот, сокет *Bee (в оригинале XBee для протокола ZigBee, но уже есть BTBee в том же формфакторе) и разъемы I2C. $39

Ruggeduino

Вы начинающий, любите переплюсовывать питание и хвататься за оголенные GPIO наэлектризованными руками? Или подключаете датчики проводами по 20 метров, а иногда вокруг бьют молнии? Или используете Arduino в производственных целях, где требования по защите и надежности повыше? Ruggeduino поможет вам, одного взгляда на него будет достаточно, чтобы проникнуться уважением и понять, что это настоящий индустриальный Arduino. $40

RoMeo All-in-one

Плата для роботостроения, содержит на плате множество интерфейсных разъемов, драйвер двигателя, кнопки. $36

CraftDuino

Российский вариант Arduino с улучшенной эргономикой (доступ к светодиодам и Reset) и возможностями: на плате присутствует разъем для всех выводов чипа FT232, что позволяет использовать его для bitbang-приложений (программатор различных МК, JTAG и т.п.), и возможность допаять дополнительные выводы для установки CraftDuino на беспаечную макетную плату (breadboard). $30

Быстрее, выше, сильнее

Итак, мы выросли из AVR, но все наши шилды, сенсоры, сервы с нами. И мы не заставим их пропадать, ведь они для Arduino, а не для AVR. Мы также и дальше не будем поддаваться стереотипам, что есть только какой-то ARM, и какой-то Cortex. Все много интереснее!

ChipKIT Uno32

Каждый студент знает, что AVR — это хорошо, а PIC — это плохо. Однако, не стоит это распространять на все семейства МК. P IC32 — вполне нормальный процессор с архитектурой MIPS. А MIPS — одна из лидирующих RISC-архитектур. По сравнению с ARM у нее есть одно достоинство — она не столь медиа-популяризирована, поэтому лицензионные отчисления за MIPS меньше, а процессоры в среднем — дешевле, и лидируют в отельных рыночных сегментах, таких как раутеры. Например, Arduino-несовместимая плата в корпусе, с Ethernet, WiFi и USB-хостом стоит менее $50 даже в этой стране, ARM’у такое и не снилось. Но сейчас мы рассматриваем Arduino совместимые, и ChipKIT не заставит скучать при частоте 80МГц. 20EUR

Netduino

Cortex снова подождет. На сцене — классика ARM, ядро ARM7, в лице чипа от любимого вендора AT91SAM7X512-AU. На своих 48МГц он даже щелкает . NET Micro Framework! $35

FEZ Panda II

Конечно же, в managed коде писать легче, так что парад . NET MF продолжается. Эта плата идет под маркетинговым чипом «USBizi», который на поверку оказывается NXP LPC2387 с соответствующим firmware. На 72МГц он наверное мог бы играть MP3. Только не в . NET коде, конечно. $40

Olimexino-STM32

Ну вот добрались и до героя нашего времени — фирмы STMicroelectronics, которая люто-бешено демпингует свои Cortex-M чипы. Новая 16-битная система команд Thumb2 вместо классической 32-битной — это ли тот ARM, каким мы его знаем? Впрочем, не важно, главное, чтобы GCC компилил в него оптимально. А ассемблерный код бывалые допилят ручками. 20EUR

IFLAT-32 v2

Arduino-совместимость может быть и ограничением — ведь 32-битные многолапые процессоры имеют куда больше, чем классические 14 GPIO и 6 ADC от Arduino. Собственно, на фотографиях выше видно, что почти все 32-битные платы имеют дополнительные разъемы, но часто они будут недоступны при использовании Arduino шилдов. И снова китайская фирма Iteadstudio впечатляет не только ценами, но и функциональностью. I FLAT-32 имеет площадь больше, чем Arduino, и оставляет легко доступными разъемы XBee и LCD. $27

Chumby Hacker Board

Надоело баловаться в хардварной песочнице с микроконтроллерами с микропамятью и микрогигагерцами? Хочется ощутить настоящий процессор, способный работать с настоящей операционной системой, хочется теплых и мягких ха-тэ-эм-элов и джаваскриптов? Chumby Hacker Board все так же примет ваши шилды, если не на грудь, то на обратную сторону платы. $89

Всем, кто хоть немного увлекается робототехникой, известна платформа Arduino, которая позволяет собирать различные электронные устройства. Благодаря ей, теперь без особого труда, стало возможным создавать гаджеты и вполне работающие прототипы достаточно умных устройств, которые можно использовать в реальной жизни.

