بورد آردوینو Arduino Due R3
بورد آردوینو Due یک میکروکنترلر بر پایه SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU از شرکت Atmel می باشد. این بورد، اولین بورد آردوینویی است که بر اساس میکروکنترلر با هسته ARM 32 بیتی ساخته شده است. دارای 54 پین دیجیتال ورودی/خروجی(که 12 تای آن می تواند به عنوان خروجی PWM مورد استفاده گردد)، 12ورودی آنالوگ، 4 پورت UARTs (پورت های سریال سخت افزاری)، و یک ساعت 84 مگاهرتزی، an USB OTG capable connection ، یک DAC (دیجیتال به آنالوگ)، 2 عدد TWI، یک پاور جک، یک SPI header، یک JTACG header، یک دکمه ریست و یک دکمه پاک کردن می باشد.
هشدار: بر خلاف دیگر بوردهای آردوینو، بورد آردوینو Due با ولتاژ 3.3 ولت شروع به کار می کند. حداکثر ولتاژی که پین های ورودی/خروجی می توانند تحمل کنند همین 3.3 ولت است. اعمال ولتاژ های بالاتر همچون 5ولت به یک پین ورودی/خروجی، می تواند باعث اسیب بورد شود.
این بورد، هرچیزی را که جهت پشتیبانی از میکروکنترلر مورد نیاز است، شامل می شود؛ برای آغاز کار، بورد را با یک کابل micro-USB به سادگی به کامپیوتر متصل کنید و یا با یک آداپتور AC-to-DC یا باتری، به آن ولتاژ بدهید. بورد Due با همه شیلدهای آردوینو که با 3.3ولت کار می کنند، و همچنین با 1.0 Arduino pinout سازگار است.
بورد Due از 1.0 pinout پیروی می کند
TWI :پین های SDA و SCL که در نزدیکی پین AREF قرار دارند.
پین IOREF که اجازه می دهد یک شیلد را با پیکربندی مناسب جهت تطبیق با ولتاژی که توسط بورد فراهم شده است، متصل کنید. این قابلیت، به شیلدها امکان می دهد تا با بورد 3.3 ولتی همچون Due و بوردهای AVR-based که با ولتاژ 5 ولت کار می کنند، خود را تطبیق دهند.
یک پین که متصل نیست و جهت کاربردهای آتی در نظر گرفته شده است.
مزایای هسته ARM
بورد Due یک هسته ARM 32 بیتی دارد که می تواند بر بوردهای میکروکنترلر 8بیتی غالب شود. برجسته ترین تفاوتهای آنها عبارتند از:
- یک هسته 32 بیتی، که عملیات را روی داده های 4 بایتی درون یک کلاک PUی تکی فراهم می کند
- کلاک CPU با فرکانس 84 مگاهرتز
- 96کیلوبایت حافظه SRAM
- 512کیلوبایت حافظه فلش برای کد
- یک کنترلر DMA که می تواند جهت انجام وظایف فشرده، به CPU کمک کند
مشخصات فنی بورد آردوینو Arduino Due R3
- میکروکنترلر : AT91SAM3X8E
- ولتاژ عملیاتی : 3.3 ولت
- ولتاژ ورودی (پیشنهادی) : 7 تا 12 ولت
- ولتاژ ورودی (محدوده) : 6-16 ولت
- پین های دیجیتال ورودی/خروجی : 54 (12 تای آن خروجی PWM تولید می کنند).
