Arduino Leonardo ETH

Примечание

Эта страница относится к продукту, снятому с производства.

Все возможности Leonardo плюс Ethernet-порт для расширения проекта в мир IoT. Вы можете управлять датчиками и актуаторами через интернет как клиент или сервер.

Плата Arduino Leonardo ETH

Leonardo ETH — это микроконтроллерная плата на базе ATmega32U4 (datasheet) и нового TCP/IP Embedded Ethernet контроллера W5500 (datasheet). Она имеет 20 цифровых входов/выходов (из которых 7 могут использоваться как выходы ШИМ и 12 как аналоговые входы), кварцевый генератор 16 МГц, разъём RJ45, разъём micro USB, разъём питания, разъём ICSP и кнопку сброса. Она содержит всё необходимое для поддержки микроконтроллера; просто подключите её к компьютеру с помощью USB-кабеля или запитайте от адаптера переменного тока или батареи, чтобы начать работу.

Leonardo ETH отличается от предыдущей платы Ethernet тем, что ATmega32u4 имеет встроенную USB-связь, что устраняет необходимость во внешнем конвертере USB-to-serial. Это позволяет Leonardo ETH отображаться на подключённом компьютере как мышь и клавиатура, в дополнение к виртуальному (CDC) последовательному / COM-порту. Это также имеет другие последствия для поведения платы. Кроме того, на плате установлен новый TCP/IP Embedded Ethernet контроллер W5500.

На плату также может быть добавлен опциональный модуль Power over Ethernet. Leonardo ETH имеет тот же Ethernet-интерфейс Wiznet, что и Ethernet Shield 2. Встроенный кардридер microSD, который может использоваться для хранения файлов для раздачи по сети, доступен через библиотеку SD. Вывод 10 зарезервирован для интерфейса Wiznet, SS для SD-карты — на выводе 4.

  • Добавлены выводы SDA и SCL: рядом с выводом AREF добавлены два вывода TWI. Это позволяет подключать Leonardo ETH к шилдам, использующим I2C или TWI для своей работы.

  • IOREF: позволяет шилдам адаптироваться к уровню напряжения ввода/вывода, обеспечиваемого платой. Шилд, использующий вывод IOREF, будет совместим с платами Arduino с уровнями ввода/вывода 3.3 В и 5 В (например, Due и Uno). Рядом с выводом IOREF находится ещё один (в настоящее время не используемый) вывод, зарезервированный для будущего использования.

Начало работы

В разделе Начало работы вы можете найти всю необходимую информацию для настройки платы, использования Arduino Software (IDE) и начала экспериментов с программированием и электроникой.

Документация

Схемы (открытое оборудование)

Arduino Leonardo ETH — это открытое оборудование! Вы можете собрать свою собственную плату, используя следующие файлы (обратите внимание, что схемы соответствуют ревизии 1):

Питание

Плата также может питаться от внешнего источника, через опциональный модуль Power over Ethernet (PoE) или через разъём micro USB. Внешнее (не USB) питание может поступать от адаптера переменного тока (блок питания) или батареи. При использовании адаптера он подключается через разъём питания с центральным положительным штекером 2.1 мм. Провода от батареи можно подключить к выводам Gnd и Vin разъёма POWER. Плата может работать от внешнего источника питания от 6 до 20 В. Однако при напряжении менее 7 В вывод 5 В может давать менее пяти вольт, и плата может работать нестабильно. При напряжении более 12 В стабилизатор может перегреться и повредить плату. Рекомендуемый диапазон — от 7 до 12 В. Выводы питания:

  • VIN — входное напряжение платы Arduino при использовании внешнего источника питания (в отличие от 5 В от USB или другого стабилизированного источника). Вы можете подавать напряжение через этот вывод или, при питании через разъём, получать доступ к нему через этот вывод.

  • 5V — стабилизированное напряжение 5 В от встроенного стабилизатора. Плата может питаться от разъёма питания (7–12 В), USB-разъёма (5 В) или вывода VIN (7–12 В). Подача напряжения через выводы 5 В или 3.3 В обходит стабилизатор и может повредить плату. Мы не рекомендуем этого делать.

  • 3V3 — напряжение 3.3 В от встроенного стабилизатора. Максимальный ток — 50 мА.

  • GND — выводы земли.

  • IOREF — этот вывод обеспечивает опорное напряжение, на котором работает микроконтроллер. Правильно настроенный шилд может считывать напряжение IOREF и выбирать соответствующий источник питания или включать трансляторы напряжения для работы с 5 В или 3.3 В.

