Проектирование аппаратного обеспечения Arduino Nano
Узнайте, как создать собственное оборудование, совместимое с семейством Arduino Nano.
Семейство Arduino Nano — это серия плат с компактными размерами. Данное руководство предназначено для тех, кто хочет спроектировать собственное оборудование для семейства Nano.
Эта статья призвана предоставить вам техническую информацию, которая поможет в проектировании собственного оборудования на базе Nano.
Документация
Для каждой платы семейства Nano есть отдельная страница документации. Список доступен ниже:
На странице документации вы найдёте конструктивные файлы: полную распиновку, CAD- и Fritzing-файлы. Там же доступны руководства и совместимые библиотеки для соответствующих плат.
Технический обзор
Размеры
Следующие размеры применимы ко всем платам семейства Nano.
Параметр |
Значение |
|---|---|
Ширина |
17,76 мм |
Длина |
43,16 мм |
Шаг (Pitch) |
2,54 мм |
Важно
Шаг (Pitch) — это расстояние между контактами (например, между A1 и A2). Данная характеристика важна при выборе штыревых разъёмов.
Более детальные чертежи доступны для скачивания по ссылкам ниже (в формате .svg):
Nano General Dimensions — общие размеры Nano
Nano Header Dimensions — размеры разъёмов Nano
Nano Pads Dimensions — размеры контактных площадок Nano
Сравнение характеристик
Ниже приведено сравнение плат семейства Nano.
Параметр |
Nano |
Nano Every |
Nano 33 BLE |
Nano 33 BLE Sense |
Nano 33 IoT |
Nano RP2040 Connect |
|---|---|---|---|---|---|---|
Процессор |
ATmega328P |
ATmega4809 |
nRF52840 |
nRF52840 |
SAMD21G18A |
RP2040 |
Радиомодуль |
— |
— |
NINA-B306 |
NINA-B306 |
NINA-W102 |
NINA-W102 |
Подключение |
— |
— |
Bluetooth® |
Bluetooth® |
Wi-Fi, Bluetooth® |
Wi-Fi, Bluetooth® |
Тактовая частота |
16 МГц |
16 МГц |
64 МГц |
64 МГц |
48 МГц |
133 МГц |
Flash-память |
32 КБ |
48 КБ |
256 КБ |
256 КБ |
264 КБ |
16 МБ |
SRAM |
2 КБ |
6 КБ |
1 МБ |
1 МБ |
256 КБ |
264 КБ |
EEPROM |
1 КБ |
256 байт |
— |
— |
— |
— |
Напряжение ввода/вывода |
5 В |
5 В |
3,3 В |
3,3 В |
3,3 В |
3,3 В |
На платах Nano есть несколько встроенных датчиков, которые представлены в таблице ниже:
Датчик |
Nano |
Nano Every |
Nano 33 BLE |
Nano 33 BLE Sense |
Nano 33 IoT |
Nano RP2040 Connect |
|---|---|---|---|---|---|---|
IMU |
— |
— |
LSM9DS1 |
LSM9DS1 |
LSM6DS3 |
LSM6DSOX |
Микрофон |
— |
— |
— |
MP34DT05 |
— |
MP34DT05 |
Жест |
— |
— |
— |
APDS-9960 |
— |
— |
Освещённость |
— |
— |
— |
APDS-9960 |
— |
— |
Цвет |
— |
— |
— |
APDS-9960 |
— |
— |
Давление |
— |
— |
— |
LPS22HB |
— |
— |
Температура |
— |
— |
— |
HTS221 |
— |
— |
Влажность |
— |
— |
— |
HTS221 |
— |
— |
Питание
Напряжение (3,3 В / 5 В)
Важно понимать, что платы семейства Nano работают при разных напряжениях. Любая плата с радиомодулем (Nano 33 BLE, Nano 33 BLE Sense, Nano 33 IoT, Nano RP2040 Connect) работает от 3,3 В. Nano и Nano Every работают от 5 В.
Поскольку платы с радиомодулями используют логику 3,3 В, контакт 5 В подключён к разъёмам через паяный перемычный джампер, который по умолчанию разомкнут. При питании платы через USB контакт VIN можно использовать как выход 5 В с платы. Это удобно при питании несущих плат, требующих 5 В, когда вся система питается от USB.
