Меню
ГлавнаяWindows 10

Проекты Arduino для всех. Китайская Arduino DUE

Первая плата Arduino на основе 32-битного микроконтроллера с ARM ядром на базе процессора Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3. Обладая тактовой частотой 84 МГц и 32-битной архитектурой, позволяет выполнять большинство операций над целыми числами в 4 байта за один такт. На плате предусмотрено 54 цифровых вход/выхода (из них 12 можно задействовать под выходы ШИМ), 12 аналоговых входов, 4 UARTа (аппаратных последовательных порта), связь по USB с поддержкой OTG, 2 ЦАП (цифро-аналоговых преобразователя), 2 TWI, разъем питания, разъем SPI, разъем JTAG, кнопка сброса и кнопка стирания.

Подключение и настройка

Для работы с платформой Arduino Due в операционной системе Windows скачайте и установите на компьютер интегрированную среду разработки Arduino - Arduino IDE.

Добавление платформы

Элементы платы

Микроконтроллер Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3

Сердцем платы Arduino Due является 32-битное ARM ядро AT91SAM3X8E с тактовой частотой 84 МГц, 512 КБ флеш-памяти и 96 ОЗУ, превосходящее по производительности обычные 8-битные микроконтроллеры.

Микроконтроллер ATmega16U2

Микроконтроллер ATmega16U2 создает порт программирования для связи микроконтроллера SAM3X с USB-портом компьютера. При подключении к ПК Arduino Due определяется как виртуальный COM-порт. Перепрошивка микросхемы 16U2 производится через ICSP разъём используя стандартные драйвера USB-COM.

Пины питания

    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, когда устройство запитано от внешнего адаптера.

    5V: На вывод поступает напряжение 5 В от стабилизатора напряжения на плате, независимости от того, как запитано устройство: от адаптера (7–12 В), от USB (5 В) или через вывод VIN (7–12 В). Питать 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 напряжения платы. Максимальный ток - 800 мА. Cтабилизатор также обеспечивает питание микроконтроллера SAM3X.

    GND: Выводы земли.

    IOREF: Этот вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера. В зависимости от напряжения на нём, 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.

Порты ввода/вывода

Внимание! В отличие от других плат Arduino, Arduino Due работает от 3,3 В. Максимальное напряжение, которое могут выдержать вход/выходы составляет 3,3 В. Подав напряжение, например 5 В, на выводы Arduino Due, можно вывести плату из строя.

    Цифровые входы/выходы: пины 0 – 53
    Логический уровень единицы - 3,3 В, нуля - 0 В. Максимальный ток выхода - 3 или 15 мА в зависимости от вывода микроконтроллера, или ток входа - 6 или 9 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы 100 кОм, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.

    ШИМ: пины 2 – 13
    Позволяют выводить аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала. Разрешение ШИМ позволяет менять функция analogWriteResolution().

    АЦП: пины A0 – A11
    12 аналоговых входов, каждый из которых может представить аналоговое напряжение в виде 12-битного числа (4096 значений). По умолчанию выставлена разрядность - 10 бит, для совместимости с другими платами. Разрешение АЦП можно менять с помощью функции analogReadResolution(). Аналоговые входы платы производят измерения от 0 до максимального значения 3,3 В. Если подать на вход напряжения свыше 3,3 В - это вызовет повреждение кристалла SAM3X.

    TWI/I²C: пины 20(SDA) , 21(SCL) и TWI 2/I²C 2: SDA1 и SCL1
    Для общения с периферией по синхронному протоколу, через 2 провода. Для работы используйте библиотеку Wire .

    SPI: Пины SPI выведены на центральный 6-контактный разъем, совместимый с Uno, Leonardo и Mega2560.
    Для коммутации по интерфейсу SPI используйте библиотеку SPI .

    UART: Serial: пины 0(RX) и 1(TX) ; Serial1: пины 19(RX1) и 18(TX1) ;Serial2: пины 17(RX2) и 16(TX2) ; Serial3: пины 15(RX3) и 14(TX3) .
    Эти выводы используются для получения (RX) и передачи (TX) данных по последовательному интерфейсу. Выводы 0(RX) и 1(TX) соединены с соответствующими выводами микросхемы ATmega16U2 , выполняющей роль преобразователя USB-UART. Для связи Arduino Due с компьютером через порт программирования, используйте класс Serial.

    DAC1/DAC2: На выводах ЦАП DAC1 и DAC2 доступны аналоговые выходы с 12-битным разрешением (4096 уровней) при помощи функции analogWrite(). Данные выводы можно использовать в качестве аудиовыхода, используя библиотеку Audio.

Светодиодная индикация

Разъём Programming USB

Разъём предназначен для прошивки платформы Arduino Due с помощью компьютера. Для использования этого порта выберите в Arduino IDE в качестве вашей платы "Arduino Due (Programming Port)". При этом также производится стирание предыдущей прошивки. Аппаратное стирание более надежно, чем «программное стирание», которое происходит на собственном USB порте, и будет работать даже при повреждении главного микропроцессора. В программное обеспечение Arduino входит монитор последовательной шины, который дает возможность компьютеру обмениваться простыми текстовыми сообщениями с платой подключенной через Programming USB посредством контроллера ATmega16U2.

