Arduino Nano: описание, характеристики и функции

Что такое arduino nano: особенности и область применения

Семейство Arduino  – это особый тип программного обеспечения, из которого можно строить электронное оборудование практически любой сложности. Самым базовым элементом является модель UNO, но кроме нее есть и другие. Вторая по популярность разновидность – это arduino nano. Она имеет стоимость почти в два раза дешевле предыдущий, около 3 долларов, в зависимости от места где приобретается эта деталь. Nano также построена на Atmega328 и по этому параметры она имеет много схожих характеристик с Uno.

В данном материале будут разобраны все особенности и отличия этих моделей друг от друга, где она может использоваться, будут приведены схемы и алгоритмы ее программирования. В статье подробно рассказано об устройстве и его сферах применения, добавлена пара полезных видеороликов по теме, а также вниманию читателю предложен интересный материал для скачивания.

Фото Плата arduino nano

Описание обеспечения

Arduino Nano может получать питание через подключение Mini-B USB, или от нерегулируемого 6 – 20 В (вывод 30), или регулируемого 5 В (вывод 27), внешнего источника питания. Автоматически выбирается источник с самым высоким напряжением.

Микросхема FTDI FT232RL получает питание, только если сама платформа запитана от USB. Таким образом при работе от внешнего источника (не USB), будет отсутствовать напряжение 3.3 В, генерируемое микросхемой FTDI, при этом светодиоды RX и TX мигают только при наличие сигнала высокого уровня на выводах 0 и 1.

Интересно почитать: Как сделать микрофон из телефона своими руками.

На Arduino Nano доступны следующие контакты для доступа к питанию:

  • Vin : Напряжение от внешнего источника питания (не связано с 5 В от USB или другим стабилизированным напряжением). Через этот вывод можно как подавать внешнее питание, так и потреблять ток, если к устройству подключён внешний адаптер.
  • 5V : На вывод поступает напряжение 5 В от стабилизатора платы. Данный стабилизатор обеспечивает питание микроконтроллера ATmega328. Запитывать устройство через вывод 5V не рекомендуется — в этом случае не используется стабилизатор напряжения, что может привести к выходу платы из строя.
  • 3.3V : 3,3 В от стабилизатора микросхемы FT232RL. Максимальный ток вывода — 50 мА.
  • GND : земля.
  • IOREF : Вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера. В зависимости от напряжения, плата расширения может переключиться на соответствующий источник питания либо задействовать преобразователи уровней, что позволит ей работать как с 5 В, так и с 3,3 В устройствами.
Распиновка и схема платы arduino nano
Распиновка и схема платы arduino nano.

Память

Микроконтроллер ATmega328 имеет 32 КБ флеш-памяти для хранения кода программы, 2 КБ используется для хранения загрузчика. ATmega328 имеет 2 КБ ОЗУ и 1 КБ EEPROM.

Ввод / вывод

Каждый из 14 цифровых выводов Nano, используя функции pinMode(), digitalWrite(), и digitalRead(), может настраиваться как вход или выход. Выводы работают при напряжении 5 В. Каждый вывод имеет нагрузочный резистор (стандартно отключен) 20-50 кОм и может пропускать до 40 мА. Некоторые выводы имеют особые функции:

  • Последовательная шина: 0 (RX) и 1 (TX) – Выводы используются для получения (RX) и передачи (TX) данных TTL. Данные выводы подключены к соответствующим выводам микросхемы последовательной шины FTDI USB-to-TTL.
  • Внешнее прерывание: 2 и 3 – Данные выводы могут быть сконфигурированы на вызов прерывания либо на младшем значении, либо на переднем или заднем фронте, или при изменении значения. Подробная информация находится в описании функции attachInterrupt().
  • ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10, и 11 – Любой из выводов обеспечивает ШИМ с разрешением 8 бит при помощи функции analogWrite().
  • SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) – Посредством данных выводов осуществляется связь SPI, которая, хотя и поддерживается аппаратной частью, не включена в язык Arduino.
  • LED: 13 – Встроенный светодиод, подключенный к цифровому выводу 13. Если значение на выводе имеет высокий потенциал, то светодиод горит.
    На платформе Nano установлены 8 аналоговых входов, каждый разрешением 10 бит (т.е. может принимать 1024 различных значения). Стандартно выводы имеют диапазон измерения до 5 В относительно земли, тем не менее имеется возможность изменить верхний предел посредством функции analogReference().
  • I2C: 4 (SDA) и 5 (SCL) – Посредством выводов осуществляется связь I2C (TWI).
  • AREF – Опорное напряжение для аналоговых входов. Используется с функцией analogReference().
  • Reset – Низкий уровень сигнала на выводе перезагружает микроконтроллер. Обычно применяется для подключения кнопки перезагрузки на плате расширения, закрывающей доступ к кнопке на самой плате Arduino.

