Arduino Due: распиновка, схема подключения и программирование. Начало работы с Arduino Due Установка ядра Arduino SAM

Arduino Due - это мощная Arduino, основанная на 32-битном ARM-процессореAT91SAM3X8E от Atmel. Он обладает тактовой частотой 84 МГц, а его 32-битная архитектура позволяет выполнять большинство операций на целыми числами в 4 байта за один такт.

Характеристики Arduino Due

• 96 Кб SRAM (оперативная память)
• 512 Кб флеш-памяти (для хранения программы)
• Прямой доступ к памяти (DMA) для задач, активно работающих с данными в памяти
• 54 цифровых входов/выходов; 12 из них поддерживают ШИМ (PWM)
• 4 аппаратных последовательных порта (UART)
• 12 аналоговых входов
• 2 цифро-аналоговых преобразователя (DAC) для 2 аналоговых выходов
• 2 шины TWI / I²C
• SPI-разъём
• JTAG-разъём
• Поддержка USB On The Go (USB OTG) для подключения других USB-устройств

Внимание! В отличии от большинства плат Arduino, родным напряжением Arduino Due 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. Подача большего напряжения может повредить процессор! Будьте внимательны при подключении периферии: убедитесь, что она может корректно функционировать в этом диапазоне напряжений.

Контакты Arduino Due

• Цифровые входы/выходы: контакты 0–53. Работают на напряжении 3,3 В. В режиме выхода могут выдавать ток 3 или 15 мА (в зависимости от контакта); в режиме входа - принимать ток 6 или 9 мА (в зависимости от контакта). К контактам также подключены подтягивающие резисторы по 100 кОм, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.
• Аппаратные последовательные порты (RX/TX): 0/1, 19/18, 17/16, 15/14. Передача данных осуществляется на уровне 3,3 В. Первая пара также соединена с чипом ATmega16U2, отвечающим за подключение через USB к компьютеру.
• Широтно-имульсная модуляция (ШИМ/PWM): контакты 2–13. Дают возможность выдавать аппаратный шим с разрешением 8 бит (256 градаций).
• SPI - отдельная группа контактов 2×3. На Arduino Due используется только для общения по SPI-интерфейсу с другими устройствами. Он не может быть использован для программирования контроллера, как на других Arduino. По расположению он в точности совпадает с расположением на , Arduino Mega 2560, Arduino Leonardo, а следовательно даёт возможность работы с платами расширения его использующими, таких как Ethernet Shield.
• CAN-шина: контакты CANRX и CANTX. Позволяют использовать Arduino Due в автомобильных сетях. Поддержка с программной стороны пока не реализована производителем.
• Встроенный светодиод: контакт 13 (L). Для простой индикации. В отличии от Arduino Uno и Mega, он поддерживает ШИМ.
• Шины TWI/I²C: 20(SDA)/21(SCL), SDA1/SCL1. Для общения с периферией по синхронному протоколу, через 2 провода.
• Аналоговые входы: контакты A0–A11. Принимают сигнал до 3,3 В. Большее напряжение может вывести процессор из строя. Аналоговые входы предоставляют разрешение до 12 бит (4096 градаций), хотя по умолчанию настроены на разрешение в 10 бит для совместимости со скетчами для других моделей Arduino.
• Цифро-аналоговый преобразователь: контакты DAC1 и DAC2. Позволяют выдавать настоящий аналоговый сигнал с 12-битным разрешением (4096 градации), например, для устройств, связанных с обработкой звука.
• Сброс процессора: RESET. Позволяет аппаратно перезагружать плату.
• Входное напряжение: Vin. Выдаёт напряжение, поданное внешним источником, либо может являться входом для внешнего питания.
• Стабилизированные 5 В: контакт 5V. Позволяет получать ровные 5 В и ток до 800 мА.
• Стабилизированные 3,3 В: контакт 3.3V. Позволяет получать ровные 3,3 В и ток до 800 мА.
• Общая земля: GND.
• Опорное напряжение для плат расширения: IOREF. Платы расширения должны «советоваться» с этим контактом, чтобы правильно определять родное напряжение родительской платы. Arduino Due выдаёт на IOREF 3,3 В.