Вы тоже решили углубиться в мир Ардуино, но точно не знаете, какие именно модули и радиодетали подойдут? Какие датчики пригодятся, а какие нет? Проблему выбора деталей для первого электронного проекта можно решить, купив уже готовые наборы-конструкторы, содержащие в себе не только сам контроллер Arduino, но и все необходимые для первого знакомства электронные компоненты.

В этой статье мы собрали ТОП-10 самых популярных наборов для начинающих разработчиков! Итак, поехали!

Материал обновлён 06.12.2022
Время чтения: 10 минут

Технический консультант, специалист по электромонтажным, ремонтным и наладочным работам, кандидат наук

Набор-конструктор для сборки Bluetooth-колонки

Этот небольшой набор не требует каких-либо навыков пайки или программирования. И для работы с конструктором нужна только отвертка, но и она идет в комплекте с ним. Конструктор может собрать даже ребенок и это не займет много времени. Сам конструктор очень прост и состоит из небольшого числа элементов. Это — деревянные, вырезанные на лазерном ЧПУ-станке, детали корпуса, колонки, а также плата-проигрывателя.

Сама портативная колонка имеет симпатичный дизайн, а также интуитивное управление. Передавать на нее музыку вы сможете аудио-кабелем через AUX-разъем или по Bluetooth-каналу от вашего смартфона, ноутбука или компьютера.

DIY-набор для детей

Робототехнический набор для сборки робота RoboCar-3 Bluetooth с контроллером

Роботизированный конструктор RoboCar-3 – занимательное изделие. Это устройство позволяет не только овладеть программированием микроконтроллеров, но и отточить конструкторские навыки, что происходит на этапе сборки конструкции робота.

RoboCar-3 можно запрограммировать как на выполнение автономных задач, так и на дистанционное управление им. Удаленный контроль осуществляется с помощью мобильного приложения, устанавливаемого на ваш смартфон. Командный сигнал со смартфона подается на контроллер Ардуино УНО через блютуз-модуль.

Вы можете не ограничиваться данной комплектацией робота, самостоятельно модернизировать RoboCar-3, дополняя его различными модулями. Так, например, при установке ультразвукового или инфракрасного модуля можно запрограммировать устройство на самостоятельное преодоление препятствий, автономное патрулирование или следование за объектом.

Набор RoboCar-3 Bluetooth

Программируемый робот Yahboom Robot Kit 4WD с контроллером

Нет ничего лучше, чем начать изучение Ардуино со сборки полноценного мобильного робота. Данный конструктор позволяет собрать робота-машинку, который способен преодолевать препятствия, встречающиеся на его пути, двигаться по линии, ориентироваться в пространстве и находить выход из лабиринта. Им не только весело управлять с собственного смартфона, но также можно устраивать целые чемпионаты и соревнования!

Конструктор Yahboom Robot Kit

Робот-платформа с манипулятором на шасси MeArm

Это еще один отличный робот-конструктор для освоения основ робототехники. Он имеет манипулятор с высокой степенью подвижности, позволяющий захватывать и перемещать различные предметы. Механическая рука размещена на полноприводным шасси, имеющем широкие колеса. Они не позволят застрять роботу даже в песке. Управление движением конструктора осуществляется по беспроводному каналу от джойстика PS2.

С роботом-манипулятором вы можете интересно проводить время с детьми или друзьями перевозя различные предметы друг другу или пытаясь что-то построить, используя манипулятор. Также можно использовать робота для отработки механики перемещения или написать собственную программу для его автономной работы.