Материал в тему: Самодельная антенна Харченко: инструкция и советы.

Версия nano v 3.0

Эта версия снабжена микроконтроллером ATmega328. В отличии от своего младшего собрата, он имеет вдвое большие объемы энергонезависимой и flash памяти. И может похвастаться тактовой частотой в 16 МГц.

Будет интересно➡  Обзор платы arduino uno для Arduino

Характеристики

  • Микроконтроллер: ATmega328
  • Предельное напряжение питания: 5-20 В
  • Рекомендуемое напряжение питания: 7-12 В
  • Цифровых вводов/выводов: 14
  • ШИМ: 6 цифровых пинов могут быть использованы как выводы ШИМ
  • Аналоговые выводы: 8
  • Максимальная сила тока: 40 mAh с одного вывода и 500 mAh со всех выводов.
  • Flash память: 32 кб
  • SRAM: 2 кб
  • EEPROM: 1 кб
  • Тактовая частота: 16 МГц
сравнительная таблица большинства выпущенных на сегодняшний день плат Arduino
Сравнительная таблица большинства выпущенных на сегодняшний день плат Arduino.

Подключение питания

Этот микроконтроллер можно питать через порт mini-USB от компьютера, паувербанка или от адаптера, подключенного в розетку.Так же пин +5V является не только выводом, но и вводом. Можно подавать ток на него и все это будет работать только при условии, что напряжение подаваемого тока строго равно пяти вольтам.

Комментарий эксперта
Лагутин Виталий Сергеевич
Инженер по специальности "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем", МИФИ, 2005–2010 гг.
Задать вопрос
Еще можно подавать постоянный ток с напряжением от 6 до 20 вольт на пин VIN. Это предельные значения! При подачи напряжения 20 вольт на плате будет сильно греться стабилизатор напряжения. Рекомендуемое напряжение для питания через пин VIN — от 7 до 12 вольт.

Распиновка Nano v 3.0

Как уже было написано выше, плата имеет 14 цифровых пинов. На плате они помечены с ведущей буквой «D» (digital или цифровой). Они могут быть как входом так и выходом. Рабочее напряжение этих пинов составляет 5 В. Каждый из них имеет подтягивающий резистор и поданное на один из этих пинов напряжения ниже 5 вольт все равно будет считаться как 5 вольт (логическая единица).

Описание и принцип работы соленоидов.
Читать далее
Формула расчёта сопротивления конденсатора.
Читать далее
Что такое счетчик Гейгера и как сделать его своими руками.
Читать далее

Аналоговые пины на плате помечены ведущей «A». Эти пины являются входами и не имеют подтягивающих резисторов. Они измеряют поступающее на них напряжение и возвращают значение от 0 до 1024 при использовании функции analogRead(). Эти пины измеряют напряжение с точностью до 0,005 В.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Если внимательно посмотреть на плату то можно увидеть значок тильды (~) рядом с некоторыми цифровыми пинами. Этот значок означает, что данный пин может быть использован как выход ШИМ. На некоторых платах ардуино этого значка нет так как производители не всегда находят место для этого символа на плате. У Arduino nano есть 6 выводов ШИМ, это пины D3, D5, D6, D9, D10 и D11. Для использования ШИМ у Arduino есть специальная функция analogWrite().

Схема распиновки arduino nano
Схема распиновки arduino nano.

Другие пины

  • rx0 и tx1 используются для передачи данных по последовательному интерфейсу.
  • Выводы D10 (SS), D11 (MOSI), D12 (MISO), D13 (SCK) рассчитаны для связи по интерфейсу SPI.
  • Так же на выводе D13 имеется встроенный в плату светодиод.
  • А4 (SDA) и А5 (SCL) могут использоваться для связи с другими устройствами по шине I2C. Подробнее про этот интерфейс вы можете почитать на википедии. В среде разработке Arduino IDE есть встроенная библиотека «wire.h» для более легкой работы с I2C.
Будет интересно➡  Что такое ide arduino: характеристики и применение на практике

Физические характеристики

Arduino Nano имеет следующие размеры: длина 42 мм и ширина 19 мм. Однако разъем USB немного выпирает за пределы печатной платы. Arduino Nano весит всего около 12 грамм. Плата имеет 4 отверстия для возможности ее закрепления на поверхности. Расстояние между выводами равняется 2,54 мм.