- پین های ورودی آنالوگ : 12
- پین های خروجی آنالوگ : 2 (DAC )
- کل جریان خروجی DC روی تمام خطوط ورودی/خروجی : 130 میلی آمپر
- جریان DC جهت پین 3.3 ولت : 800 میلی آمپر
- جریان DC جهت پین 5 ولت : 800 میلی آمپر
- حافظه فلش : 512 کیلوبایت جهت برنامه های کاربر
- سرعت ساعت : 84 مگاهرتز
تغذیه
ولتاژ مورد نیاز آردوینو Dueمی تواند از طریق اتصال USB و یا یک منبع تغذیه خارجی تغذیه گردد. منبع تغذیه به صورت خودکار انتخاب می شود.منبع تغذیه خارجی غیر USB می تواند آداپتور AC به DC یا باتری باشد. آداپتور(که سوکت آن از نوعcenter-positive با قطر 2/1 میلی متری باشد) می تواند به پاورجک موجود برروی برد وصل گردد و سیمهای باتری می توانند مستقیماً وارد پین های GND و Vin شوند.برد می تواند با منبع تغذیه خارجی 6 تا 20 ولت کار کند. اگر ولتاژ منبع تغذیه کمتر از 7 ولت باشد، روی ولتاژ پین ها نیز اثر میگذارد و ممکن است ولتاژ خروجی آنها کمتر از 5 ولت شود، و باعث نوسان گردد. ولتاژ بیش از 12 ولت نیز، می تواند موجب افزایش دمای رگولاتور و در نتیجه آسیب برد گردد. ولتاژ پیشنهادی مناسب بین 7 تا 12 ولت می باشد.
پین های مربوط به منبع تغذیه به شرح زیر است:
VIN :این پین، پین ورودی ولتاژ آردوینو است که در زمان های استفاده از منبع تغذیه خارجی (به جای منبع تغذیه تنظیم شده یا اتصال USB 5 ولتی) از آن استفاده می شود و چنانچه برد از طریق پاورجک به منبع تغذیه وصل شده باشد، می توانید از طریق این پین (به عنوان خروجی) به ولتاژ منبع تغذیه دسترسی داشته باشید.
5V : این پین یک ولتاژ تنظیم شده 5 ولت را از طریق رگولاتور موجود بر روی برد فراهم می کند. برد می تواند از طریق پاورجک (12-7 ولت) DC، پورت(5 ولت) USB و یا پین VIN برد (12-7 ولت)، تغذیه گردد. ولتاژ پین های 5 ولت و 3/3 ولت از رگولاتور عبور می نماید و استفاده از ولتاژ این پین ها ممکن است باعث صدمه دیدن برد شود. از همین رو استفاده از این پین ها پیشنهاد میشود.
3.3 V: یک ولتاژ 3/3 ولتی، بوسیله ی رگولاتور روی برد فراهم می گردد که حداکثر جریان آن 50 میلی آمپر می باشد.
GND:پین های زمین.
IOREF: این پین میزان ولتاژ مرجعی را که میکروکنترلر با آن کار می کند، مشخص می نماید. یک شیلد که به درستی تنظیم شده باشد، می تواند مقدار ولتاژ را از پین IOREF خوانده و منبع تغذیه مناسب خود را انتخاب نماید و یا اینکه مبدل های ولتاژ را برای کار کردن با ولتاژهای 5 ولت یا 3/3 ولت، برروی خروجی ها فعال نماید.
حافظه
SAM3X دارای 512 کیلو بایت حافظه ( 2 بلوک 256 کیلوبایتی) برای ذخیره سازی کد است. مقداری از این حافظه صرف bootloader می شود و 96 کیلوبایت شامل 2 بلوک 64 کیلوبایتی و یک 32 کیلوبایتی در دسترس خواهد بود.
ممکن است حافظه ی فلش از روی SAM3X توسط دکمه ی erase روی برد ، پاک شود. در این صورت طرح بارگذاری شده از MCU را حذف کنید. برای انجام این کار دکمه ی Erase را فشار داده و برای چند ثانیه نگه دارید.