Контактные площадки VUSB
Контакт 5 В также называется «VUSB». Его назначение — обеспечить прямое соединение между разъёмом USB (VUSB, 5 В) и контактами. Это можно использовать для непосредственного питания устройств на несущей плате, тогда как при использовании контакта VIN возникает падение напряжения из-за последовательных диодов, которые предотвращают обратное питание USB через VIN. Чтобы подключить контакты VUSB/5 В, необходимо припаять контактные площадки VUSB на нижней стороне платы, как показано на изображении ниже:
Предупреждение
Если вы припаяете площадки VUSB, а затем подадите питание на плату через USB, это также активирует возможность использовать контакт 5 В. Будьте очень осторожны — вы рискуете повредить микросхемы платы.
Минимальное/максимальное напряжение VIN
Минимальное и максимальное напряжение питания варьируются в зависимости от платы. Это важно учитывать при выборе источника питания (батареи), чтобы не превысить допустимые значения и не повредить плату.
Nano |
Nano Every |
Nano 33 BLE |
Nano 33 BLE Sense |
Nano 33 IoT |
Nano RP2040 Connect |
|---|---|---|---|---|---|
7–12 В |
7–18 В |
5–18 В |
5–18 В |
5–18 В |
5–18 В |
Подключение батареи
Платы Nano могут питаться от аккумуляторов, однако они не оснащены схемой зарядки аккумулятора и схемой защиты аккумулятора.
Многие LiPo-аккумуляторы имеют встроенную схему защиты, но некоторые её лишены. Если коротко — при питании платы от LiPo без защиты возможен глубокий разряд. Подробнее об этом читайте в разделе ниже.
Предупреждение о глубоком разряде аккумулятора
Если вы хотите подключить аккумулятор к Nano, используйте для этого контакт VIN, однако учитывайте его минимальные требования (это означает, что одной ячейки аккумулятора будет недостаточно). Поскольку защиты от пониженного напряжения нет, LiPo-аккумулятор без схемы защиты будет повреждён, если его оставить подключённым к плате Nano после полного разряда. Поэтому рекомендуется не подключать аккумулятор напрямую, а использовать схемы наподобие тех, что применяются в USB-павербанках: они обеспечивают стабилизированное питание 5 В и защищают аккумулятор от разряда ниже допустимого уровня.
Для подключения аккумулятора к плате Nano используйте контакт VIN (см. таблицу минимального/максимального напряжения VIN в разделе выше).
Распиновка
Платы семейства Nano в значительной мере разделяют расположение многих контактов — это упрощает проектирование аксессуаров для разных плат Nano.
Последовательные шины
Платы семейства Nano имеют последовательные шины, подключённые к следующим контактам:
Протокол |
Контакты |
|---|---|
UART |
RX, TX |
SPI |
COPI (11), CIPO (12), SCK (13) |
I²C |
SDA (A4), SCL (A5) |
Расположение этих контактов указано в распиновке каждой платы. Она находится в разделе Resources на странице продукта каждой платы.
Шаблоны несущих плат
В этом разделе вы найдёте файлы для скачивания, которые можно использовать совместно с различными программами для проектирования PCB, такими как Altium и Eagle, для создания собственных аксессуаров к Nano.
Вы можете скачать шаблон с разъёмами или шаблон с контактными площадками для пайки.
Шаблон с разъёмами (Connector template): пустой шаблон несущей платы с разъёмами. Подходит, если вы хотите создать конструкцию, к которой плату Nano можно будет подключать и отключать.
Шаблон с контактными площадками (Solder pads template): пустой шаблон несущей платы с площадками для пайки. Подходит, если вы хотите создать конструкцию, в которой Nano припаивается непосредственно поверх PCB.
Altium
Ниже представлены файлы шаблонов для Altium.
Eagle
Ниже представлены файлы шаблонов для Eagle.
3D-файлы
Конструктивные файлы, представленные ниже, можно использовать для 3D-печати, например для создания корпусов и креплений.
Пайка непосредственно на PCB
Все платы Nano можно приобрести без припаянных разъёмов. Это позволяет припаять плату непосредственно к пользовательской PCB, используя кастелированные отверстия (castellated holes) на краях платы.
Этот метод удобен для более надёжных применений, где плата Nano должна быть постоянно закреплена.
Предупреждение
Не пытайтесь паять платы Arduino Nano, поставляемые в единичной упаковке, методом пайки оплавлением (reflow soldering). Поскольку платы Arduino не поставляются в герметичной (dry pack) упаковке, плата может впитать влагу и поэтому не подходит для процесса оплавления. Пайка плат должна выполняться только вручную. Если вас интересует применение метода пайки оплавлением для серийного производства, пожалуйста, свяжитесь с Arduino PRO.