Опциональный модуль PoE предназначен для извлечения питания из стандартного кабеля витой пары категории 5. Характеристики модуля PoE: совместимость с IEEE802.3af, диапазон входного напряжения 36–57 В, защита от перегрузки и короткого замыкания, выходное напряжение 12 В, высокоэффективный DC/DC преобразователь (типично 85% при 80% нагрузке), изоляция 1500 В (вход-выход).

Память

ATmega32u4 имеет 32 КБ flash-памяти (из которых 4 КБ используются загрузчиком). Он также имеет 2.5 КБ SRAM и 1 КБ EEPROM (которую можно читать и записывать с помощью библиотеки EEPROM).

Входы и выходы

Каждый из 14 цифровых выводов платы Leonardo ETH может использоваться как вход или выход с помощью функций pinMode(), digitalWrite() и digitalRead(). Они работают на напряжении 5 В. Каждый вывод может обеспечивать или принимать максимум 40 мА и имеет внутренний подтягивающий резистор (по умолчанию отключён) номиналом 20–50 кОм. Кроме того, некоторые выводы имеют специализированные функции:

  • Serial: 0 (RX) и 1 (TX). Используются для приёма (RX) и передачи (TX) последовательных данных TTL с использованием аппаратного последовательного порта ATmega32U4. Обратите внимание, что на Leonardo ETH класс Serial относится к USB (CDC) связи; для TTL последовательной связи на выводах 0 и 1 используйте класс Serial1.

  • TWI: 2 (SDA) и 3 (SCL). Поддержка TWI-связи с использованием библиотеки Wire.

  • Внешние прерывания: 3 (прерывание 0), 2 (прерывание 1), 0 (прерывание 2), 1 (прерывание 3) и 7 (прерывание 4). Эти выводы могут быть настроены на срабатывание прерывания при низком значении, по нарастающему или спадающему фронту, или при изменении значения. Подробности см. в функции attachInterrupt().

  • ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10, 11 и 13. Обеспечивают 8-битный ШИМ-выход с помощью функции analogWrite().

  • SPI — на разъёме ICSP. Эти выводы поддерживают SPI-связь с использованием библиотеки SPI. Обратите внимание, что выводы SPI не подключены ни к одному из цифровых выводов, как на Uno. Они доступны только на разъёме ICSP. Это означает, что если у вас есть шилд, использующий SPI, но НЕ имеющий 6-выводного разъёма ICSP для подключения к 6-выводному ICSP-разъёму Leonardo, шилд не будет работать.

  • LED: 13. Встроенный светодиод подключён к цифровому выводу 13. Когда вывод имеет значение HIGH, светодиод включён; когда LOW — выключен.

  • Аналоговые входы: A0–A5, A6–A11 (на цифровых выводах 4, 6, 8, 9, 10 и 12). Leonardo имеет 12 аналоговых входов, обозначенных A0–A11, все из которых также могут использоваться как цифровые выводы. Выводы A0–A5 расположены в тех же местах, что и на Uno; входы A6–A11 находятся на цифровых выводах 4, 6, 8, 9, 10 и 12 соответственно. Каждый аналоговый вход обеспечивает разрешение 10 бит (т.е. 1024 различных значения). По умолчанию аналоговые входы измеряют напряжение от земли до 5 В, хотя можно изменить верхнюю границу диапазона с помощью вывода AREF и функции analogReference().

На плате есть ещё несколько выводов:

  • AREF — опорное напряжение для аналоговых входов. Используется с analogReference().

  • Reset — понижение этой линии сбрасывает микроконтроллер. Обычно используется для добавления кнопки сброса к шилдам, которые блокируют кнопку на плате.

Связь

Arduino Leonardo ETH имеет ряд средств для связи с компьютером, другим Arduino или другими микроконтроллерами. ATmega32U4 обеспечивает UART TTL (5 В) последовательную связь, доступную на цифровых выводах 0 (RX) и 1 (TX). 32U4 также позволяет осуществлять последовательную (CDC) связь через USB и отображается как виртуальный COM-порт для программного обеспечения на компьютере. Чип также работает как полноскоростное USB 2.0 устройство, используя стандартные USB COM драйверы. В Windows требуется файл .inf. Программное обеспечение Arduino включает монитор порта, позволяющий отправлять и получать простые текстовые данные на плату Arduino и обратно. Светодиоды RX и TX мигают при передаче данных через USB-соединение с компьютером (но не при последовательной связи на выводах 0 и 1). Библиотека SoftwareSerial позволяет осуществлять последовательную связь на любом из цифровых выводов Leonardo ETH. ATmega32U4 также поддерживает I2C (TWI) и SPI связь. Программное обеспечение Arduino включает библиотеку Wire для упрощения использования шины I2C. Для SPI-связи используйте библиотеку SPI. Leonardo ETH может отображаться как клавиатура и мышь, и может быть запрограммирован для управления этими устройствами ввода с помощью классов Keyboard и Mouse. Плата также может подключаться к проводной сети через Ethernet. При подключении к сети вам нужно указать IP-адрес и MAC-адрес. Библиотека Ethernet полностью поддерживается. Встроенный кардридер microSD доступен через библиотеку SD. При работе с этой библиотекой SS находится на выводе 4.