Разъём Native USB

Чтобы использовать этот порт, выберите в Arduino IDE тип вашей платы "Arduino Due (Native USB Port)". Native USB port подключен к SAM3X, тем самым осуществляя последовательную связь (CDC) посредством USB обеспечивая подключение к монитору последовательной шины, или другим приложениям на вашем компьютере. Открытие и закрытие собственного порта при скорости передачи 1200 бит в секунду запускает процедуру «программного стирания»: флеш-память стирается и плата перезапускается с помощью загрузчика. Также это дает Due возможность эмулировать USB мышь или клавиатуру.

Native USB может также работать как USB хост для подключенных периферийных устройств: мыши, клавиатуры и прочего.

Разъём для внешнего питания

Разъём для подключения внешнего питания от 7 В до 12 В.

ICSP-разъём для ATmega2560

ICSP-разъём предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера ATmega2560. Также с применением библиотеки SPI данные выводы могут осуществлять связь с платами расширения по интерфейсу SPI. Линии SPI выведены на 6-контактный разъём, а также продублированы на цифровых пинах 50(MISO) , 51(MOSI) , 52(SCK) и 53(SS) .

ICSP-разъём для ATmega16U2

ICSP-разъём для внутрисхемного программирования микроконтроллера ATmega16U2.

Распиновка

Общие сведения

Arduino Due - это устройство на основе микропроцессора Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 (datasheet). Это первая плата Ардуино на базе 32-разрядного микроконтроллера ARM. В ее состав входят 54 цифровых вывода (из которых 12 могут работать в качестве ШИМ-выходов), 12 аналоговых входов, 4 UART (аппаратных приемопередатчика, осуществляющих последовательную передачу данных), генератор тактовой частоты на 84 МГц, USB с поддержкой технологии OTG, 2 ЦАП (цифро-аналоговых преобразователя), 2 TWI, разъем питания, разъем SPI, разъем JTAG, кнопка сброса и кнопка очистки памяти.

Внимание: в отличие от других плат Ардуино, рабочее напряжение Arduino Due составляет 3.3В. Соответственно, максимальное напряжение, которое могут выдержать его выводы, равно 3.3В. Подача на вывод большего напряжения (например, 5В) может привести к выходу платы из строя.

В состав устройства входит все необходимое для обеспечения работы микроконтроллера; для начала работы достаточно просто подать питание от AC/DC-адаптера или батарейки, либо подключить его к компьютеру посредством USB-кабеля. Arduino Due совместим со всеми платами расширения, работающими от 3.3В, и соответствует требованиям распиновки 1.0:

  • Выводы SDA и SCL (TWI) расположены возле вывода AREF.
  • Присутствует вывод IOREF, позволяющий платам расширения подстраиваться под рабочее напряжение Ардуино. Благодаря этому, платы расширения могут быть совместимы как с 3.3В-Ардуино (подобными Due), так и с 5В-Ардуино на основе микроконтроллеров AVR.
  • Предусмотрен свободный вывод, зарезервированный для будущих целей.

Преимущества использования ядра ARM

Благодаря использованию 32-разрядного ядра ARM, Arduino Due во многом превосходит типичные платы на базе 8-разрядных микроконтроллеров. Наиболее существенные отличия заключаются в следующем:

  • 32-битное ядро позволяет обрабатывать 4х-байтовые данные всего за один такт. (Для получения более подробной информации см. описание типа int).
  • Тактовая частота - 84 МГц.
  • Объем оперативной памяти SRAM составляет 96 КБайт.
  • Объем флеш-памяти программ - 512 КБ.
  • Наличие DMA-контроллера, позволяющего разгрузить центральный процессор от выполнения ресурсоемких операций с памятью.

Схема, исходный проект и расположение выводов

Характеристики

Микроконтроллер AT91SAM3X8E
Рабочее напряжение 3.3В
Напряжение питания (рекомендуемое) 7-12В
Напряжение питания (предельное) 6-16В
Цифровые выводы 54 (из них 12 могут работать как ШИМ-выходы)
Аналоговые входы 12
Аналоговые выходы 2 (ЦАП)
Суммарный выходной ток всех выводов (максимальный) 130 мА
Максимальный выходной ток вывода 3.3V 800 мА
Максимальный выходной ток вывода 5V 800 мА
Flash-память 512 КБ в полном объеме доступна пользовательским программам
SRAM 96 КБ (два банка памяти: 64 КБ и 32 КБ)
Тактовая частота 84 МГц

Питание

Arduino Due может быть запитан от USB либо от внешнего источника питания - тип источника выбирается автоматически.

В качестве внешнего источника питания (не USB) может использоваться сетевой AC/DC-адаптер или аккумулятор/батарея. Штекер адаптера (диаметр - 2.1мм, центральный контакт - положительный) необходимо вставить в соответствующий разъем питания на плате. В случае питания от аккумулятора/батареи, ее провода необходимо подсоединить к выводам Gnd и Vin разъема POWER.

Напряжение внешнего источника питания может быть в пределах от 6 до 20 В. Однако, уменьшение напряжения питания ниже 7В приводит к уменьшению напряжения на выводе 5V, что может стать причиной нестабильной работы устройства. Использование напряжения больше 12В может приводить к перегреву стабилизатора напряжения и выходу платы из строя. С учетом этого, рекомендуется использовать источник питания с напряжением в диапазоне от 7 до 12В.

