Arduino Ethernet

Arduino Ethernet — это устройство на основе микроконтроллера ATmega328. В его состав входит 14 цифровых выводов, 6 аналоговых входов, кварцевый резонатор на 16 МГц, разъем RJ45, разъем питания, разъем для внутрисхемного программирования ICSP, а также кнопка сброса.

Примечание: выводы 10, 11, 12 и 13 задействованы для связи процессора с Ethernet-контроллером и не должны использоваться для других целей. Поэтому, при использовании Ethernet-контроллера количество доступных выводов уменьшается до 9 с 4 ШИМ-выходами.

В качестве дополнительной опции с платой может быть приобретен специальный модуль, реализующий технологию Power over Ethernet (PoE). Данная технология позволяет потреблять электрическую энергию через витую пару в сети Ethernet.

Arduino Ethernet отличается от других плат Ардуино тем, что у него нет встроенного USB-UART преобразователя, но есть Ethernet-контроллер Wiznet, который также используется в Ethernet-платах расширения.

Встроенный MicroSD-кардридер позволяет хранить файлы, к которым можно организовать сетевой доступ. Управление кардридером осуществляется с помощью библиотеки SD. Вывод 10 используется для взаимодействия с чипом Wiznet, линия SS для выбора SD-карты соединена с выводом 4.

6-контактный разъем для программирования совместим не только с USB-Serial адаптером от Ардуино, но и с USB-кабелями от FTDI и аналогичными USB-UART переходниками от Sparkfun и Adafruit. Разъем спроектирован таким образом, чтобы обеспечивать возможность автоматического сброса микроконтроллера во время прошивки — это освобождает пользователя от необходимости вручную нажимать кнопку сброса. При подключении USB-Serial адаптера, питание Arduino Ethernet осуществляется от адаптера.

3 версия Arduino Ethernet (Rev. 3) удовлетворяет требованиям стандартной распиновки 1.0:

  • добавлены выводы SDA и SCL (возле вывода AREF), а также два новых вывода, расположенных возле вывода RESET. Наличие этих выводов обеспечивает совместимость плат расширения, содержащих I2C-устройства, со всеми моделями Ардуино;
  • вывод IOREF — позволяет платам расширения подстраиваться под рабочее напряжение Ардуино. Данный вывод предусмотрен для совместимости плат расширения как с 5В-Ардуино на базе микроконтроллеров AVR, так и с 3.3В-платами Arduino Due. Второй вывод возле IOREF ни к чему не подсоединен и зарезервирован для будущих целей.

Характеристики

Микроконтроллер ATmega328
Рабочее напряжение
Напряжение питания (рекомендуемое) 7-12В
Напряжение питания (предельное) 6-20В
Напряжение питание PoE (предельное) 36-57В
Цифровые выводы 14 (из них 4 ШИМ-выхода)
Зарезервированные выводы Ардуино:
с 10 по 13 — используются SPI
вывод 4 используется при работе с SD-картой
вывод 2 — источник прерывания от микросхемы W5100 (при мостовом включении)
Аналоговые входы 6
Максимальный ток одного вывода 40 мА
Максимальный выходной ток вывода 3.3V 50 мА
Flash-память 32 КБ (ATmega328) из которых 0.5 КБ заняты загрузчиком
SRAM 2 КБ (ATmega328)
EEPROM 1 КБ (ATmega328)
Тактовая частота 16 МГц
Встроенный Ethernet-контроллер W5100 TCP/IP
Сетевой разъем, поддерживающий технологию Power over Ethernet
Карта Micro-SD c преобразователями уровней

Питание

Устройство может быть запитано от внешнего источника питания, через дополнительный модуль «Power over Ethernet» (PoE), либо через USB-Serial адаптер или кабель FTDI.

В качестве внешнего источника питания может использоваться сетевой AC/DC-адаптер или аккумулятор. Штекер адаптера (диаметр — 2.1мм, центральный контакт — положительный) необходимо вставить в соответствующий разъем питания на плате. В случае питания от аккумулятора, его 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 разъема POWER, 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, если 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. Максимальный выходной ток, потребляемый от этого вывода, составляет 50 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.

Дополнительный модуль PoE предназначен для получения электрической энергии по обычной витой паре Ethernet-кабеля 5 категории:

  • Совместим со стандартом IEEE802.3af
  • Низкий уровень выходных пульсаций и шумов (100 мВ от пика до пика)
  • Диапазон входного напряжение от 34В до 57В
  • Защита от перегрузок и коротких замыканий
  • Выходное напряжение 9В
  • DC/DC преобразователь с высоким КПД: 75% при нагрузке 50%
  • Изоляция между входом и выходом — 1500В

Примечание: модуль «Power over Ethernet» — это проприетарное аппаратное средство, разработанное третьими лицами без участия Ардуино. 