Конструктор-платформа на шасси MeArm

Стартовый набор для робототехники Keywish с контроллером Nano

Стартовый набор Keywish прекрасно поможет в освоении навыков программирования микроконтроллеров ATMega. Используя этот набор, вы можете собрать компактное устройство, которое практически помещается в спичечном коробке. Это возможно за счет использования компактного микроконтроллера Arduino Nano. Длина платы составляет всего 45 мм, а ширина – 18 мм, однако его функционал и вычислительные мощности аналогичны классическим платам Arduino UNO.

Используя входящие в набор 50 светодиодов, можно собрать светомузыкальную установку или цветной индикатор. Используя датчик вибрации, фоторезистор или приемник инфракрасного (ИК) излучения вы сможете управлять работой сервопривода или электрического мотора. Совместив датчик температуры и сегментный дисплей – соорудить домашний термометр. А если объединить несколько датчиков с устройствами сигнализации (светодиодами и зуммером), то получится домашняя охранная система.

Набор для робототехники Starter Kit Arduino Nano

Стартовый набор Arduino UNO R3 Starter Kit

Это базовый комплект с платой Arduino UNO R3 и основными радиодеталями, которые отлично подходят друг к другу: светодиоды, резисторы, тактовые кнопки, сервопривод, двигатель, ЖК дисплей, различные датчики и это не конец списка. Все, что нужно для комфортного старта, находится в удобном кейсе, а все мелкие детали заботливо отсортированы и не перепутаются между собой. Экспериментируя, вы можете собрать более 20 различных устройств!

На начальном этапе вы можете потренироваться и воспроизвести примеры, приведенные в инструкции, что идет комплектом со стартовым набором. Семь интереснейших примеров помогут вам погрузиться в мир конструкторов Ардуино.

Набор для начинающих UNO R3 Starter Kit

Набор Arduino UNO R3 Starter Kit с RFID модулем и контроллером

Один из лучших конструкторов, который наиболее эффективно поможет познакомиться с миром программирования микроконтроллеров. Плата Arduino UNO R3, макетная плата, светодиоды, резисторы, сервопривод, шаговый двигатель, тактовые кнопки, дисплей, датчики и многое другое – всего этого вполне достаточно для воплощения идей в реальность.

Важной особенностью данного комплекта является наличие модуля RFID RC522 с двумя RFID-метками – в виде карты и брелока. Данный модуль позволит создать Вам свою собственную систему аутентификации и контроля доступа, а также может быть применен в платежных системах.

Набор-конструктор с модулем и контроллером UNO R3 Starter Kit

Набор Arduino UNO R3 Starter Kit с Bluetooth модулем ZS-040 и контроллером

На базе комплекта с модулем ZS-040 и контроллером можно создавать простые надежные решения, в том числе для умного дома. Комплект включает в себя все необходимое для разработки проектов «интернета-вещей», таких устройств, как сигнализация, средства управления освещением в доме, а также заставить приборы и свет включаться по хлопку.

Благодаря входящему в комплект Bluetooth модулю вы сможете управлять своим устройством дистанционно с планшета или смартфона. В комплекте с набором идет брошюра с семью уроками по программированию. Они станут хорошим помощником на начальном этапе освоения конструктора.

Набор, совместимый со средой Arduino UNO R3 Starter Kit с Bluetooth

Стартовый набор Arduino UNO R3 Starter Kit с модулем реле

Этот базовый конструктор Ардуино содержит основные и самые распространенные компоненты: датчики и элементы индикации, кнопки, сервопривод и шаговый двигатель и другие элементы, которые могут использоваться совместно с контроллером Arduino UNO R3. Его основное отличие от других наборов – наличие модуля реле, благодаря которому можно без проблем управлять различными электронными устройствами, питающимися от розетки. А быстро освоить этот набор поможет брошюра, в которой приведены шесть занимательных уроков с инструкциями по сборке и программированию микроконтроллера.