Ниже перечислены выводы питания, расположенные на плате:

  • VIN. Напряжение, поступающее в Arduino непосредственно от внешнего источника питания (не связано с 5В от USB или другим стабилизированным напряжением). Через этот вывод можно как подавать внешнее питание, так и потреблять ток, когда устройство запитано от внешнего адаптера.
  • 5V. На вывод поступает напряжение 5В от стабилизатора напряжения на плате, вне независимости от того, как запитано устройство: от адаптера (7 - 12В), от USB (5В) или через вывод VIN (7 - 12В). Запитывать устройство через выводы 5V или 3V3 не рекомендуется, поскольку в этом случае не используется стабилизатор напряжения, что может привести к выходу платы из строя.
  • 3V3. 3.3В, поступающие от стабилизатора напряжения на плате. Данный стабилизатор также обеспечивает питание микроконтроллера SAM3X. Максимальный ток, потребляемый от этого вывода, составляет 800 мА.
  • GND. Выводы земли.
  • IOREF. Этот вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера Ардуино. В зависимости от напряжения, считанного с вывода IOREF, плата расширения может переключиться на соответствующий источник питания либо задействовать преобразователи уровней, что позволит ей работать как с 5В, так и с 3.3В-устройствами.

Память

Объем флеш-памяти программ микроконтроллера SAM3X составляет 512 КБ (2 блока по 256 КБ). Устройство выпускается с прошитим загрузчиком, расположенном в отдельной памяти ПЗУ. Объем доступной оперативной памяти SRAM составляет 96 КБ, представляющих собой два смежных банка памяти по 64 КБ и 32 КБ соответственно. Вся доступная память (Flash, ОЗУ и ПЗУ) имеет общее линейное адресное пространство.

Кнопка удаления, расположенная на плате, позволяет очистить Flash-память микроконтроллера SAM3X и стереть текущую загруженную программу. Для этого необходимо нажать и удерживать ее в течение нескольких секунд.

Входы и выходы

  • Цифровые входы/выходы: выводы 0 - 53
  • Интерфейс SPI: выводы SPI (на платах Ардуино разъем ICSP)
  • Интерфейс CAN: выводы CANRX и CANTX

Данные выводы поддерживают протокол связи CAN, однако на данный момент его реализация в Arduino API пока отсутствует.

  • "L" светодиод: вывод 13

Встроенный светодиод, подсоединенный к выводу 13. При отправке значения HIGH светодиод включается, при отправке LOW - выключается. Помимо этого, яркость свечения светодиода можно регулировать, поскольку вывод 13 может работать как ШИМ-выход.

  • Интерфейс TWI 1: выводы 20 (SDA) и 21 (SCL)
  • Интерфейс TWI 2: выводы SDA1 и SCL1

Другие выводы на плате:

  • AREF

Опорное напряжение АЦП. Используется функцией analogReference() .

  • Reset

Формирование низкого уровня (LOW) на этом выводе приведет к перезагрузке микроконтроллера. Обычно этот вывод служит для функционирования кнопки сброса на платах расширения.

Связь

Arduino Due предоставляет ряд возможностей для осуществления связи с компьютером, еще одним Ардуино или другими микроконтроллерами, а также с различными устройствами, такими, как телефоны, планшеты, камеры и т.д. В микроконтроллере SAM3X есть один аппаратный UART и три аппаратных USART для реализации последовательных интерфейсов с TTL-уровнем напряжения 3.3В.

USB-порт для программирования на плате взаимодействует с микросхемой ATmega16U2, выполняющую роль USB-UART преобразователя, который при подключении к компьютеру определяется как виртуальный COM-порт. (Для корректной идентификации на Windows-системах потребуется.inf-файл, на системах с OSX и LINUX плата распознается автоматически). Микросхема 16U2 соединена с аппаратным приемопередатчиком UART микроконтроллера SAM3X. Для программирования микроконтроллера через микросхему ATmega16U2 используются выводы RX0 и TX0. В пакет программного обеспечения Ардуино входит специальная программа, позволяющая считывать и отправлять на Ардуино простые текстовые данные. При передаче данных через микросхему-преобразователь USB-UART во время USB-соединения с компьютером, на плате будут мигать светодиоды RX и TX. (При последовательной передаче данных посредством выводов 0 и 1, без использования USB-преобразователя, данные светодиоды не задействуются).

В микроконтроллере SAM3X также реализована поддержка последовательных интерфейсов TWI и SPI. В программное обеспечение Ардуино входит библиотека Wire, позволяющая упростить работу с шиной I2C; для получения более подробной информации см. документацию. Для работы с интерфейсом SPI используйте библиотеку SPI.

Программирование

Процесс загрузки программ в микроконтроллер SAM3X отличается от процесса прошивки AVR-микроконтроллеров, используемых в других платах Ардуино. Особенность SAM3X заключается в том, что для его перепрошивки требуется предварительно очищать Flash-память контроллера. Такая необходимость обусловлена тем, что процесс загрузки программы контролируется загрузчиком в ПЗУ SAM3X, который запускается только при условии отсутствия программы во Flash-памяти микроконтроллера.

Таким образом, любой из USB-портов может использоваться для прошивки платы. Тем не менее, рекомендуется использовать USB-порт для программирования ("Programming Port" на рисунке) в силу некоторых особенностей процесса очистки памяти микроконтроллера:

  • Порт для программирования: Для использования этого порта в среде разработки Arduino IDE в качестве рабочей платы выберите "Arduino Due (Programming Port)". Подсоедините Due к компьютеру, соединив USB-кабель c разъемом для программирования (расположенным ближе к разъему питания). Порт для программирования взаимодействует с микросхемой 16U2, выполняющей роль преобразователя USB-UART. Микросхема 16U2 в свою очередь соединена с первым UART микроконтроллера SAM3X (выводы RX0 и TX0), а также управляет его выводами Reset и Erase. При открытии и закрытии порта на скорости 1200 бод, на выводах Erase и Reset формируется активный уровень, что приводит к очистке памяти микроконтроллера. Таким образом, срабатывает так называемая процедура "аппаратной очистки" перед взаимодействием с UART SAM3X. Этот способ более надежен, чем "программная очистка" при использовании штатного USB-порта, и работает даже в случае зависания процессора. Именно поэтому для прошивки Arduino Due рекомендуется использовать порт для программирования.
  • Штатный USB-порт: Для использование этого порта в среде разработки Arduino IDE в качестве рабочей платы выберите "Arduino Due (Naive USB Port)". Штатный USB-порт соединен непосредственно с микроконтроллером SAM3X. Подсоедините Due к компьютеру, соединив USB-кабель со штатным USB-разъемом (расположенным ближе к кнопке сброса). Открытие и закрытие порта на скорости 1200 бод приведет к срабатыванию процедуры "программной очистки", во время которой очищается flash-память, перезагружается микроконтроллер и стартует загрузчик. Поскольку эта процедура выполняется исключительно программой самого микроконтроллера SAM3X, то в случае зависания последнего процесс очистки может не произойти. При этом открытие/закрытие штатного порта на различных скоростях не поможет перезагрузить микроконтроллер.

В отличие от других плат Ардуино, для программирования которых используется avrdude, процесс прошивки Arduino Due осуществляется с помощью программы .

Исходный код прошивки микроконтроллера ATmega16U2 доступен в репозитории Ардуино . Прошить микроконтроллер можно через разъем для внутрисхемного программирования ISP с помощью внешнего программатора (в этом случае затрется DFU-загрузчик).

Защита USB от перегрузок

В Arduino Due есть восстанавливаемые предохранители, защищающие USB-порт компьютера от коротких замыканий и перегрузок. Несмотря на то, что большинство компьютеров имеют собственную защиту, такие предохранители обеспечивают дополнительный уровень защиты. Если от USB-порта потребляется ток более 500 мА, предохранитель автоматически разорвет соединение до устранения причин короткого замыкания или перегрузки.

Физические характеристики и совместимость с платами расширения

Максимальная длина и ширина печатной платы Arduino Due составляет 10.2 см и 5.4 см соответственно, с учетом USB-разъемов и разъема питания, выступающих за пределы платы. Три крепежных отверстия позволяют прикреплять плату к поверхности или корпусу. Обратите внимание, что расстояние между цифровыми выводами 7 и 8 не кратно традиционным 2.54 мм и составляет 4 мм.

Arduino Due спроектирован таким образом, чтобы обеспечивать совместимость с большинством плат расширения для Uno, Diecimila или Duemilanove. Расположение основных выводов платы полностью эквивалентно: цифровые выводы 0 - 13 (а также смежные выводы AREF и GND), аналоговые входы 0 - 5, разъем POWER и разъем "ICSP" (SPI) - все выводы расположены на одинаковых расстояниях друг относительно друга. Кроме того, линии основного приемопередатчика UART соединены с одними и теми же выводами (0 и 1). Пожалуйста, обратите внимание, что номера выводов I2C на Arduino Due (20 и 21) отличаются от выводов Duemilanove / Diecimila (аналоговые входы 4 и 5).

Подробная инструкция по работе с Arduino Due (на англ.)

Общие сведения

Arduino Due — плата микроконтроллера на базе процессора Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 (описание). Это первая плата Arduino на основе 32-битного микроконтроллера с ARM ядром. На ней имеется 54 цифровых вход/выхода (из них 12 можно задействовать под выходы ШИМ), 12 аналоговых входов, 4 UARTа (аппаратных последовательных порта), a генератор тактовой частоты 84 МГц, связь по USB с поддержкой OTG, 2 ЦАП (цифро-аналоговых преобразователя), 2 TWI, разъем питания, разъем SPI, разъем JTAG, кнопка сброса и кнопка стирания.

Внимание! В отличие от других плат Arduino, Arduino Due работает от 3,3 В. Максимальное напряжение, которое выдерживают вход/выходы составляет 3,3 В. Подав более высокое напряжение, например, 5 В, на выводы Arduino Due, можно повредить плату.

Плата содержит все, что необходимо для поддержки микроконтроллера. Чтобы начать работу с ней, достаточно просто подключить её к компьютеру кабелем микро-USB, либо подать питание с AC/DC преобразователя или батарейки. Due совместим со всеми платами расширения Arduino, работающими от 3,3 В, и с цоколевкой Arduino 1.0.

Расположение выводов Due повторяет цоколевку Arduino 1.0:

  • TWI: Выводы SDA и SCL расположены рядом с выводом AREF.
  • Вывод IOREF, который позволяет с помощью правильной конфигурации адаптировать присоединенную плату расширения к напряжению, выдаваемому Arduino. Благодаря этому платы расширения могут быть совместимы и с 3,3-вольтовыми платами типа Due и с платами на базе AVR, работающими от 5 В.
  • Неподключенные выводы, зарезервированные для использования в будущем.

Преимущества ядра ARM

На Due установлено 32-битное ARM ядро, превосходящее по производительности обычные 8-битные микроконтроллеры. Наиболее значимые отличия:

32-битное ядро, позволяющее выполнять операции с данными шириной 4 байта за 1 такт (более подробную информацию смотри на странице int type).

  • частота процессора (CPU) 84 МГц.
  • 96 КБ ОЗУ.
  • 512 КБ флеш-памяти для хранения программ.
  • контроллер DMA, который разгружает центральный процессор от выполнения интенсивных операций с памятью.
Схема, исходные данные и расположение выводов
Характеристики

Микроконтроллер

 AT91SAM3X8E

Рабочее напряжение

Входное напряжение (предельное)

Цифровые Входы/Выходы

Аналоговые входы

 12
Аналоговые выходы 2 (ЦАП)
Общий выходной постоянный ток
на всех входах/выходах
Постоянный ток через вывод 3,3 В 800 мА
Постоянный ток через вывод 5 В 800 мА
Флеш-память 512 КБ доступно всего для пользовательских приложений
ОЗУ 96 КБ (два банка: 64 КБ и 32 КБ)
Тактовая частота 84 МГц
Питание

Питание Arduino Due может осуществляться через USB соединитель или с помощью внешнего источника питания. Выбор источника питания выполняется автоматически.

Внешним (не USB) источником питания может быть либо AC/DC преобразователь («wall wart» - адаптер в одном корпусе с вилкой), либо батарея. Адаптер подключается к разъему питания платы 2,1 мм штепсельной вилкой с центральным положительным контактом. Выводы батареи подключаются к контактам Gnd и Vin разъема POWER. Плата может функционировать при внешнем питании от 6 до 20 В. Но если напряжение питания опускается ниже 7 В, на выводе 5 В может оказаться меньше пяти вольт, и плата будет работать нестабильно. Если же подается напряжение более 12 В, может перегреться стабилизатор напряжения, что приведет к повреждению платы. Рекомендуемый диапазон напряжений - от 7 до 12 В.

Ниже перечислены выводы питания:

  • VIN . Это входное напряжение для платы Arduino, когда она питается от внешнего источника питания (в противоположность 5 вольтам, поступающим через USB соединение или от иного регулируемого источника питания). Напряжение питания может подаваться на этот вывод, или сниматься с этого вывода в случае питания через разъем питания.
  • 5V . Данный вывод служит выходом регулируемого напряжения 5 В со встроенного стабилизатора на плате. Сама плата может питаться через разъем питания постоянного тока (7-12 В), либо через USB соединитель (5 В), либо через вывод VIN на плате (7-12V). Питающее напряжение через выводы 5 В и 3,3 В подается в обход стабилизатора и может повредить вашу плату. Мы не советуем так делать.
  • 3.3V . Питание 3,3 В, вырабатываемое встроенным стабилизатором. Максимальный выходной ток 800 мА. Стабилизатор также обеспечивает питание микроконтроллера SAM3X.
  • GND. Земляные выводы.
  • IOREF . Данный вывод платы Arduino обеспечивает опорное напряжение, при котором работает микроконтроллер. Верно сконфигурированная плата расширения может считать напряжение на выводе IOREF и выбрать соответствующий источник питания, или разрешить использование выходных преобразователей напряжения для работы с 5 В или 3,3 В.
Память

Флеш-память SAM3X составляет 512 КБ (2 блока по 256 КБ) для хранения программ. Загрузчик (бутлодер) записывается Atmel при производстве и хранится в специально отведенном для него ПЗУ. Доступный объем ОЗУ составляет 96 КБ в двух смежных банках - 64 КБ и 32 КБ. Вся доступная память (флеш-память, ОЗУ и ПЗУ) может адресоваться напрямую как плоское адресное пространство.

Существует возможность стереть флеш-память SAM3X с помощью встроенной кнопки стирания. При этом из микропроцессора удалится текущая загруженная программа. Для стирания нажмите и несколько секунд удерживайте кнопку стирания при включенном питании платы.

Входы и Выходы
  • Цифровые входы/выходы: выводы с 0 по 53
    Каждый из 54 цифровых выводов Due может использоваться в качестве входа или выхода, с помощью функций pinMode() , digitalWrite() и digitalRead() . Выводы работают от 3,3 В. Каждый вывод может выдавать (как источник) ток 3 мА или 15 мА, в зависимости от вывода, или получать (как приемник) ток 6 мА или 9 мА, в засимости от вывода. На них также имеются внутренние нагрузочные резисторы (по умолчанию они отключены) номиналом 100 кОм. Кроме этого, некоторым выводам назначены специализированные функции:
  • Последовательная линия: 0 (RX) и 1 (TX)
  • Последовательная линия 1: 19 (RX) и 18 (TX)
  • Последовательная линия 2: 17 (RX) и 16 (TX)
  • Последовательная линия 3: 15 (RX) и 14 (TX)
    Эти выводы используются для приема (RX) и передачи (TX) последовательных данных TTL (с уровнем 3,3 В). Выводы 0 и 1 соединены с соответствующими выводами последовательного контроллера ATmega16U2 USB-to-TTL.
  • ШИМ : выводы с 2 по 13
    На них реализуется 8-битный выход ШИМ с помощью функции analogWrite() . Разрешение ШИМ можно менять, используя функцию analogWriteResolution() .
  • SPI : разъем SPI (разъем ICSP на других платах Arduino)
    Данные выводы служат для связи по SPI с использованием библиотеки SPI . Сигналы SPI выведены на центральный 6-контактный разъем, который физически совместим с Uno, Leonardo и Mega2560. Разъем SPI можно использовать только для связи с другими устройствами SPI, но не для программирования SAM3X по технологии внутрисхемного последовательного программирования (ICSP). SPI на Due также имеет расширенные функции, доступные при использовании Расширенных методов SPI для Due .
  • CAN : CANRX и CANTX
    На этих выводах поддерживается протокол связи CAN, но пока его не поддерживают программные интерфейсы (API) Arduino.
  • " L " LED : 13
    Встроенный светодиод, подключенный к цифровому выводу 13. При высоком уровне сигнала на данном выводе, светодиод включается, при низком - выключается. Возможно также убавить яркость светодиода, поскольку вывод 13 одновременно является выходом ШИМ.
  • TWI 1: 20 (SDA) и 21 (SCL)
  • TWI 2: SDA 1 и SCL 1
    На данных выводах с использованием библиотеки Wire поддерживается связь по TWI.
  • Аналоговые входы: выводы с A 0 по A 11
    Плата Arduino Due имеет 12 аналоговых входов, каждый из которых может обеспечить разрешение 12 бит (т.е. 4096 различных значений). По умолчанию установлено разрешение 10 бит для совместимости с другими платами Arduino. Разрешение АЦП можно менять при помощи функции analogReadResolution() . Аналоговые ходы Due производят измерения от уровня земли до максимального значения 3,3 В. Приложение к этим выводам напряжения свыше 3,3 В вызовет повреждение кристалла SAM3X. Функция analogReference() на Due игнорируется.
    Вывод AREF подключен к аналоговому выводу опорного напряжения SAM3X через резисторный мост. Для активации вывода AREF необходимо отпаять с печатной платы резистор BR1.
  • DAC 1 и DAC 2
    На выводах ЦАП DAC 1 и DAC 2 предоставляются достоверные аналоговые выходы с 12-битным разрешением (4096 уровней) при помощи функции analogWrite() . Данные выводы можно использовать для создания аудиовыхода, используя при этом библиотеку Audio .

Другие выводы:

  • AREF
    Опорное напряжение для аналоговых входов. Используется с функцией analogReference ().
  • Reset
  • По низкому уровню на этой линии происходит сброс микроконтроллера. Типичное применение вывода Reset - добавление кнопки сброса на плату расширения, которая перекрывает эту кнопку на микроконтроллере.
Связь

В Arduino Due есть ряд средств для взаимодействия с компьютером, платами Arduino и другими микроконтроллерами, а также различными устройствами, такими как телефоны, планшеты, фотокамеры и т.п. SAM3X имеет один аппаратный UART и три аппаратных USARTа для последовательной связи TTL-уровня (3,3 В).

Порт программирования соединен с ATmega16U2 , предоставляющей виртуальный COM порт для программ на подключенном компьютере. (Для определения этого устройства компьютеру с ОС Windows потребуется файл.inf, на машинах же с OSX и Linux плата автоматически будет распознана как COM порт). Чип 16U2 также соединен с аппаратным UARTом SAM3X. Последовательная шина на выводах RX0 и TX0 предоставляет преобразование Serial-to-USB для программирования платы через микроконтроллер ATmega16U2. В программное обеспечение Arduino входит монитор последовательной шины, который дает плате возможность отправлять и принимать простые текстовые сообщения. Светодиоды RX и TX на плате будут мигать, когда идет передача данных через кристалл ATmega16U2 и через USB подключение к компьютеру (но не во время последовательного обмена по выводам 0 и 1).

Собственный USB порт может также работать как USB хост для подключенных периферийных устройств: мыши, клавиатуры и смартфотонов. Чтобы использовать эти свойства, обратитесь к справочным страницам USB хост .

Программирование

Arduino Due можно запрограммировать с помощью программных средств Arduino (скачать). Более детальная информация содержится в .

отличается от таковой для микроконтроллеров AVR, находящихся на других платах Arduino, поскольку необходимо стереть флеш-память перед тем как перепрограммировать её. Загрузка в кристалл управляется из ПЗУ контроллера SAM3X и запускается, только когда флеш-память кристалла пуста.