Программирование и связь с ПК

Процесс подключения платы Arduino Nano к персональному компьютеру обычно не вызывает затруднений – он полностью аналогичен работе с платой Arduino Uno, за исключением некоторых моментов, о которых будет сказано ниже.

Если работа с платой происходит впервые, скорее всего, потребуется скачать и установить драйвер для микросхемы CH340. Эта микросхема представляет собой USB-to-Serial преобразователь, который обеспечивает общение Arduino Nano с компьютером через USB-кабель. Подобные микросхемы установлены в большинстве модификаций и реплик плат Arduino Nano.

Следующий момент, на котором необходимо заострить внимание – это тип установленного микроконтроллера. Как говорилось выше, их может быть два: ATmega168 и ATmega328. Перед программированием, необходимо выбрать в среде Arduino IDE именно тот, с которым будет вестись работа.

Если всё сделано правильно, то при соединении Arduino Nano с компьютером во вкладке меню Инструменты-Порт, должен появиться номер виртуального COM-порта, привязанный к текущей плате. С этого момента можно загружать скетч в микроконтроллер путём нажатия всего одной кнопки, в виде смотрящей направо стрелки.

Для продвинутых пользователей предусмотрена возможность внутрисхемного программирования «напрямую» через разъём ICSP. В таком случае не обойтись без стороннего программатора, например USB-ASP, STK500 или AVRISP.

Система питания

Чтобы Arduino Nano начала функционировать, её необходимо запитать одним из двух возможных способов, а именно:

  • через USB-кабель при подключении к компьютеру или другому источнику питания 5V.
  • при помощи внешнего стабилизированного источника питания, напряжение которого должно лежать в диапазоне 6-20V (рекомендуется 7-12V). Данное напряжение подаётся непосредственно на вход VIN платы Arduino Nano.

Примечание. Если одновременно подключить два источника питания, то плата выберет тот, потенциал которого будет выше. Независимо от способа подключения, вывод GND платы Arduino Nano является общим минусом.

Что касается портов ввода-вывода, то следует помнить, что они работают с напряжениями 0-5V. Любое превышение, несмотря на встроенные ограничительные диоды, может вывести микроконтроллер из строя. То же самое касается и нагрузочной способности порта. Максимальный ток, который может выдать один вывод, равен 40мА, а суммарный ток всех выводов не должен превышать значение 200мА.

Также плату Arduino Nano можно использовать для питания мелкой периферии. Для этого на ней предусмотрены выводы 5V и 3.3V. Первое напряжение формируется встроенным линейным стабилизатором LM1117IMPX-5.0, а второе берётся с четвёртого вывода микросхемы-конвертора CH340G (у платы Arduino Uno для этого предусмотрен свой отдельный стабилизатор). Следовательно, использовать напряжение 3.3V можно только в случае питания через разъём USB.

Интересно узнать: Что такое фоторезистор.

Подключение к компьютеру

Arduino Uno и Nano подключаются к компьютеру по USB. При этом нет аппаратной поддержки USB порта, здесь применено схемное решение преобразования уровней, обычно называемое USB-to-Serial или USB-UART (rs-232). При этом в микроконтроллер прошит специальный Arduino загрузчик, который позволяет прошиваться по этим шинам.

В Arduino Uno реализована эта вязь на микроконтроллере с поддержкой USB – ATmega16U2 (AT16U2). Получается такая ситуация, что дополнительный микроконтроллер на плате нужен для прошивки основного микроконтроллера.

В Arduino Nano это реализовано микросхемой FT232R, или её аналогом CH340. Это не микроконтроллер — это преобразователь уровней, этот факт облегчает сборку Arduino Nano с нуля своими руками.

Обычно драйвера устанавливаются автоматически при подключении платы Arduino. Однако, когда я купил китайскую копию Arduino Nano, устройство было опознано, но оно не работало, на преобразователе была наклеена круглая наклейка с данными о дате выпуска, не знаю нарочно ли это было сделано, но отклеив её я увидел маркировку CH340.