پین های ورودی و خروجی
پین های ورودی/خروجی از شماره ی 0 تا 53 :
هریک از54 پین دیجیتالDue می تواند با استفاده از توابعpinMode()،digitalWrite()، digitalRead() به عنوان ورودی یا خروجی استفاده شود. ولتاز پین ها 3.3 ولت بوده و ظرفیت جریان جهت هر پین حداکثر 3 تا 15 میلی آمپر است که بستگی به پین دارد. همچنین هر یک از این پین ها دارای یک مقاومت داخلی (100 کیلواهم) جهت Pull-Up می باشد (که به صورت پیش فرض غیرفعال است). بعلاوه بعضی از پین ها دارای عملکردهای منحصر به فردی می باشند که شرح آن در ذیل آمده است:
Serial : 0 (RX) و 1 (TX) .
Serial1 : 19 (RX) و18 (TX) .
Serial2 : 17 (RX) و 16 (TX) .
Serial3 : 15 (RX) و 14 (TX) .
این پین ها برای دریافت (RX ) و انتقال (TX) داده های سریال TTL (با 3.3 ولت ) استفاده میشود. پین های 0 و 1 به پین های متناظر تراشه سریال USB به TTLATmega16U2 اتصال پیدا میکنند.
PWM : پین های 2 تا 13
تولید خروجی 8 بیت PWM با تابع analogWrite() . رزولوشن PWM نیز می تواند با استفاده از تابع analogWriteResolution() تغییر کند.
SPI : هدر SPI ( هدر ICSP روی بردهای دیگر آردوینو )
این پین ها با استفاده از کتابخانه ی SPI از ارتباط SPI پشتیبانی می کنند. پین های SPI در هدر 6 پین مرکزی هستند که به صورت فیزیکی با Uno ، لئوناردو و مگا2560 سازگاری دارند. هدر SPI تنها می تواند برای ارتباط با دیگر وسایل SPI به کار رود و برای برنامه ریزی SAM3X با تکنیک In-Circuit-Serial-Programming قابل استفاده نیست. SPI برد آردوینو Due دارای ویژیگی های پیشرفته ای است که میتواند با روش توسعه ی SPI مورد استفاده قرار گیرد.
CAN :CANRX و CANTX.
این پین ها پروتکل ارتباطی CAN را پشتیبانی می کنند اما هنوز با APIs آردوینو پشتیبانی نمی شوند.
L " LED:13"
یک LED آماده، به پین دیجیتال 13 متصل شده است. هنگامی که پین در حالت HIGH قرار دارد، LED روشن و زمانی که پین در حالت LOW قرار دارد، خاموش می شود. این LED ممکن است در حال کم نور قرار بگیرد چون پین 13 خروجی PWM نیز هست.
TWI 1 : 20 ( SDA ) و 21 (SCL ).
TWI2 : SDA1 و SCL1 .
پشتیبانی از ارتباط TWI با استفاده از کتابخانه ی سیم (Wire).
ورودی های آنالوگ : پین های A0 تا A11 .
آردوینو Due دارای 12ورودی آنالوگ است که از A0 تا A5 نامگذاری شده است. میزان تفکیک پذیری هر یک از پین ها تا 12 بیت می باشد(به عنوان4096 مقدار مختلف). به صورت پیش فرض این مقدار برای سازگاری با دیگر آردوینوها 10 بیت تنظیم شده است و امکان تغییرات آن با تابع analogReadResolution() وجود دارد. پین های ورودی آنالوگ Due از زمین تا حداکثر 3.3 ولت را می توانند اندازه گیری کنند. اعمال ولتاژ بیشتر از 3.3 ولت می تواند برای تراشه ی SAM3X خطرناک شود. در برد آردوینو Due از تابع analogReference() صرف نظر شده است.
پین AREF به پین مرجع آنالوگ SAM3X از طریق یک پل مقاومتی متصل شده است. برای استفاده از پین AREF، مقاومت AREF باید از PCB رفع لحیم شود.
DAC1 و DAC2
این پین ها با استفاده از تابع (analogWrite)، خروجی آنالوگ درستی را با رزولوشن 12 بیتی (4096 سطح) ایجاد میکنند. این پین ها می توانند برای تولید خروجی صدا با استفاده از کتابخانه ی صدا مورد استفاده قرار گیرند.