Плату можно программировать через оба USB порта, хотя рекомендуется использовать порт программирования, в связи с тем, что он поддерживает стирание кристалла:

  • Порт программирования : Для использования этого порта выберите в Arduino IDE в качестве вашей платы "Arduino Due (Programming Port)". Подключите порт программирования платы Due (ближайший к разъему питания постоянного тока) к вашему компьютеру. Порт программирования использует микросхему 16U2 в качестве преобразователя USB-to-serial, соединенный с первым UARTом контроллера SAM3X (RX0 и TX0). Два вывода 16U2 подключены к выводам Reset и Erase SAM3X. Открытие и закрытие порта программирования, подключенного на скорости передачи 1200 бит в секунду, запускает процедуру «аппаратного стирания» чипа SAM3X, активирование выводов Erase и Reset на SAM3X перед установлением связи с UART. Это рекомендуемый порт для программирования Due. Аппаратное стирание более надежно, чем «программное стирание», которое происходит на собственном USB порте, и будет работать даже в случае повреждения главного микропроцессора.
  • Собственный порт : Чтобы использовать этот порт, выберите в Arduino IDE тип вашей платы "Arduino Due (Native USB Port)". Собственный USB порт подсоединен напрямую к SAM3X. Подключите собственный USB порт Arduino Due (ближний к кнопке Reset) к вашему компьютеру. Открытие и закрытие собственного порта при скорости передачи 1200 бит в секунду запускает процедуру «программного стирания»: флеш-память стирается и плата перезапускается с помощью загрузчика. Если главный микроконтроллер по какой-либо причине поврежден, то, вероятно, программное стирание не будет работать, так как эта процедура на SAM3X происходит полностью программно. Открытие и закрытие собственного порта на других скоростях передачи не вызовет сброса SAM3X.

В отличие от других плат Arduino, использующих для загрузки avrdude, Due полагается на bossac.

Токовая защита разъема USB

На Arduino Due имеется самовосстанавливающийся предохранитель, назначение которого - защитить USB порты вашего компьютера от короткого замыкания и перегрузки по току. Несмотря на то, что в большинстве компьютеров есть встроенная защита по току, этот предохранитель дает дополнительную защиту. При токе через USB порт более 500 мА связь автоматически обрывается предохранителем до прекращения перегрузки или короткого замыкания.

Физические характеристики и совместимость с платами расширения

Максимальная длина печатной платы Arduino Due равна 4 дюйма, а ширина - 2,1 дюйма, без учета USB соединителей и разъема питания, которые выступают за приведенные габаритные размеры. Три отверстия под винты позволяют закрепить плату на поверхности или в корпусе. Обратите внимание, что расстояние между цифровыми выводами 7 и 8 составляет 160 мил (0.16", 4,064 мм), не кратно промежуткам в 100 мил (2,54 мм) между остальными выводами.

Arduino Due сделан совместимым с большинством плат расширения, разработанных для Uno, Diecimila или Duemilanove. Цифровые выводы с 0 по 13 (и соседние выводы AREF и GND), аналоговые входы с 0 по 5, разъем питания, разъем "ICSP" (SPI) расположены одинаково на всех платах. Более того, основной UART (последовательный порт) находится на тех же выводах (0 и 1).
Пожалуйста, обратите внимание, что шина I 2 C расположена в Arduino Due на других выводах (20 и 21), не так как в Duemilanove / Diecimila (аналоговые входы 4 и 5).

Для подключения Arduino Due к компьютеру понадобится USB-кабель типа Micro-B. USB-кабель необходим как для питания, так и для прошивки устройства.

Один конец кабеля с разъемом micro-USB вставьте в разъем для программирования Arduino Due (находится возле разъема питания). Для прошивки скетча необходимо в среде программирования Ардуино IDE из меню Tools > Board выбрать пункт Arduino Due (Programming port), а также из меню Tools > Serial Port выбрать соответствующий последовательный порт.

Основные отличия от плат на основе микроконтроллеров ATMEGA

В целом, для программирования и работы с Arduino Due используются те же принципы, что и с другими моделями Ардуино. Однако, есть и несколько ключевых отличий Due от других плат.

Печатная плата Due похожа на модель Arduino Mega 2560.

Напряжение

Микроконтроллер в составе Arduino Due работает от 3.3В, что влечет за собой некоторые ограничения. В частности, напряжение, используемое для питания подключаемых датчиков или управления исполнительными устройствами, так же не может превышать 3.3В. В случае подачи большего напряжения (например, 5В, характерных для большинства плат Ардуино) Arduino Due выйдет из строя.

Устройство может быть запитано, как от USB, так и от разъема питания. Во втором случае, напряжение питания должно лежать в диапазоне от 7В до 12В.

В Arduino Due есть импульсный стабилизатор напряжения с высоким КПД, соответствующий требованиям, предъявляемым USB-хост устройствам. Благодаря этому, Ардуино может служить источником питания для какого-либо USB-гаджета, подключаемого к штатному USB-порту, выполняющего роль хоста. Ардуино может работать в качестве USB-хоста только при питании от внешнего источника.

Последовательные порты на Arduino Due

В Arduino Due есть два USB-порта. Штатный USB-порт (обозначен на рисунке, как Native ) соединен непосредственно с процессором SAM3X и поддерживает последовательную CDC-связь через объект SerialUSB . Второй USB-порт - это порт для программирования (обозначен на рисунке, как Programming port). Он подключен к контроллеру ATMEL 16U2, выступающего в роли USB-UART преобразователя. По умолчанию для загрузки программ и взаимодействия с Ардуино используется порт для программирования.

Преобразователь USB-UART порта для программирования соединен с первым UART`ом контроллера SAM3X. Поэтому программно взаимодействовать с эти портом можно через объект "Serial".

Штатный USB-порт подключен непосредственно к выводам контроллера SAM3X, отвечающим за функцию USB-хоста. Штатный USB-порт позволяет использовать Arduino Due как в качестве внешнего периферийного устройства компьютера (например, USB-мыши или клавиатуры), так и в роли USB-хоста, к которому можно подключать различные устройства (такие, как мышь, клавиатура или Android-смартфон, например). А с помощью объекта "SerialUSB", описанного в языке программирования Ардуино, этот же порт можно использовать и как виртуальный последовательный порт.