Набор на базе Ардуино Starter Kit UNO R3 с 6 уроками

Стартовый набор для робототехники UNO R3 расширенный (63 в 1) с 13 уроками в среде Scratch

Этот конструктор на основе Arduino UNO R3 содержит практически все модули, что могут вам пригодиться. На их основе можно собрать сотни проектов, а управлять всем этим вам предстоит через оригинальную плату Arduino UNO R3. В комплект набора входят:

Все элементы подключаются друг к другу специальными кабелями со штекерными разъемами. А для удобства их присоединения к контроллеру Arduino используется специальная плата-адаптер (шилд).

Обычно, для программирования контроллера используют интегрированную среду разработки ArduinoIDE. Однако для начинающих конструкторов, а также обучения детей нами составлена инструкция с 13 уроками для программирования в визуальной среде Scratch.

Стартовый набор UNO R3 расширенный (63 в 1)

Попробуйте и вы собрать своё первое электронное устройство! Ведь мы живем в век высоких технологий и робототехника очень перспективная наука, открывающая двери в будущее!

Ссылки

Для большего удобства выбора мы свели основные характеристики контроллеров, предлагаемых нашей компанией, в единую таблицу. Надеемся, она поможет вам с выбором необходимого устройства.

Сравнение плат Arduino. Какую выбрать?

Итак, у вас есть замысел проекта, но вы сомневаетесь, какую плату выбрать в качестве мозга устройства? Попробуем помочь определиться.

Если вы просто хотите освоить элементы робототехники и конкретной цели кроме обучения пока нет, возможно лучшим выбором станет один из готовых обучающих наборов.

Но если вы уже освоились, и желаете разобраться, в чем различия каждой из плат, то начнем!

Таблица сравнения

Arduino Uno является стандартной платой Arduino и возможно наиболее распространенной. Она основана на чипе ATmega328, имеющем на борту 32 КБ флэш-памяти, 2 Кб SRAM и 1 Кбайт EEPROM памяти. На периферие имеет 14 дискретных (цифровых) каналов ввода / вывода и 6 аналоговых каналов ввода / вывода, это очень разносторонне-полезные девайсы, позволяющие перекрывать большинство любительских задач в области микроконтроллерной техники. Данная плата контроллера является одной из самых дешевых и наиболее часто используемых. При планировании нового проекта, если вы незнакомы, с платформой Arduino, советуем начать с Uno.

Та же Arduino Uno, но с другим микроконтроллером, который находится в том же классе, но имеет некоторые отличия положительного характера. Большее количество аналоговых входов (12 против 6) для сенсоров, больше каналов ШИМ (7 против 6), больше пинов с аппаратным прерыванием (5 против 2), раздельные независимые serial-интерфейсы для USB и UART. Arduino Leonardo может притворяться клавиатурой или мышью (HID-устройством) для компьютера. Это позволяет легко сделать своё собственное устройство ввода. Из-за распиновки чуть отличной от Arduino Uno возможна несовместимость с некоторыми платами расширения.

Arduino Nano — это функциональный аналог Arduino Uno, но размещённый на миниатюрной плате. Отличие заключается в отсутствии собственного гнезда для внешнего питания, использованием чипа FTDI FT232RL для USB-Serial преобразования (либо CH340G, требуется установить соответствующие драйвера) и применением mini-USB кабеля для взаимодействия вместо стандартного. В остальном, начинка и способы взаимодействия совпадают с базовой моделью. Платформа имеет штырьковые контакты, что позволяет легко устанавливать её на макетную плату. Используйте Arduino Nano там, где важна компактность, а возможностей Arduino Mini либо не достаточно, либо не хочется заниматься пайкой.

Как Arduino Uno, но на базе более мощного микроконтроллера той же архитектуры. Отличный выбор «на вырост» или если Arduino Uno перестала справляться. В разы больше памяти: 256 КБ против 32 КБ постоянной и 8 КБ против 2 КБ оперативной. В разы больше портов: 60 из них 16 аналоговых и 15 с ШИМ. Немного длиннее базовой Arduino Uno: 101×53 мм против 69×53 мм.

Одна из самых производительных плат от Arduino на микроконтроллере Cortex-M3 по форм-фактору аналогичная Arduino Mega. Процессор на 84 МГц и 512 КБ памяти. 66 пинов ввода-вывода, из которых 12 могут быть аналоговыми входами, 12 поддерживают ШИМ и все 66 могут быть настроены, как аппаратные прерывания. Встроенный контроллер шины CAN позволяет создавать сеть из Due или взаимодействовать с автомобильной электроникой. Два канала ЦАП позволяют синтезировать стереозвук с разрешением в 4,88 Гц. Родным напряжением для платы является 3.3 В, а не традиционные 5 В. Необходимо следить, чтобы выбираемая периферия поддерживала работу с этим уровнем или ставить преобразователи уровней напряжения.

Arduino Mini

Та же Arduino Uno, но в другом форм-факторе. Компактная: всего 30×18 мм. Из-за форм-фактора нельзя без ухищрений устанавливать платы расширения Arduino. Предполагается соединение с дополнительными модулями проводами и/или через макетную плату. На плате нет USB-порта, поэтому прошивать нужно через отдельный USB-Serial адаптер.

Arduino Micro

Arduino Micro — это Arduino Leonardo, исполненный на компактной плате. Отличие заключается в отсутствии собственного гнезда для внешнего питания, но оно может быть подведено непосредственно к контакту Vi. В остальном, начинка и способы взаимодействия совпадают с Arduino Leonardo. Он также имеет один микроконтроллер ATmega32u4 и для прошивки через USB, и для исполнения программ; также может выступать в роли клавиатуры или мыши; предоставляет то же количество памяти, цифровых, аналоговых и ШИМ-портов.

Arduino M0

Забудьте про экономию памяти программ и ресурсов на Arduino Uno. С платой Arduino M0 выполнять сложные математические расчёты, получать более точные аналоговые значения и при этом слушать музыку напрямую с микроконтроллера. Arduino M0 основана на 32-битном ARM-процессоре ATSAMD21G18 от Atmel с вычислительном ядром Cortex® M0. Микроконтроллер работает на частоте 48 МГц. А благодаря своей 32-битной архитектуре он выполняет большинство операций над целыми числами всего за один такт. В отличии от большинства плат Arduino, родным напряжением Arduino M0 Pro является 3.3 В, а не 5 В. Соответственно, выходы для логической единицы выдают 3.3 В, а в режиме входа ожидают принимать не более 3.3 В. Arduino M0 смотрит в сторону USB через виртуальный serial-порт, не через аппаратный. Это означает, что 0-й и 1-й контакты аппаратного порта остаются свободными и вы можете использовать их одновременно с коммуникацией с компьютером. Виртуальный serial-порт доступен через объект SerialUSB, а аппаратный — через объект Serial1.

Arduino LilyPad — довольно интересное устройство. Оно выпадает из привычных стереотипов об обычном Arduino, потому что имеет не прямоугольную, а круглую форму. Во-вторых, оно не поддерживает механические соединения с шилдами. Оно предназначено для, небольших автономных устройств. Круглая форма продиктовала то, что разъемы равномерно распределены по окружности, и его небольшой размер (2 дюйма в диаметре) делает его идеальным для переносных устройств. Это устройство легко спрятать, и несколько производителей разработали устройства, специально для LilyPad: экраны, датчики света, даже коробки для батарей питания, которые могут быть зашиты в ткань. Для того, чтобы сделать LilyPad как можно меньше и как можно легче, на сколько возможно, были принесены некоторые жертвы. У LilyPad нет регулятора напряжения на борту, так что ему для питания будет необходимо обеспечить по крайней мере 2.7 вольт, и не более 5.5 вольт.