AREF : ولتاژ مرجع برای ورودی های آنالوگ، از طریق این پین و با استفاده از تابعanalogReference()تأمین می گردد.
Reset: وضعیت لاین مرتبط را برای ریست میکروکنترلر در حالت Low قرار می دهد، معمولاً زمانی از این پین استفاده می شود که بخواهید بر روی شیلدتان دکمه ریست قرار دهید. زیرا استفاده از شیلدها از دسترسی به دکمه ریست موجود بر روی برد آردوینو جلوگیری می کند.
ارتباطات
بردآردوینو Dueشامل امکاناتی می باشد که ارتباط با کامپیوتر، سایر بردهای آردوینو، و یا دیگر میکروکنترلرها یا دستگاه های دیگر مانند تلفن ها، تبلت ها، دوربین ها و مانند آن را مقدور می سازد. SAM3X، یک سخت افزار UART و سه سخت افزار UARTs برای رابط سریال TTL (3.3 ولت) فراهم می کند.
پورت برنامه ریزی به ATmega16U2 متصل می شود که یک پورت COM مجازی را به صورت نرم افزاری روی کامپیوتر شما تولید می کند. ( برای سازماندهی دستگاه در ویندوز به یک فایل .inf نیاز دارید اما در OSX و لینوکس برد به صورت خودکار به عنوان یک پورت COM سازماندهی خواهد شد. ) 16U2 به UART نرم افزار SAM3X متصل می شود. سریال روی پین های RX0 و TX0 ارتباط سریال به USB را برای برنامه ریزی برد از طریق میکروکنترلر ATmega16U2 فراهم می کند. نرم افزار آردوینو شامل یک مانیتور سریال است که امکان ارسال داده های متنی ساده را به برد می دهند. زمانی که اطلاعات و داده ها از طریق تراشه ATmega16U2 و اتصال USB به کامپیوتر انتقال یابد، LEDهای RX و TX روی برد در حالت چشمک زن قرار می گیرد. (اما نه برای ارتباط سریال روی پین های 0 و 1 )
پورت سریال محلی (Native) به SAM3X متصل می شود و امکان ارتباط سریال روی USB را می دهد. این کار یک ارتباط سریال را به مانتیور سریال یا کاربردهای دیگر روی کامپیوتر فراهم می کند. همچنین امکان شبیه سازی Due را به عنوان یک موس یا کیبوردی که به کامپیوتر متصل شده، فراهم می کند.
پورت سریال محلی (Native) همچنین می تواند به عنوان یک هاست USB برای اتصال به لوازم جانبی مانند موس، کیبورد و گوشی های هوشمند عمل کند. برای استفاده از این ویژیگی مرجع USBHost را ببینید.
یک تابع کتابخانه ای SoftwareSerial (برای ایجاد پورت سریال نرم افزاری) امکان ارتباط سریال را برروی هریک از پین های دیجیتال فراهم می کند.
SAM3X ارتباط SPI و TWI را نیز مقدور می سازد. نرم افزار آردوینو شامل یک کتابخانه Wire می باشد تا کار با درگاه TWI را آسان کند. جهت کسب اطلاعات بیشتر، به مستندات مراجعه کنید. برای ارتباط SPI از کتابخانه SPI استفاده کنید.
برنامه نویسی
برد آردوینوDue با نرم افزار آردوینو قابل برنامه نویسی است (دانلود). برای کسب اطلاعات بیشتر، راهنمای مراجع و منابع آموزشی را مشاهده کنید.
آپلود اسکچ روی SAM3X با میکروکنترلرهای AVR تفاوت دارد چون باید قبل از برنامه ریززی مجدد، فلش مموری پاک شود. آپلود روی تراشه توسط ROM روی SAM3X مدیریت می شود و اجرای کد ها تنها وقتی انجام می شود که فلش مموری خالی باشد.