Память

Объем памяти программ микроконтроллера ATmega328 составляет 32 КБ (из них 0,5 КБ отведены под загрузчик). Помимо этого, он имеет 2 КБ оперативной памяти SRAM и 1 КБ EEPROM (для взаимодействия с которой служит библиотека EEPROM).

Входы и выходы

С использованием функций  pinMode(),  digitalWrite()  и  digitalRead() каждый из 14 цифровых выводов может работать в качестве входа или выхода. Рабочее напряжение выводов — 5В. Максимальный ток, который может отдавать или потреблять один вывод, составляет 40 мА. Все выводы сопряжены с внутренними подтягивающими резисторами (по умолчанию отключенными) номиналом 20-50 кОм. Помимо основных, некоторые выводы Ардуино могут выполнять дополнительные функции:

  • Последовательный интерфейс: выводы 0 (RX) и 1 (TX). Используются для получения (RX) и передачи (TX) данных по последовательному интерфейсу.
  • Внешние прерывания: выводы 2 и 3. Данные выводы могут быть сконфигурированы в качестве источников прерываний, возникающих при различных условиях: при низком уровне сигнала, по фронту, по спаду или при изменении сигнала. Для получения дополнительной информации см. функцию attachInterrupt().
  • ШИМ: выводы 3, 5, 6, 9 и 10. С помощью функции analogWrite()  могут выводить 8-битные аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала.
  • Интерфейс SPI: выводы 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). C использованием библиотеки SPI данные выводы позволяют осуществлять связь по интерфейсу SPI.
  • Светодиод: вывод 9. Встроенный светодиод, подсоединенный к выводу 9. При отправке значения HIGH светодиод включается, при отправке LOW — выключается. В большинстве моделей Ардуино этот светодиод соединен с выводом 13. В Arduino Ethernet он размещен на 9 выводе, поскольку вывод 13 является частью SPI-шины.

В Arduino Ethernet есть 6 аналоговых входов (A0 — A5), каждый из которых может представить аналоговое напряжение в виде 10-битного числа (1024 различных значения). По умолчанию, измерение напряжения осуществляется относительно диапазона от 0 до 5 В. Тем не менее, верхнюю границу этого диапазона можно изменить, используя вывод AREF и функцию analogReference(). Помимо этого, некоторые из выводов имеют дополнительные функции:

  • TWI: выводы A4 (SDA) и A5 (SCL). С использованием  библиотеки Wire  данные выводы могут осуществлять связь по интерфейсу TWI.

Помимо перечисленных на плате существует еще несколько выводов:

  • AREF. Опорное напряжение для аналоговых входов. Может задействоваться 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 Ethernet предоставляет ряд возможностей для осуществления связи с компьютером, еще одним Ардуино или другими микроконтроллерами.

Библиотека SoftwareSerial позволяет реализовать последовательную связь на любых цифровых выводах Arduino Ethernet.

В микроконтроллере ATmega328 также реализована поддержка последовательных интерфейсов TWI и SPI. В программное обеспечение Ардуино входит библиотека Wire, позволяющая упростить работу с шиной TWI. Для работы с интерфейсом SPI используйте библиотеку SPI.

Помимо этого, плату можно подключить к проводной сети через Ethernet. При подключении потребуется указать IP-адрес и MAC-адрес устройства. Реализована полная поддержка библиотеки Ethernet.

Для работы со встроенным microSD-кардридером служит библиотека SD, при работе с которой следует помнить, что линия SS соединена с выводом 4.

Программирование

Arduino Ethernet можно запрограммировать двумя способами: либо через 6-контактный разъем для программирования, либо с помощью внешнего ISP-программатора.

6-контактный разъем для программирования совместим с USB-кабелями от FTDI и другими аналогичными USB-UART переходниками от Sparkfun и Adafruit, включая USB-Serial адаптер от Ардуино. Разъем спроектирован таким образом, чтобы обеспечивать возможность автоматического сброса микроконтроллера во время прошивки — это освобождает пользователя от необходимости вручную нажимать кнопку сброса. При подключении к USB-адаптеру, питание платы осуществляется от адаптера.

Arduino Ethernet можно прошить и с помощью внешнего программатора, подобного AVRISP mkII или USBTinyISP. Для этого в среде разработки необходимо установить режим прошивки программатором . Следует помнить, что использование внешнего программатора повлечет за собой стирание загрузчика во flash-памяти микроконтроллера.

Все примеры программ для работы с сетью одинаково работают как с Arduino Ethernet, так и с Ethernet-платой расширения.

Физические характеристики

Максимальная длина и ширина печатной платы Ethernet составляет 6.9 см и 5.4 см соответственно, с учетом разъема RJ45 и разъема питания, выступающих за пределы платы. Четыре 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.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

13 + двадцать =