Технические характеристики

Arduino Diecimila представляет собой небольшую электронную плату (далее просто плата) ядром которой является микроконтроллер ATmega168. На плате есть: 14 цифровых входов/выходов, 6 из которых могут работать в режиме ШИМ (PWM) (а следовательно управлять аналоговыми устройствами вроде двигателей и передавать двоичные данные), 6 аналоговых входов (исходной информацией служат не логические 0/1, а значение напряжения), тактовый генератор на 16 МГц, разъёмы питания и USB, ICSP-порт (что-то вроде последовательного интерфейса для цифровых устройств), несколько контрольных светодиодов и кнопка сброса.
Этого вполне достаточно, чтобы подключить плату к USB-порту компьютера, установить нужный софт и начать программировать.

Питание
Питание платы осуществляется двумя способами: по кабелю USB (при этом никаких других ухищрений делать не нужно, используется в процессе отладки), либо по специальному разъёму вроде того, что у ноутбуков. В радиомагазине можно купить такой разъём и присоединить к нему аккумулятор или 9-тивольтовую батарейку типа «Крона». Источники питания можно менять перемычкой на плате.

Сравниваем контроллеры на базе Ардуино, подключаем и программируем

Arduino открывает широкие возможности по автоматизации различных устройств и процессов, также он идеален для всех тех, кто увлечен робототехникой и электроникой. При этом пользователю не обязательно быть программистом и обладать специальными знаниями, достаточно иметь желание и творческую идею. С помощью этой аппаратной платформы можно автоматизировать как элементарные процессы, так и создать сложные системы управления.

Микроконтроллер Arduino UNO.

Преимущества и недостатки

Из недостатков отмечу, пожалуй, довольно убогую программную оболочку, низкую частоту процессора (чего на самом деле достаточно выше крыши и, кроме того, снижает энергопотребление) и малое количество «дисковой» (флэш) памяти для программ. При такой тактовой частоте и объёме памяти вряд ли получится собрать простой mp3-плеер. Однако вряд ли кто будет пытаться сделать на основе Arduino, скажем, управляемую крылатую ракету 🙂 Кроме того, мне не удалось найти вменяемых исходников для сборки avr-gcc. Ну и само собой, придётся знать (или изучить в процессе) основы электроники на уровне «плюс/минус, резистор/конденсатор» — без этого точно никак.

Какая Arduino лучше?

Можно точно сказать, что для начинающих конструкторов лучшим решением всегда будет плата Arduino UNO. Несмотря на то, что она считается одной из самых бюджетных, ее функционал достаточен для реализации большинства проектов. U NO входит во многие наборы конструкторов, позволяющих легко приступить к изучению принципов электроники и основ робототехники. У НО абсолютно стандартная, а также одна из самых популярных плат, можно сказать, что она является «лицом» компании «Arduino».

Контроллер на ATMega328P Ардуино УНО.

Выбирая модель, прежде всего, следует обратить внимание на технические характеристики, а именно:

Сейчас на главной

Модельный ряд контроллеров очень разнообразен, но все же из их множества можно выделить пять классических: DUO, Mega, UNO, Nano, Micro, а также ряд специализированных. Давайте взглянем на их различия. А в качестве «эталона» будем отталкиваться от характеристик Ардуино УНО приведенных в таблице ниже.

Arduino UNO R3 (ATMEGA16U2 + MEGA328P) имеет 14 цифровых входов/выходов, 6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ, а также есть 6 аналоговых выходов.

В данной плате применяется чип Atmega16U2, который позволяет превратить плату в любое USB-устройство: от мышки до внешнего диска.

Питание подается по USB или от внешнего источника питания, в качестве которого может использоваться аккумуляторная батарея или сетевой АС/DC-адаптер. Рекомендуется источник питания с напряжением в диапазоне 7-12 В. Объем флеш-памяти составляет 32 КБ.

Контроллер может быть присоединен к компьютеру, другой плате или к другому микроконтроллеру. Для этого он оснащен всем необходимым.

Обратите внимание, что запрещается превышать допустимые величины силы тока! Для одного любого вывода ток не должен быть более 40 мА. Ток для одной группы выводов не может быть более 100 мА. Ток для всего микроконтроллера не должен превышать 200 мА.