Будет интересно➡  Обзор платы arduino uno для Arduino

До этого я не сталкивался с таким и думал, что все USB-UART преобразователи собраны на FT232, пришлось скачать драйвера, их очень легко найти по запросу «Arduino ch340 драйвера». Через этот же USB порт может и питаться микроконтроллер, т.е. если вы подключите его к адаптеру от мобильного телефона – ваша система будет работать.

Полезный материал: Что может рассказать маркировка об SMD транзисторах.

Что делать если на плате нет USB

Плата Arduino Pro Mini имеет меньшие габариты. Это достигли тем что убрали USB разъём для прошивки и тот самый USB-UART преобразователь. Поэтому его нужно докупить отдельно. Простейший преобразователь на CH340 (самый дешевый), CPL2102 и FT232R, продаётся стоит от 1 доллара.

Комментарий эксперта
Лагутин Виталий Сергеевич
Инженер по специальности "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем", МИФИ, 2005–2010 гг.
Задать вопрос
При покупке обратите внимание на какое напряжение рассчитан этот переходник. Pro mini бывает в версиях 3.3 и 5 В, на преобразователях часто расположен джампер для переключения напряжения питания.

При прошивке Pro Mini, непосредственно перед её началом необходимо нажимать на RESET, однако в преобразователях с DTR это делать не нужно, схема подключения на рисунке ниже. Стыкуются они специальными клеммами «Мама-Мама» (female-female). Собственно, все соединения можно сделать с помощью таких клемм (Dupont), они бывают как с двух сторон с гнездами, так и со штекерами, так и с одной стороны гнездо, а с другой штекер.

Как писать программы

Для работы со скетчами (название прошивки на языке ардуинщиков), есть специальная интегрированная среда для разработки Arduino IDE, скачать бесплатно её можно с официального сайта или с любого тематического ресурса, с установкой проблем обычно не возникает.

Так выглядит интерфейс программы. Писать программы можно на специально разработанном для ардуино упрощенном языке C AVR, по сути это набор библиотек, который называют Wiring, а также на чистом C AVR. Использование которого облегчает код и ускоряет его работу.

В верхней части окна присутствует привычное меню, где можно открыть файл, настройки, выбрать плату, с которой вы работаете (Uno, Nano и много-много других) а также открыть проекты с готовыми примерами кода. Ниже расположен набор кнопок для работы с прошивкой.  В нижней части окна – область для вывода информации о проекте, о состоянии кода, прошивки и наличии ошибок.

Часто задаваемые вопросы
Что можно сделать на arduino nano?
Большинство проектов могут быть созданы с контроллерами Arduino Uno R3, Nano или Mega. Показатели с Arduino Nano будут передаваться на базу, в роли которой выступает Arduino Mega или Uno.
Какой программатор выбрать для arduino nano?
Существует универсальный AVR-программатор на Arduino.

Заключение

Автор статьи
Лагутин Виталий Сергеевич
Инженер по специальности "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем", МИФИ, 2005–2010 гг.
Задать вопрос

Уникальность Ардуино состоит в том, что теперь даже неопытный радиолюбитель сможет создавать различные сложные цифровые устройства, не особо при этом вдаваясь в теорию. Раньше, например, для этого были нужны программаторы, глубокие знания цифровой электроники, программирования. Ардуино создавалось, чтобы практически любой пользователь смог создать свое интересное и полезное устройство.

В качестве дополнения по данной теме в прилагаемой статье приведены подробная информация «Что такое Аrduino». А также в нашей группе ВК публикуются интересные материалы, с которыми вы можете познакомиться первыми. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение хочу выразить благодарность источникам, откуда почерпнут материал для подготовки статьи:

www.ampermarket.kz

www.all-arduino.ru

www.3d-diy.ru

www.electrik.info

www.developer.alexanderklimov.ru

Предыдущая
ArduinoОбзор платы arduino uno для Arduino
Следующая
ArduinoЧто такое ide arduino: характеристики и применение на практике
Ссылка на основную публикацию
Что можно сделать на arduino nano?
Большинство проектов могут быть созданы с контроллерами Arduino Uno R3, Nano или Mega. Показатели с Arduino Nano будут передаваться на базу, в роли которой выступает Arduino Mega или Uno.
Какой программатор выбрать для arduino nano?
Существует универсальный AVR-программатор на Arduino.
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять