Напряжение питания для arduino nano

Arduino Nano: распиновка, схема подключения и программирование

Плата Arduino Nano — аналог флагманской Uno в миниатюрном размере. На ней предусмотрено всё необходимое для удобной работы с микроконтроллером: 14 цифровых входов/выходов (6 из них могут использоваться в качестве ШИМ-выходов), 6 аналоговых входов, кварцевый резонатор на 16 МГц, разъём Mini-USB, разъём питания, разъём для внутрисхемного программирования (ICSP) и кнопка сброса.

Видеообзор

Подключение и настройка

Для запуска платформы скачайте и установите на компьютер интегрированную среду разработки Arduino IDE.

При выборе платформы выбирайте Arduino Nano.

Если всё получилось — можете смело переходить к экспериментам.

Элементы платы

Микроконтроллер ATmega328P

Сердцем платформы Arduino Nano является 8-битный микроконтроллер семейства AVR — ATmega328P с тактовой частотой 16 МГц. Контроллер предоставляет 32 КБ Flash-памяти для хранения прошивки, 2 КБ оперативной памяти SRAM и 1 КБ энергонезависимой памяти EEPROM для хранения данных.

Микросхема FT232R

Микросхема FTDI FT232R обеспечивает связь микроконтроллера ATmega328P с USB-портом компьютера. При подключении к компьютеру Nano определяется как виртуальный COM-порт.

USB-UART преобразователь общается с микроконтроллером ATmega328P по интерфейсу UART через пины 0(RX) и 1(TX) . Рекомендуем не использовать эти контакты в своём проекте.

Светодиодная индикация

Имя светодиода Назначение
RX и TX Мигают при обмене данными между Arduino Nano и ПК.
L Пользовательский светодиод подключённый к 13 пину микроконтроллера. При высоком уровне светодиод включается, при низком – выключается.
ON Наличие питания на Arduino Nano.

Разъём Mini-USB

Разъём Mini-USB предназначен для прошивки платформы с помощью компьютера.

Регулятор напряжения 5 В

Линейный понижающий регулятор напряжения LM1117MPX-5.0 с выходом 5 вольт обеспечивает питание микроконтроллера ATmega328P и другой логики платформы. Максимальный выходной ток составляет 800 мА.

ICSP-разъём для ATmega328

ICSP-разъём предназначен для загрузки прошивки в микроконтроллер ATmega328 через программатор.

Также через контакты ICSP Nano общается с платами расширения по интерфейсу SPI.

Источник

Arduino.ru

Arduino Nano

Общие сведения

Платформа Nano, построенная на микроконтроллере ATmega328 (Arduino Nano 3.0) или ATmega168 (Arduino Nano 2.x), имеет небольшие размеры и может использоваться в лабораторных работах. Она имеет схожую с Arduino Duemilanove функциональность, однако отличается сборкой. Отличие заключается в отсутствии силового разъема постоянного тока и работе через кабель Mini-B USB. Nano разработана и продается компанией Gravitech.

Принципиальные схемы и исходные данные

Arduino Nano 3.0 (ATmega328): схемы и файлы Eagle.

Arduino Nano 2.3 (ATmega168): руководство (pdf) и файлы Eagle. Примечание: т.к. свободная версия файлов Eagle не позволяет работать более чем с двумя слоями, а данная версия схем Nano содержит четыре слоя, то схемы публикуются не трассированными.

Краткие характеристики
Питание:

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 мигаю только при наличие сигнала высокого уровня на выводах 0 и 1.

Память

Микроконтроллер ATmega168 имеет 16 кБ флеш-памяти для хранения кода программы, а микроконтроллер ATmega328, в свою очередь, имеет 32 кБ (в обоих случаях 2 кБ используется для хранения загрузчика). ATmega168 имеет 1 кБ ОЗУ и 512 байт EEPROM (которая читается и записывается с помощью библиотеки EEPROM), а ATmega328 – 2 кБ ОЗУ и 1 Кб EEPROM.

Входы и Выходы

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(). Некоторые выводы имеют дополнительные функции:

  • I2C: A4 (SDA) и A5 (SCL). Посредством выводов осуществляется связь I2C (TWI). Для создания используется библиотека Wire (информация на сайте Wiring).

Дополнительная пара выводов платформы:

  • 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.
Связь

На платформе Arduino Nano установлено несколько устройств для осуществления связи с компьютером, другими устройствами Arduino или микроконтроллерами. ATmega168 и ATmega328 поддерживают последовательный интерфейс UART TTL (5 В), осуществляемый выводами 0 (RX) и 1 (TX). Установленная на плате микросхема FTDI FT232RL направляет данный интерфейс через USB, а драйверы FTDI (включены в программу Arduino) предоставляют виртуальный COM порт программе на компьютере. Мониторинг последовательной шины (Serial Monitor) программы Arduino позволяет посылать и получать текстовые данные при подключении к платформе. Светодиоды RX и TX на платформе будут мигать при передаче данных через микросхему FTDI или USB подключение (но не при использовании последовательной передачи через выводы 0 и 1).

Библиотекой SoftwareSerial возможно создать последовательную передачу данных через любой из цифровых выводов Nano.

ATmega168 и ATmega328 поддерживают интерфейсы I2C (TWI) и SPI. В Arduino включена библиотека Wire для удобства использования шины I2C. Более подробная информация находится в документации. Для использования интерфейса SPI обратитесь к техническим данным микроконтроллеров ATmega168 и ATmega328.

Программирование

Платформа программируется посредством ПО Arduino. Из меню Tools > Board выбирается «Arduino Diecimila, Duemilanove или Nano w/ ATmega168» или «Arduino Duemilanove или Nano w/ ATmega328» (согласно установленному микроконтроллеру). Подробная информация находится в справочнике и инструкциях.

Микроконтроллеры ATmega168 и ATmega328 поставляются с записанным загрузчиком, облегчающим запись новых программ без использования внешних программаторов. Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500.

Имеется возможность не использовать загрузчик и запрограммировать микроконтроллер через выводы блока ICSP (внутрисхемное программирование). Подробная информация находится в данной инструкции.

Автоматическая (программная) перезагрузка

Nano разработана таким образом, чтобы перед записью нового кода перезагрузка осуществлялась самой программой, а не нажатием кнопки на платформе. Одна из линий FT232RL, управляющих потоком данных (DTR), подключена к выводу перезагрузки микроконтроллеров ATmega168 или ATmega328 через конденсатор 100 нФ. Активация данной линии, т.е. подача сигнала низкого уровня, перезагружает микроконтроллер. Программа Arduino, используя данную функцию, загружает код одним нажатием кнопки Upload в самой среде программирования. Подача сигнала низкого уровня по линии DTR скоординирована с началом записи кода, что сокращает таймаут загрузчика.

Функция имеет еще одно применение. Перезагрузка Nano происходит каждый раз при подключении к программе Arduino на компьютере с ОС Mac X или Linux (через USB). Следующие полсекунды после перезагрузки работает загрузчик. Во время программирования происходит задержка нескольких первых байтов кода во избежание получения платформой некорректных данных (всех, кроме кода новой программы). Если производится разовая отладка скетча, записанного в платформу, или ввод каких-либо других данных при первом запуске, необходимо убедиться, что программа на компьютере ожидает в течение секунды перед передачей данных.

Источник

Питание схемы

Питание электронного компонента или Ардуино-модуля всегда состоит из двух проводов:

  • “Плюс”: +5V или +3.3V. Может быть подписан на плате как 5V, 3.3V, 3V3, Vin, VCC, +. Провод на схеме изображается красным цветом.
  • “Минус”: общий провод, 0V. Может быть подписан на плате как GND, COM, G, -. Провод на схеме изображается синим или чёрным цветом.

Несколько моментов о питании:

  • Нельзя превышать напряжение питания электронного компонента, иначе он сгорит. То есть провод с 5V нельзя подключать на пин, на котором написано 3V. А вот наоборот – можно: большинство модулей с питанием 5V будут работать от 3.3V. Это будет актуально при работе с платами на базе esp8266, которая работает от 3.3V.
  • Подключать питание нужно очень внимательно: минус соединяется с минусом, а плюс – с плюсом. Если перепутать провода – в 99% случаев модуль сгорит, защиту на них делают редко.
  • Даже если напряжение питания у модулей разное, выводы GND всех компонентов схемы должны быть соединены вместе, потому что сигналы “ходят” относительно нулевого провода .
  • В Ардуино-проекте мы чаще всего используем макетку и подключаем питание всех модулей к выводам питания платы Arduino. Если в проекте используется несколько модулей, то отверстий для проводов питания может не хватить! Именно для этого по краям макетки сделаны длинные линии контактов с подписями плюс и минус: можно подключить питание от платы к ним, и уже от них разводить на остальные компоненты. Это будет называться шиной питания :

Ток потребления схемы

Все знают закон Ома, но не все умеют им пользоваться. Применительно к источникам питания и потребителям он работает так: потребитель берёт такой ток, какой ему нужен для работы, он называется ток потребления:

500 мА во время движения
Реле:

60 мА при активации
Датчики-модули

1-10 мА
Мотор:

500 мА
Плата Arduino:

20 мА
Плата Wemos:

50 мА
Дисплеи:

При подключении в схему нескольких компонентов их ток потребления суммируется.

Источник питания в свою очередь имеет такой параметр как максимальный ток, который он может отдать без повреждений. Суммарный ток потребления компонентов схемы должен быть меньше, чем максимальный ток источника питания, иначе источнику питания будет “тяжело”. Также это означает, что можно спокойно подключать слабенький датчик хоть к 100 Амперному источнику питания, он возьмёт столько, сколько ему надо. Остальное останется “с запасом”.

Есть несколько способов питать плату Arduino и схему на её основе, у каждого есть свои плюсы, минусы и ограничения.

Питание от USB

Питание от USB – самый плохой способ питания Ардуино-проекта. Почему? По линии питания +5V от USB стоит диод, выполняющий защитную функцию: он защищает порт USB компьютера от высокого потребления тока компонентами схемы и от случайного короткого замыкания (КЗ). КЗ продолжительностью меньше секунды не успеет сильно навредить диоду и всё может обойтись, но продолжительное замыкание превращает диод в плавкий предохранитель, выпускающий облако синего дыма и спасающий порт компьютера. После этого плата перестаёт определяться компьютером и диод нужно заменить.

  • К китайским платам подходит диод SS14 (это 1N5819 в SMD исполнении) – ищите на AliExpress (ссылка) или магазинах электронных компонентов.

Слаботочный диод имеет ещё одну неприятную особенность: на нём падает напряжение, причем чем больше ток потребления схемы, тем сильнее. По USB нам приходит ровно 5V, после диода остаётся

4.7V. Чем это плохо:

  • Измерения с аналоговых пинов будут неточными.
  • Некоторые железки чувствительны к напряжению питания, например LCD дисплеи: при питании от 5V они яркие и чёткие, при 4.7V – уже заметно теряют яркость и контраст. Если подвигать сервоприводом или включить реле – на диоде упадет ещё большее напряжение и дисплей ощутимо мигнёт.
  • При более мощных нагрузках (выше 500-600 мА) микроконтроллер перезапустится, так как напряжение упадет ниже критического порога.

Питание через стабилизатор

На большинстве плат Arduino стоит линейный стабилизатор, позволяющий питать плату и схему от более высокого напряжения. Стабилизатор обеспечивает качественное питание, компенсируя помехи, пульсации и изменение входного напряжения. Рассмотрим популярные платы Arduino Nano, NodeMCU и Wemos Mini. На схемах ниже они питаются от внешнего источника, а остальные компоненты – от выхода 5 или 3.3V с платы:

  • На Nano и NodeMCU стоит стабилизатор AMS1117, который позволяет снимать максимум до 2А при 7V и около 500 мА при 12V входного напряжения. Напряжение подаётся на пин Vin.
  • На плате Wemos стоит слабый стабилизатор, причём у разных производителей разный, с максимальным напряжением от 5.5 до 7V и максимальным током до 500 мА. Лучше не экспериментировать и не подавать на него больше 5V. Напряжение подаётся на пин 5V.

Питание через стабилизатор возможно только в том случае, от платы не питаются мощные потребители тока, такие как сервоприводы, адресные светодиодные ленты, моторчики и прочее. Что можно: датчики, модули, дисплеи, реле (не более 3 одновременно в активном состоянии), одиночные светодиоды. Для проектов с мощной нагрузкой нужно использовать другое подключение.

Питание напрямую

На всех рассмотренных платах есть вывод питания, который идёт напрямую на питание микроконтроллера (сюда же приходит выход от стабилизатора). Перед скобками указано идеальное напряжение питания, в скобках – допустимый диапазон.

Таким образом Arduino Nano можно питать от блока питания на 5V вместе с остальной схемой, это очень удобно. Платы NodeMCU и Wemos – уже не очень удобно, блок питания на 3.3V найти довольно непросто. Зато отлично подходят две пальчиковых батарейки или аккумулятора.

Пример проекта с питанием напрямую (зелёная плата справа вверху – Micro USB), но на фото плата питается от бортового USB для прошивки.

Arduino Nano, пин 3V3

У Arduino Nano есть ещё один стабилизатор, выход с него – пин 3v3 с напряжением 3.3V. От этого пина можно питать модули, требующие питания 3.3V. Максимальный ток, который можно отсюда снять, зависит от стабилизатора (разные производители ставят разный), в основном это 100-200 мА, но лучше не снимать более 50 мА. На платах Nano от производителя Robotdyn стоит более мощный стабилизатор AMS1117-3.3, с которого можно снять 800 мА!

Питание “мощных” схем

Резюмируя всё написанное выше, рассмотрим варианты питания проектов с большим потреблением тока на примере Arduino Nano и напряжения 5V. Точно так же по аналогии можно работать и с 3.3V платами на базе esp8266 (NodeMCU, Wemos).

Питать мощный проект (светодиоды, двигатели, нагреватели) от 5V можно так: Arduino и потребитель питаются вместе от 5V источника питания (провода к нагрузке можно сделать толще, например если это светодиодная лента):

Пример: питание нескольких сервоприводов:

Питать мощный потребитель (выше 500 мА) от USB через плату нельзя, там стоит диод, да и дорожки питания слишком тонкие:

Что делать, если всё-таки хочется питать проект от USB, например от powerbank’а? Всё очень просто, режем кабель и подключаем:

Можно защититься от этой опасности, поставив диод на питание Arduino. Да, в этом случае питание просядет до

4.7V, но можно будет безопасно загружать прошивку:

Если есть только блок питания на 12V, то у меня плохие новости: встроенный стабилизатор на плате не вытянет больше 500 мА:

Но если мы хотим питать именно 12V нагрузку, то проблем никаких нет: сама плата Arduino потребляет около 20 мА, и спокойно будет работать от бортового стабилизатора. А нагрузку запитаем напрямую от блока питания:

Автономное питание

Бывает, что нужно обеспечить автономное питание проекта, т.е. вдали от розетки, давайте рассмотрим варианты. Также для этих целей пригодится урок по энергосбережению и режимам сна микроконтроллера.

    Питание в порт USB:

      Самый обыкновенный Powerbank, максимальный ток – 500 мА. Напряжение на пине 5V и высокий уровень GPIO в этом случае будет равен

    4.7V. Внимание! У большинства Powerbank’ов питание отключается при нагрузке меньше 200 мА. Некоторые банки можно перевести в режим “слабой зарядки”, тогда они будут питать схему.

  • Питание в пин Vin (или штекер 5.5×2.1 на плате UNO/MEGA):
    • Любой блок питания/зарядник от ноута с напряжением 7.. 18 Вольт
    • 9V батарейка “Крона” – плохой, но рабочий вариант. Ёмкость кроны крайне мала.
    • Сборка из трёх литиевых аккумуляторов: напряжение 12.6.. 9V в процессе разряда.
    • Сборка из двух литиевых аккумуляторов: напряжение 8.4.. 6V в процессе разряда.
    • Энергосбережение – не очень выгодный вариант, т.к. стабилизатор потребляет небольшой, но всё же ток.
  • Питание в пин 5V:
    • Для стабильных 5V на выходе – литиевый аккумулятор и повышающий до 5V модуль. У таких модулей обычно запас по току 2А, также модуль потребляет “в холостом режиме” – плохое энергосбережение.
    • Литиевый аккумулятор – напряжение на пине 5V и GPIO будет 4.2-3.5V, некоторые модули будут работать, некоторые – нет. Работа МК от напряжения ниже 4V не гарантируется, у меня работало в целом стабильно до 3.5V, ниже уже может повиснуть. Энергосбережение – отличное.
    • Пальчиковые батарейки (ААА или АА) – хороший вариант, 3 штуки дадут 4.5-3V, что граничит с риском зависнуть. 4 штуки – очень хорошо. Новые батарейки дадут 6V, что является максимальным напряжением для МК AVR и при желании можно так работать.
    • Пальчиковые Ni-Mh аккумуляторы – отличный вариант, смело можно ставить 4 штуки, они обеспечат нужное напряжение на всём цикле разряда (до 4V). Также имеют хороший запас по току, можно даже адресную ленту питать.
    • Платы с кварцем (тактовым генератором) на 8 МГц позволяют питать схему от низкого напряжения (2.5V, как мы обсуждали выше), отлично подойдут те же батарейки/аккумуляторы, также маломощные проекты можно питать от литиевой таблетки (3.2-2.5V в процессе разряда).
    • Максимальный выходной ток с пина 5V ограничен током источника питания.
  • Помехи и защита от них

    Если в одной цепи питания с Ардуино и другими микросхемами стоят мощные потребители, такие как сервоприводы, адресные светодиодные ленты, модули реле и прочее, на линии питания могут возникать помехи. Они могут приводить к сильным шумам измерений с АЦП, дергать прерывания и даже менять состояния пинов, нарушая связь по различным интерфейсам связи и внося ошибки в показания датчиков. Более сильные пульсации и просадки напряжения иногда могут привести к перезагрузке контроллера или его зависанию.

    Более того, помеха может прийти откуда не ждали – по воздуху, например от электродвигателя или любой другой катушки. “Большие дяди” в реальных промышленных устройствах делают очень много для защиты от помех, этому посвящены целые книги и диссертации. Мы с вами рассмотрим самое простое, что можно сделать дома на коленке.

      • Питать логическую часть (Ардуино, слаботочные датчики и модули) от отдельного малошумящего блока питания 5V, то есть разделить питание логической и силовой частей, а ещё лучше питаться в пин Vin от блока питания на 7-12V, так как линейный стабилизатор даёт очень качественное напряжение.
      • Поставить конденсаторы по питанию платы, максимально близко к пинам 5V/3V и GND: электролит 6.3V 100-470 uF (мкФ, ёмкость зависит от качества питания: при сильных просадках напряжения ставить ёмкость больше, при небольших помехах хватит и 10-47 мкФ) и керамический на 0.1-1 uF. Это сгладит помехи даже от сервоприводов;

    • У “выносных” на проводах элементах системы (кнопки, крутилки, датчики) скручивать провода в косичку, преимущественно с землёй. А ещё лучше использовать экранированные провода, экран подключать на GND схемы. Таким образом защищаемся от электромагнитных наводок;
    • Металлический и заземленный корпус устройства (или просто обернутый фольгой), на который заземлены все компоненты схемы – залог полного отсутствия помех и наводок по воздуху.

    Ещё лучше с фильтрацией помех справится LC фильтр, состоящий из индуктивности и конденсатора. Индуктивность нужно брать с номиналом в районе 100-300 мкГн и с током насыщения больше, чем ток нагрузки после фильтра. Конденсатор – электролит с ёмкостью 100-1000 uF в зависимости опять же от тока потребления нагрузки после фильтра. Подключается вот так, чем ближе к нагрузке – тем лучше:

    Подробнее о расчёте фильтров можно почитать здесь.

    Главный Глупый Вопрос

    У новичков в электронике, которые не знают закон Ома, очень часто возникают вопросы вида: “а каким током можно питать Ардуино“, “какой ток можно подать на Ардуино“, “не сгорит ли моя Ардуина от от блока питания 12V 10A“, “сколько Ампер можно подавать на Arduino” и прочую чушь. Запомните: вы не можете подать Амперы, вы можете подать только Вольты, а устройство возьмёт столько Ампер, сколько ему нужно. В случае с Arduino – голая плата возьмёт 20-22 мА, хоть от пина 5V, хоть от Vin. Ток, который указан на блоке питания, это максимальный ток, который БП может отдать без повреждения/перегрева/просадки напряжения. Беспокоиться стоит не об Arduino, а об остальном железе, которое стоит в схеме и питается от блока питания, а также о самом блоке питания, который может не вывезти вашу нагрузку (мотор, светодиоды, обогреватель). Общий ток потребления компонентов не должен превышать возможностей источника питания, вот в чём дело. А будь блок питания хоть на 200 Ампер – компоненты возьмут ровно столько, сколько им нужно, и у вас останется “запас по току” для подключения других (примечание: некоторые мощные, но “умные” блоки питания не будут питать слабую Arduino, т.к. она потребляет слишком маленький ток). Если устройство питается напряжением, то запомните про максимальный ток источника питания очень простую мысль: кашу маслом не испортишь.

    Источник

    Adblock
    detector