Автоматический (программный) сброс

Микроконтроллер SAM3X отличается от AVR-микроконтроллеров тем, что перед перепрошивкой его флеш-памяти, ее содержимое сперва необходимо стереть. Чтобы сделать это вручную, необходимо где-то на секунду зажать кнопку очистки памяти, нажать кнопку Upload в среде Ардуино, а затем нажать кнопку сброса.

Чтобы не повторять эту процедуру каждый раз, она была автоматизирована и может выполнятся программно как через штатный порт, так и через порт для программирования:

Штатный порт

Процедура программной очистки (т.н. "soft-erase") автоматически активируется при закрытия порта, открытого на скорости 1200 бит/с. При это очищается флеш-память контроллера, устройство сбрасывается и стартует загрузчик. Если по какой-либо причине во время этого в процессоре произойдет сбой, то вероятнее всего soft-erase не произойдет, поскольку эта процедура выполняется программно самим контроллером.

Открытие и закрытие штатного порта на скоростях, отличных от 1200 бод, не приведет к перезагрузке контроллера SAM3X. Для того, чтобы использовать программу Serial Monitor для наблюдения данных, отправляемых вашим скетчем, необходимо добавить несколько строк кода в программный блок setup(). Такой фрагмент заставит контроллер SAM3X дождаться открытия порта SerialUSB перед выполнением основной программы:

While (!Serial) ;

Нажатие кнопки сброса на Arduino Due приводит не только к перезагрузке SAM3X, но и к сбросу USB-соединения. В случае, если программа Serial Monitor открыта, то после разрыва соединения необходимо закрыть и заново открыть ее для восстановления сеанса связи.

Порт для программирования

USB-порт для программирования взаимодействует с USB-UART преобразователем Ардуино, который в свою очередь соединен с первым UART`ом микроконтроллера SAM3X (а именно, с выводами RX0 и TX0). Причем микросхема USB-UART преобразователя управляет также выводами Reset и Erase главного микроконтроллера. При открытии последовательного порта, USB-UART преобразователь перед тем, как обмениваться данными с UART`ом контроллера, формирует на выводах Erase и Reset активный уровень сигнала, что приводит к очистке памяти SAM3X. Этот способ более надежен, чем "программная очистка" при использовании штатного USB-порта, и работает даже в случае зависания процессора.

Для программного взаимодействия с этим портом в среде разработки Ардуино используйте объект "Serial". Аналогично построена работа с USB-портом и на Arduino Uno, поэтому все программы, написанные для Uno, будут так же работать и на Due. Кроме того, порт для программирования Arduino Due ведет себя так же, как и последовательный порт Uno, в том плане, что USB-UART преобразователь в составе устройства сбрасывает главный контроллер при каждом открытии последовательного порта.

Нажатие кнопки сброса во время использования порта для программирования не разрывает USB-соединение с компьютером, поскольку сбрасывается только главный контроллер SAM3X.

USB-хост

Arduino Due может работать в качестве USB-хоста для периферийных устройств, подключаемых к порту SerialUSB. Для получения дополнительной информации и примеров кода, см. справку по USB-хост .

Когда Due используется в качестве хоста, он же служит источником питания для подключенного устройства. Поэтому в таком режиме работы настоятельно рекомендуется запитывать Arduino Due от внешнего источника питания.

Разрядность АЦП и ШИМ

В Arduino Due есть возможность изменять разрядность для считывания и формирования аналоговых величин (которые, по умолчанию, равны 10 и 8 битам, соответственно). Максимальная разрядность АЦП и ШИМ составляет 12 бит. Для получения дополнительной информации см. описание функций analogWriteResolution() и analogReadResolution() .

Расширенные возможности SPI

Установка драйверов для Arduino Due

OSX

  • В операционной системе OSX установка драйверов не требуется. В зависимости от установленной версии ОС, при подключении устройства к компьютеру должно появится диалоговое окно, предлагающее открыть Сетевые настройки (“Network Preferences”). Кликните "Network Preferences...", дождитесь появления окна и нажмите кнопку "Apply". Arduino Due появится в системе под статусом "Not Configured", но при этом будет работать нормально. Теперь можно выйти из системных настроек.

Windows (протестировано на XP и 7)


Linux

  • На Linux установка драйверов не требуется вообще.

Прошивка программы в Arduino Due

С точки зрения пользователя, процесс прошивки программ в Arduino Due осуществляется точно так же, как и в других моделях Ардуино. Несмотря на то, что для прошивки скетчей можно использовать любой USB-порт Due, все же рекомендуется задействовать для этой цели порт для программирования.

Для прошивки своей программы через порт для программирования, сделайте следующее:

  • Подключите устройство к компьютеру, подсоединив USB-кабель к порту для программирования Ардуино (этот порт расположен ближе к разъему питания).
  • Откройте среду разработки Ардуино.
  • В меню "Tools" выберите пункт "Serial Port" и укажите последовательный порт, ассоциированный в системе с Arduino Due
  • Из меню "Tools > Boards" выберите пункт "Arduino Due (Programming port)"

После выполнения указанных действий можно прошивать в Ардуино свою программу.