هر کدام از پورت های USB می توانند برای برنامه ریزی برد مورد استفاده قرار گیرند، البته توصیه می شود که از پورت برنامه ریزی Due استفاده شود تا راهی برای پاک کردن تراشه در دسترس باشد:
پورت برنامه ریزی: برای استفاده از این پورت، "Arduino Due (Programming Port)" را در نرم افزار آردوینو IDE انتخاب کنید. پورت برنامه ریزی Due (در نزدیکی جک قدرت DC) به کامپیوتر متصل کنید. پورت برنامه ریزی از 16U2 به عنوان تراشه USB به سریال استفاده می کند که به UART از SAM3X (RX0 و TX0) متصل شده است. 16U2 دارای دو پین است که به پین های ریست و Erase از SAM3X متصل شده است. باز و بسته شدن پورت برنامه نویسی متصل شده به 1200bps باعث پاک کردن سخت از تراشه SAM3X می شود، فعال کردن پین های Erase و Reset روی SAM3X قبل از ارتباط با UART صورت میگیرد. این پورت برای برنامه ریزی Due توصیه می شود.
پورت محلی (Native) : برای استفاده از این پورت ، در نرم افزار آردوینو IDE "Arduino Due (Native USB Port)" را انتخاب کنید. پورت محلی مستقیما به SAM3X متصل می شود. پورت محلی برد را که در نزدیکی دکمه ی ریست قرار گرفته، مستقیما به کامپیوتر متصل کنید. باز و بسته شدن پورت محلی متصل شده به 1200bps باعث پاک کردن نرم می شود: فلش مموری پاک می شود و برد bootloader ریستارت می شود.
بر خلاف بردهای دیگر که از avrdude برای آپلود استفاده می کنند، برد Due بر bossac متکی است.
سورس کد firmware مربوط به پردازشگر ATmega16U2موجود می باشد. شما می توانید از هدر ISP با برنامه نویس خارجی استفاده کنید.
محافظت پورت USB از جریان بیش از حد
برد آردوینو Due دارای یک پلی فیوز قابل ریست جهت محافظت از پورت USB کامپیوتر شما در مقابل افزایش یا کاهش جریان می باشد. علاوه بر این بیشتر کامپیوترها سیستم محافظت داخلی خودشان را دارند و این فیوز صرفاً یک لایه حفاظتی مجزا را فراهم می نماید. چناچه بیش از 500 میلی آمپر جریان از پورت USB گرفته شود، فیوز به صورت خودکار تا زمان متعادل شدن جریان ارتباط را قطع می نماید.
مشخصه های فیزیکی و سازگاری شیلدها
حداکثر طول و عرض PCB بردDue ، به ترتیب 4 و 2.1 اینچ است که البته این ابعاد با احتساب پورت USB و پاور جک، افزایش می یابد. سه سوراخ موجود بر روی برد به شما اجازه می دهد که برد را برروی یک سطح یا جعبه پیچ نمایید. توجه کنید که فاصله بین پین های دیجیتال 7 و 8 برابر 160 میلی متر (0/16 اینچ) و فاصله بین سایر پین ها 100میلی متر می باشد.
برد Due به گونه ای طراحی شده است که با اکثر شیلدهای طراحی شده برای برد های Uno، Diecimila یا Duemilanove سازگار باشد. پین های دیجیتال شماره 0 تا 13 ( و پین های GND و AREF مجاور)، پین های ورودی آنالوگ شماره 0 تا 5، هدر منبع تغذیه، وICSP Header ، همگی در موقعیت مساوی قرار دارند. به علاوه، UART (پورت سریال) اصلی، روی همان پین هایی (0 و 1) قرار گرفته است که به عنوان وقفه خارجی 0 و 1 (به ترتیب پین های 2 و 3) استفاده می شوند.