Программирование

Leonardo ETH может быть запрограммирован с помощью программного обеспечения Arduino. Выберите «Arduino Leonardo ETH» в меню Tools > Board. Подробности см. в справке и учебных пособиях.

ATmega32U4 на Arduino Leonardo ETH поставляется с предустановленным загрузчиком, который позволяет загружать новый код без использования внешнего аппаратного программатора. Он использует протокол AVR109. Вы также можете обойти загрузчик и программировать микроконтроллер через разъём ICSP (внутрисхемное последовательное программирование) с помощью Arduino ISP или аналогичного устройства. Все примеры скетчей Leonardo ETH работают так же, как с Ethernet Shield 2. Убедитесь, что сетевые настройки соответствуют вашей сети.

Автоматический (программный) сброс

Вместо физического нажатия кнопки сброса перед загрузкой, Leonardo ETH спроектирован таким образом, что может быть сброшен программно с подключённого компьютера. Сброс инициируется при открытии виртуального (CDC) последовательного / COM-порта Leonardo на скорости 1200 бод с последующим закрытием. Когда это происходит, процессор сбрасывается, разрывая USB-соединение с компьютером (виртуальный последовательный / COM-порт исчезнет). После сброса процессора загрузчик запускается и остаётся активным в течение примерно 8 секунд. Загрузчик также может быть инициирован нажатием кнопки сброса на Leonardo. Обратите внимание, что при первом включении плата сразу переходит к пользовательскому скетчу (если он есть), а не запускает загрузчик. Из-за способа обработки сброса Leonardo ETH лучше позволить программному обеспечению Arduino самому инициировать сброс перед загрузкой, особенно если вы привыкли нажимать кнопку сброса перед загрузкой на других платах. Если программное обеспечение не может сбросить плату, вы всегда можете запустить загрузчик, нажав кнопку сброса на плате.

Защита USB от перегрузки по току

Leonardo ETH имеет самовосстанавливающийся предохранитель, который защищает USB-порты вашего компьютера от коротких замыканий и перегрузки по току. Хотя большинство компьютеров имеют собственную внутреннюю защиту, предохранитель обеспечивает дополнительный уровень защиты. Если к USB-порту подаётся более 500 мА, предохранитель автоматически разрывает соединение до устранения короткого замыкания или перегрузки.

Физические характеристики

Максимальная длина и ширина печатной платы Leonardo ETH составляют 2.7 и 2.1 дюйма соответственно, при этом разъём RJ45 и разъём питания выступают за эти размеры. Четыре крепёжных отверстия позволяют прикрепить плату к поверхности или корпусу. Обратите внимание, что расстояние между цифровыми выводами 7 и 8 составляет 160 мил (0.16»), что не кратно стандартному шагу 100 мил остальных выводов.

Технические характеристики

Микропроцессор

Процессор

802.3 10/100 Мбит/с

Микроконтроллер Arduino

Микроконтроллер

ATmega32u4

Архитектура

AVR

Рабочее напряжение

5 В

Flash-память

32 КБ, из которых 4 КБ используются загрузчиком

SRAM

2.5 КБ

Тактовая частота

16 МГц

Аналоговые выводы

12

EEPROM

1 КБ

Постоянный ток на вывод

40 мА на выводы; 1 А на вывод 3.3 В только при питании от внешнего источника

Общие характеристики

Входное напряжение

7–12 В

Входное напряжение PoE

36–57 В

Зарезервированные выводы

4 для выбора SD-карты; 10 для выбора W5500

Цифровые входы/выходы

20

Выходы ШИМ

7

Потребление

82 мА

Размер платы

53.34 x 68.58 мм

Кардридер

Micro SD, с активными трансляторами напряжения

Вес

28 г

Код продукта

A000108