Память Arduino Due

• На борту SAM3X - 2 блока по 256 Кб флеш-памяти для хранения программы
• Загрузчик (bootloader) располагается в отдельной памяти только для чтения и прошит на заводе Atmel
• Оперативная SRAM-память поделена на 2 банка: 64 и 32 Кб

Любая память доступна для последовательной адресации из программы. Содержимое флеш-памяти (программа) может быть очищено зажатием на несколько секунд кнопки Erase на плате.

Коммуникация

Arduino Due позволяет взаимодействовать с компьютером, другими Arduino, микроконтроллерами и различными устройствами вроде телефонов, планшетов, фотоаппаратов. Для этого плата предоставляет три аппаратных последовательных порта (UART/USART), две шины TWI/I²C, интерфейс SPI и USB-порт.

Один USB-порт (programming) используется для прошивки Arduino Due. Он подключён к чипу ATmega16U2 на плате, который является мостом между USB и аппаратным портом SAM3X, используемым для программирования процессора и связи с компьютером.

Второй USB-порт (native) может использоваться для связи с другими устройствами как в режиме slave (эмуляция мыши, клавиатуры), так и в режиме host (приём данных с фотоаппаратов, управление мышью, клавиатурой, телефоном).

Совместимость

Платформа по своему форм-фактору полностью совпадает с Arduino Mega 2560. Это означает механическую совместимость со всеми платами расширения для Arduino Mega, Arduino Uno, Arduino Leonardo.

Однако, в силу того, что родным является напряжение в 3,3 В, а не 5 В, как на других моделях, стоит обязательно удостоверяться в возможности подключения платы расширения к Arduino Due.

Питание, защита USB и принципы взаимодействия аналогичны другим моделям Arduino.

Габариты Arduino Due

Размер платы составляет 10,16 × 5,3 см (против 6,9 × 5,3 см базовой модели). Гнёзда для внешнего питания и USB выступают на пару миллиметров за обозначенные границы. На плате предусмотрены места для крепления на шурупы или винты. Расстояние между контактами составляет 0,1” (2,54 мм), но в случае 7-го и 8-го контакта - расстояние: 0,16”.

Где купить Arduino

Наборы Arduinoможно купить на официальном сайте и в многочисленных интернет-магазинах.

Наиболее привлекательные цены, постоянные спецпредложения и бесплатная доставка на сайтах китайских магазинов

Радиомодуль NRF24L01, OKI 120A2, SD Card Module, Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, Модем M590E GSM GPRS, Часы реального времени DS 3231/DS 1307, Mini 360 на схеме LM2596, L293D, Инфракрасные датчики расстояния, Часы реального времени, HC-SR501, блок питания Mini 360 на схеме LM2596, Контроллер L298N, HC-SR501, GSM GPRS, Модем M590E GSM GPRS, Часы реального времени DS 3231/DS 1307, Модуль Wi-Fi ESP8266-12E, Card Module, Блок питания, Mini 360, L293D, блок питания Mini 360 на схеме LM2596, Радиомодуль, ИК-пульт дистанционного управления, ИК-пульт, Ethernet shield, Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, Микросхема контроллера коллекторного электродвигателя, ИК-пульт дистанционного управления, SD Card Module, Радиомодуль NRF24L01, двигатель OKI, L293D, Шаговый двигатель, Блок питания, L293D, блок питания Mini 360 на схеме LM2596, Карта памяти SD, Ethernet shield, датчик движения HC-SR501, Модуль Wi-Fi ESP8266-12E, Шаговый двигатель OKI 120A2, Шаговый двигатель,

Arduino Due - плата микроконтроллера на базе процессора Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3. Это первая плата Arduino на основе 32-битного микро- контроллера с ARM-ядром.