Arduino UNO или Mega

Если в классической УНО задействован микроконтроллер ATmega328P, то в Меге его старший брат – ATmega2560. М К отличается увеличенной памятью: флэш-память – 256 КБ, ОЗУ – 8 КБ, ПЗУ – 4 КБ, а также существенно большим числом входов/выходов: 54 цифровых (из них 15 с ШИМ (широтно-импульсная модуляция)), а также 16 аналоговых. За счет большего числа контактов плата на 50% длиннее (102 х 54 мм).

Сравнение моделей UNO и Mega.

Микроконтроллер включает в себя загрузчик, который облегчает установку новых программ без использования дополнительных программаторов. Работа с платой начинается с ее подключения к компьютеру посредством USB-кабеля, а, нажав на кнопку перезагрузки, вы сможете перезагрузить систему в случае непредвиденного сбоя.

Due – это ТОП версия среди всей линейки классических плат. В этой модели используется микропроцессор SAM3X на основе ARM ядра Cortex-M3. Он имеет рабочую частоту в 84 МГц, флеш-память на 512 КБ и ОЗУ на 96 КБ. Плата имеет аналогичный Mega-версии размер и столько же цифровых пинов, 12 из которых могут использоваться как выходы с ШИМ. Аналоговых контактов – 12 шт.

Отличительной характеристикой DUE является ее питание. Оно составляет всего 3,3 В, что требует особого внимания при подборе периферийных устройств. Размеры Due аналогичны УНО.

Плата Ардуино Due.

Arduino Nano vs Pro mini

Нано и Про Мини – две компактные версии для разработки миниатюрных устройств. Их размеры и вес позволяют создавать компактные и автономные DIY устройства.

Ардуино Нано имеет размер 18 х 43 мм и аналогичные UNO характеристики по числу входов/выходов, а также объему памяти. Также существует версия Nano на базе ATMega168P. Она имеет аналогичные ATMega328P характеристики, но урезанную в 2 раза память. За счет меньшего объема памяти, платы на основе ATMega168 дешевле примерно на 30%.

На плате расположен стабилизатор 5 В и загрузчик, позволяющий платформе перепрошивать саму себя. Можно не использовать загрузчик, а запрограммировать микроконтроллер через ICSP-выводы. Кнопкой RESET производится перезагрузка в случае непредвиденного сбоя. Плата подключается к компьютеру через miniUSB-кабель.

Arduino Pro Mini имеет еще более компактные размеры – 18 х 33 мм. Чтобы достичь этого, пришлось отказаться от контроллера шины USB. Поэтому для загрузки кода программы в Про Мини требуется внешний UART-контроллер (программатор). Pro mini питается через кабель FTDI или от источников питания через имеющиеся выходы (Vcc/RAW).

Платы микроконтроллеров: Nano (слева) и Pro Mini (справа).

Leonardo внешне выглядит как классическая UNO. Но так ли это на самом деле? Чем отличается классическая Arduino UNO от Arduino Leonardo? Давайте разбираться в этом.

Во-первых, типом используемого микроконтроллера. На Леонардо установлен ATMEGA32U4. Его отличительной особенностью является наличие встроенного USB контроллера.

Во-вторых, у платы 20 цифровых входов / выходов, что на 6 больше, чем у классической УНО, а также на четыре больше аналоговых (12 входов / выходов).

В-третьих, полностью переработана схематика платы. Это связано и с меньшими размерами основного МК и с отказом от внешнего UART-контроллера.

В-четвертых, заменен USB вход с типа-А на более популярный MicroUSB.

В-пятых, Leonardo длиннее на 5 мм.

При всем при этом, расположение контактов аналогично, что позволяет использовать на Леонардо любые шилды, совместимые с Уно.

Программируемый контроллер Leonardo R3.

Arduino-совместимые контроллеры

Аналоги Ардуино получили широкое распространение по всему миру. Их не стоит бояться или специально игнорировать. Основной причиной популярности таких устройств является цена. Она минимум в пять раз ниже чем у оригинального устройства. Причинами этого является:

Arduino-совместимая XTWduino UNO R3 (слева) и оригинальная Arduino (справа).

Часто не специалисту сложно различить оригинальную модель и аналог. Это и не удивительно – китайское производство находится на очень высоком уровне. Поэтому вы не столкнетесь с проблемами подключения, программирования или эксплуатации устройства. Даже расположение и последовательность пинов не отличается. Это позволяет, при необходимости, легко заменить оригинальную плату производителя на аналог и обратно.

Аналоги DUE и MEGA: платы DDcduino DUE 2012 R3 (слева), а также DDcduino MEGA2560 R3 (справа).

Аналоги Pro mini и Nano: платы DDcduino Pro mini (слева) и DDcduino Nano V3.0 (справа).

Платы LY-F2 (слева) и ZYduino UNO R3 (справа).

Специализированные модели

Для управления роботизированными устройствами необходимы специальные модули-драйверы. Однако они существенно увеличивают габариты и перекрывают доступ к другим разъемам. Поэтому были разработаны специализированные контроллеры с выходами для подключения шаговых двигателей, например, серия UNO PRO. Старшая модель этой серии также оснащена встроенным Bluetooth модулем для дистанционного управления.

Специализированные контроллеры UNO PRO 2M (слева) и UNO PRO 4M (справа).

Микроконтроллеры ESP

Микрокомпьютеры на базе ESP – следующий уровень проектирования устройств. Плата-контроллер строится на базе процессоров ESP8266 с частотой 80 МГц или ESP32 имеющей рабочие частоты от 80 до 240 МГц. Микрочипы ESP имеют встроенный модуль Bluetooth, увеличенную флеш-память, а также другой дополнительный функционал.

Программирование их может осуществляться аналогично Arduino-платам, через специализированную IDE. При этом, ряд моделей имеют типоразмер и распиновку, схожую с устройствами, построенными на базе чипов ATmega.

Платы-контроллеры на базе: ESP D1 UNO R3 (слева) и D1 R32 (справа).

Порядок работы и первые шаги

Управление и обмен данными с Ардуино осуществляется через последовательный (serial) порт, он же – разъем USB. Контроллер подключается к компьютеру с помощью обычного USB-кабеля. При этом на нем загораются светодиодные индикаторы, свидетельствующие о подаче питания и начальном обмене данных.

Подключенный Ардуино-контроллер с «горящими» светодиодами.

Программирование

Окно интегрированной среды разработки ArduinoIDE.

На данный момент актуальная версия среды ArduinoIDE – 2.0.0. Перед скачиванием можно выбрать операционную среду (Windows, Linux или macOS), а также ее разрядность. После того как файл будет скачен, запустите его и следуйте рекомендациям установщика.

Чтобы начать работать с платой «Arduino», при первом запуске программы, необходимо выбрать модель программируемого контролера, с которым будет производиться работа, например, «Arduino UNO». После этого можно начать написание проекта.

ArduinoIDE. Выбор модели платы.

Среда программирования уже имеет базу типовых программ (скетчей) с подробным описанием работы. Для этого можно воспользоваться вкладкой «Примеры» и выбрать подходящий скетч. После выбора, то откроется программный код, который в случае необходимости можно проверить на ошибки, отредактировать или дополнить.

ArduinoIDE. Выбор скетча из базы примеров.

После проверки и компиляции программный код загружается на контроллер, на котором загораются светодиодные индикаторы, свидетельствующие об исправной работе платы.

Документация

Если нужно найти техническую документацию на программируемый контроллер, то это можно сделать на официальном сайте компании https://www.arduino.cc/. Для этого достаточно зайти во вкладку «Product» и выбрать нужную модель контроллера. На сайте документация представлена в полном объеме, включая электрические схемы, что позволяет разобраться, в функционировании контроллера, а также назначении тех или иных контактов.

Примеры решений и техническую помощь нужно искать на специализированных форумах. Найти их несложно через любую поисковую систему.