В отличие от других плат Arduino, Arduino Due работает от 3,3 В. Максимальное напряжение, которое выдерживают входы/выходы, составляет 3,3 В.

Плата Arduino Due

Характеристики платы Arduino Due

Общие сведения

Arduino Due - это устройство на основе микропроцессора Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 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. ).
• 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

Расположение выводов: распиновка SAM3X

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 С использованием функций , и каждый из 54 цифровых выводов может работать в качестве входа или выхода. Рабочее напряжение этих выводов составляет 3.3В. Максимальный выходной ток каждого вывода колеблется в пределах от 3 мА до 15 мА (в зависимости от вывода), а максимальный входной ток - от 6 до 9 мА (в зависимости от вывода). Все выводы сопряжены с внутренними подтягивающими резисторами (по умолчанию отключенными) номиналом 100 кОм. Помимо этого, некоторые из выводов могут выполнять дополнительные функции:

• Последовательный интерфейс Serial: выводы 0 (RX) и 1 (TX)
• Последовательный интерфейс Serial 1: выводы 19 (RX) и 18 (TX)
• Последовательный интерфейс Serial 2: выводы 17 (RX) и 16 (TX)
• Последовательный интерфейс Serial 3: выводы 15 (RX) и 14 (TX)

Используются для получения (RX) и передачи (TX) последовательных данных (уровень напряжения TTL 3.3В). Выводы 0 и 1 соединены с соответствующими выводами микросхемы ATmega16U2, выполняющей роль преобразователя USB-UART.

• ШИМ: выводы со 2 по 13

С помощью функции analogWrite() могут выводить 8-битные аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала. Разрядность ШИМ можно изменить с помощью функции analogWriteResolution().

• Интерфейс SPI: выводы SPI (на платах Ардуино разъем ICSP)

С применением данные выводы могут осуществлять связь по интерфейсу SPI. Линии SPI выведены на 6-контактный разъем по центру платы, физически совместимый с Uno, Leonardo и Mega2560. Обратите внимание, что разъем SPI не предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера SAM3X и может использоваться только для связи с другими SPI-устройствами. Кроме того, в Arduino Due SPI имеет ряд дополнительных возможностей, которые можно использовать с помощью специальных методов.

• 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

С использованием данные выводы могут осуществлять связь по интерфейсу TWI.

• Аналоговые входы: выводы A0 - A11

1. В Arduino Due есть 12 аналоговых входов, каждый из которых может представить аналоговое напряжение в виде 12-битного числа (4096 значений). Разрядность АЦП, взаимодействующего с этими выводами, по умолчанию, установлена в 10 бит (для совместимости с другими платами Ардуино). Изменить разрядность АЦП можно с помощью функции AnalogReadResolution"На аналоговые входы Arduino Due можно подавать напряжение в диапазоне от 0 до 3.3В. При подаче большего напряжения микроконтроллер SAM3X может выйти из строя. Функция AnalogReference() в Arduino Due игнорируется.

На плате вывод AREF соединен с выводом опорного напряжения микросхемы SAM3X через резисторный мост. Для использования вывода AREF необходимо выпаять резистор BR1.

• DAC1 и DAC2

Аналоговые выходы 12-битного цифро-аналогового преобразователя. С помощью функции analogWrite() позволяют формировать 4096 различных уровня напряжения. Данные выводы могут использоваться для создания удио-выхода смотреть библиотеку Audio.

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).

Штатный USB-порт на плате также соединен с контроллером SAM3X и предназначен для последовательной (CDC) передачи данных через USB. Данный порт позволяет Ардуино взаимодействовать с различными приложениями на компьютере (например, Serial Monitor или др.). Использование штатного USB-порта при подсоединении к компьютеру позволяет Arduino Due работать в качестве USB-мыши или клавиатуры. Более подробную информацию об этом см. в справке по библиотекам Mouse и Keyborad.

Штатный USB-порт также может работать как USB-хост и поддерживает подключение периферийных устройств, таких как мыши, клавиатуры или смартфоны. Более подробную информацию об этом см. в справке по библиотеке USBHost.

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).

Плата Arduino Due построена на базе процессора Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3. Это первая плата Arduino на базе 32-битного ARM микроконтроллера. Она имеет 54 цифровых входных/выходных вывода (из которых 12 могут использоваться в качестве ШИМ выходов), 12 аналоговых входов, 4 UART (аппаратных последовательных порта), опорную частоту 84 МГц, USB соединение с возможностью OTG, 2 ЦАП (цифро-аналоговых преобразователя), 2 TWI, разъем питания, разъем SPI, разъем JTAG, кнопку перезагрузки и кнопку стирания.

Внимание : в отличие от других плат Arduino, плата Arduino Due работает с напряжением 3,3В. Максимальное напряжение, которое можно подавать на входные/выходные выводы, составляет 3,3В. Подача на входные/выходные выводы напряжений выше 3,3В может привести к выходу платы из строя.

Плата содержит всё необходимое для работы с микроконтроллером; для того, чтобы начать работу с ней, просто подключите ее к компьютеру с помощью microUSB кабеля или подайте питание от блока питания AC/DC или от батареи. Arduino Due совместима со всеми платами расширения Arduino, которые работают с 3,3В, и совместима с распиновкой Arduino версии 1.0.

Технические характеристики

Документация

Схемы, разводка платы, размеры

Arduino Due является открытой аппаратной платформой. Вы можете изготовить собственную плату, используя следующие файлы:

Преимущества архитектуры ARM

• 32-битное ядро, что позволяет выполнять операции с 4-байтными данными за один такт CPU;
• тактовая частота CPU составляет 84 МГц;
• 96 килобайт SRAM;
• 512 килобайт флеш-памяти для кода программ;
• DMA контроллер, что может освободить CPU от выполнения задач по интенсивной работе с памятью.

Питание

Arduino Due может получать питание либо через подключение USB, либо от внешнего источника питания. Источник питания выбирается автоматически.

Внешнее (не USB) питание может подаваться либо от AC/DC адаптера, либо от батареи. Адаптер может быть подключен с помощью 2,1 мм разъема питания с положительным контактом в центре. Питание от батареи может быть подано на выводы Vin и GND разъема POWER.

Плата может работать от внешнего питания от 6 до 20 вольт. Если подается питание меньше, чем 7 вольт, то на выводе 5V питание может составлять менее пяти вольт, и плата может начать работать нестабильно. Если используется питание более 12В, регулятор напряжения может перегреться и повредить плату. Рекомендуется использовать напряжение питания в диапазоне от 7 до 12 вольт.

Выводы питания:

• Vin . Вход питания платы при использовании внешнего источника питания (используется при отсутствии 5 вольт от USB подключения или от другого регулируемого источника питания). Вы можете подать питание через этот вывод, или, если напряжение питания подается через разъем питания, то это напряжение 5В будет доступно и на этом выводе.
• 5V . С этого вывода можно взять регулируемое напряжение 5В с выхода регулятора на плате. Плата может питаться через разъем питания (7-12В), через USB разъем (5В) или через вывод Vin на плате (7-12В). Подача напряжения через выводы 5V и 3.3V обходит регулятор и может повредить плату. Поэтому не советуем подавать питание на плату через эти выводы.
• 3V3 . Питание 3,3 вольта, выдаваемое регулятором на плате. Максимальный ток 800 мА. Этот регулятор также обеспечивает питанием микроконтроллер SAM3X.
• GND . Выводы земли.
• IOREF . Этот вывод обеспечивает опорное напряжение, с которым работает микроконтроллер. Правильно, сконфигурированная плата расширения, может прочитать напряжение на выводе IOREF и выбрать подходящий источник питания или перевести буферы выходов для работы с напряжением либо 5В, либо 3,3В.

Память

SAM3X обладает 512 килобайтами (2 блока по 256 Кб) флэш-памяти для хранения кода программы. Загрузчик заранее прошит на заводе Atmel и хранится в выделенной для этого ROM памяти. Доступная SRAM память расположена в двух смежных банках 64 Кб и 32 Кб. Вся доступная память (Flash, RAM и ROM) может быть доступна напрямую через плоское адресное пространство.

Также возможно стирание флеш-памяти SAM3X с помощью кнопки стирания, расположенной на плате. Это удалит из MCU загруженный код программы. Чтобы стереть код, нажмите и удерживайте кнопку Erase несколько секунд при поданном на плату питании.

Входы и выходы

Каждый из 54 цифровых выводов Arduino Due может быть использован и как вход, и как выход, с помощью функций pinMode() , digitalWrite() и digitalRead . Они работают с напряжением 3,3 вольта. Каждый вывод может обеспечить ток (в качестве источника) от 3 мА до 15 мА в зависимости от вывода, а также потреблять ток от 6 мА до 9 мА в зависимости от вывода. Они также имеют внутренний подтягивающий резистор (по умолчанию отключен) 100 кОм.

Также некоторые выводы обладают специальными функциями:

• последовательный порт: 0 (RX) и 1 (TX); последовательный порт 1: 19 (RX) и 18 (TX); последовательный порт 2: 17 (RX) и 16 (TX); последовательный порт 3: 15 (RX) и 14 (TX) . Выводы используются для приема (RX) и передачи (TX) последовательных данных с TTL уровнями 3,3 вольта. Выводы 0 и 1 также подключены к соответствующим выводам преобразователя USB-TTL на ATmega16U2;
• ШИМ: выводы со 2 по 13 . Обеспечивают 8-битный ШИМ выход с помощью функции analogWrite() . Разрешение ШИМ может быть изменено с помощью функции analogWriteResolution() ;
• SPI: разъем SPI (разъем ICSP на других платах Arduino) . Эти выводы поддерживают связь через SPI с помощью соответствующей библиотеки. SPI выводы подключены к 6-пиновому разъему в центре, который физически совместим с платами Arduino Uno, Leonardo и Mega2560. Разъем SPI может использоваться только для связи с другими SPI устройствами, но не для программирования SAM3X по технологии внутрисхемного программирования. SPI в Arduino Due обладает расширенными возможностями, которые могут использоваться с расширенных SPI методов для Due;
• CAN: CANRX и CANTX . Эти выводы поддерживают связь по протоколу CAN, но он еще не поддерживается Arduino API;
• светодиод: 13 . Встроенный светодиод подключен к цифровому выводу 13. При высоком уровне на выводе светодиод загорается, при низком - гаснет. Также возможно менцание светодиода, так как цифровой вывод 15 является еще и ШИМ выходом;
• TWI 1: 20 (SDA) и 21 (SCL), TWI 2: SDA1 и SCL1 . Поддерживают связь через TWI с помощью библиотеки Wire . SDA1 и SCL1 могут управляться с помощью класса Wire1 , поставляемого библиотекой Wire . В отличие от SDA и SCL, имеющих внутренние подтягивающие резисторы, SDA1 и SCL1 такими резисторами не обладают. Поэтому для использования Wire1 необходимо добавление двух подтягивающих резисторов на линии SDA1 и SCL1;
• Аналоговые входы: выводы от A0 до A11 . Arduino Due обладает 16 аналоговыми входами, каждый из которых обеспечивает 12-битное разрешение (т.е. 4096 разных значений). По умолчанию для совместимости с другими платами Arduino разрешение чтения устанавливается равным 10 бит. Разрешение АЦП можно изменить с помощью функции analogReadResolution() . Аналоговые входы Arduino Due измеряют напряжение от 0 до максимального значения 3,3 вольт. Подача напряжения более 3,3В на выводы Arduino Due может вывести из строя микросхему SAM3X. Функция analogReference() игнорируется платой Arduino Due. Вывод AREF подключен к выводу опорного аналогового напряжения SAM3X через резисторный мост. Для использования вывода AREF необходимо выпаять резистор BR1 на плате;
• DAC1 и DAC2 . Эти выводы обеспечивают настоящие аналоговые выходы с 12-битным разрешением (4096 уровней) с помощью функции analogWrite() . Эти выводы могут использоваться для создания аудиовыхода с помощью библиотеки Audio .

Еще пара выводов:

• AREF . Опорное напряжение для аналоговых входов. Используется совместно с analogReference() ;
• Reset . Низкий уровень на этом выводе приводит к перезагрузке микроконтроллера. Обычно используется для добавления кнопки сброса на платы расширения, закрывающей доступ к кнопке сброса на самой плате Arduino.

Связь

Плата Arduino Due обладает рядом возможностей для связи с компьютером, с другой платой или с другими микроконтроллерами, а также с различными устройствами, например, с телефонами, планшетами, камерами и т.д. SAM3X обеспечивает один аппаратный UART порт и три аппаратных USART порта для последовательной связи с TTL уровнями (3,3 вольта).

Порт программирования подключен к микроконтроллеру ATmega16U2, который обеспечивает виртуальный COM порт для связи с программным обеспечением на компьютере (для опознания устройства Windows машинам понадобится inf-файл, машины на OSX и Linux определят плату, как COM порт, автоматически). ATmega16U2 также подключена к аппаратному порту UART SAM3X. Последовательный порт на выводах RX0 и TX0 обеспечивает связь COM-USB для программирования платы через микроконтроллер ATmega16U2. Arduino IDE включает в себя монитор последовательного порта, который позволяет посылать и принимать от платы простые текстовые данные. Светодиоды RX и TX на плате загораются при передаче данных через микросхему ATmega16U2 и USB соединение (но не при передаче данных через выводы 0 и 1 последовательного порта).

Собственный USB порт подключен к SAM3X. Это позволяет использовать последовательную (CDC) связь поверх USB. Это обеспечивает последовательное соединение с монитором последовательного порта или с другими приложениями на вашем компьютере. Это также позволяет Arduino Due имитировать USB мышь или клавиатуру, подключенную к компьютеру. Для использования этой возможности посмотрите на документацию библиотек Mouse и Keyboard .

Собственный USB порт может также работать, как USB хост для подключенных периферийных устройств, например, мышь, клавиатура и смартфон.

SAM3X также поддерживает связь через TWI и SPI. Arduino IDE включает в себя библиотеку Wire для упрощения использования шины TWI. Для связи через SPI используется библиотека SPI .

Программирование

Arduino Due может быть прошит с помощью Arduino IDE.

Загрузка скетчей на SAM3X отличается от загрузки на AVR микроконтроллеры, установленные на другие платы Arduino, так как перед перепрограммированием необходимо стереть флеш-память. Загрузка кода управляется памятью ROM в SAM3X, которая запускается, только когда флеш-память контроллера пуста.

Плату можно запрограммировать через любой из USB портов, хотя рекомендуется использовать порт программирования, так как он поддерживает стирание микросхемы:

• Порт программирования: для использования этого порта выберите в Arduino IDE "Arduino Due (Programming Port)". Подлкючите Arduino Due к вашему компьютеру через порт программирования (ближайший к разъему питания). Порт программирования использует ATmega16U2 в качестве преобразователя "USB - последовательный порт", подключенного к первому порту UART SAM3X (RX0 и TX0). У ATmega16U2 есть два вывода, подключенных к выводам Reset и Erase SAM3X. Открытие и закрытие порта программирования, подключенного на скорости 1200 бит/с, вызывает процедуру «аппаратного стирания» микросхемы SAM3X, активируя выводы Erase и Reset SAM3X перед установлением соединения через UART. Рекомендуется использовать этот порт для программирования Arduino Due. Этот способ более надежен, чем «программное стирание», которое используется совместно с собственным портом, и будет работать, даже если главный микропроцессор будет поврежден.
• Собственный порт: для использования этого порта выберите в Arduino IDE "Arduino Due (Native USB Port)". Собственный USB порт подключен непосредственно к SAM3X. Подлкючите Arduino Due к вашему компьютеру через собственный USB порт (ближайший к кнопке перезагрузки). Открытие и закрытие собственного порта, подключенного на скорости 1200 бит/с, вызывает процедуру «программного стирания»: флеш-память стирается и плата перезапускается с загрузчиком. Если MCU по какой-то причине поврежден, то, вероятно, программное стирание работать не будет, так как эта процедура в SAM3X выполняется полностью программно. Открытие и закрытие собственного порта на других скоростях передачи не приводит к перезагрузке SAM3X.

В отличие от других плат Arduino, которые используют avrdude для прошивки, Arduino Due использует bossac.

Прошивка ATmega16U2 доступна в репозитории Arduino. Вы можете использовать разъем ISP с внешним программатором (перезаписывающим DFU загрузчик).

Защита USB от перегрузки по току

Arduino Due имеет самовосстанавливающийся предохранитель, который защищает USB порты вашего компьютера от короткого замыкания и перегрузки по току. Несмотря на то, что большинство компьютеров обеспечивают свою собственную внутреннюю защиту, этот предохранитель дает дополнительный уровень защиты. Если ток через USB порт превышает 500 мА, предохранитель автоматически разрывает соединение, пока короткое замыкание или перегрузка не будут устранены.

Arduino Due - представляет более серьезное решение, по сравнению с . Это первая плата Arduino на основе 32-разрядного ядра.

Характеристики

• Микроконтроллер: AT91SAM3X8E;
• Тактовая частота: 84 МГц;
• Разрядность: 32 бита
• Напряжение питания: 3.3В;
• Входное напряжение (рекомендуемое): 7-12В;
• Входное напряжение (предельное): 6-16 В;
• Цифровые выводы I/0: 54 линии (12 из них - ШИМ);
• Аналоговые входы: 12 (АЦП);
• Аналоговые выходы: 2 (ЦАП);
• Flash-память: 512 Кб (вся память доступна для программ);
• SRAM-память: 96 Кб;
• Максимальный ток на выводе I/0: 130 мА;
• Максимальный ток на выводе 3,3V: 800 мА;
• Максимальный ток на выводе 5V: 800 мА;
• Длина: 101,52 мм;
• Ширина: 53,3 мм;
• Вес: 36 г.;

Подключение

Для подключения к компьютеру понадобится .

Питание

Arduino Due может быть запитан от USB, через , либо от внешнего источника питания: , , штекер которого (Ø 2,1 мм, центральный вывод - положительный) необходимо подключить к силовому разъему питания. Если внешним источником питания служит аккумуляторная батарея, то её нужно подключить к выводам Vin и GND. Тип источника питания выбирается автоматически.

Подробнее о плате

Arduino Due построена на базе 32-разрядного микроконтроллера Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 с тактовой частотой 84МГц. В отличии от большинства плат Arduino, Arduino Due работает от 3,3 В, имеет 2 порта I2C, порт CAN, 2 аналоговых выхода (ЦАП), 2 порта microUSB с поддержкой USB OTG - возможность подключения других USB-устройств к USB порту. Наличие контроллера DMA позволяет освободить процессор от ресурсоемких задач. Помимо кнопки Reset имеется кнопка Erase (бортового стирания) удержание которой в течении нескольких секунд, при наличии питания, приведет к аппаратному стиранию данных из Flash-памяти. Загрузчик прошивается на заводе изготовителе в специально для него выделенную область памяти. Следует учесть, что наличие напряжения больше 3,3В на любом входе, может повредить плату.

Программное обеспечение

Скачать (загрузить) программу Arduino IDE для создания, редактирования и загрузки скетчей в Arduino или Genuino, Вы можете с

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