Arduino виды плат. STM32 и Arduino: сравнение характеристик, плюсы и минусы. Где купить Arduino Uno

Отличия между видами будут в оперативной и флэш памяти, частоте тактирования и разной периферии, а также будет разниться количество ножек ввода/вывода (в/в). Мы же не станем использовать самый мощный контроллер для проигрывания песенки при открывании открытки. Поэтому и придумали разные виды контроллеров.

Основные виды Arduino

Контроллеры разделили на категории, с Arduino произошла такая же история, есть несколько видов Arduino:

Arduino Mini

Самый миниатюрный вид Arduino, предназначен для встраивания уже в готовые изделия, не удобен для разработки проектов т.к. не имеет разъема USB для прошивки (нужен специальный переходник USB-Serial), имеет малое количество портов в/в.

ArduinoNano

Чуть больше по размерам, чем предыдущий вид ArduinoMini, добавлен порт mini-USB для прошивки, имеет большее количество портов в/в.

ArduinoUno

Самый распространенный вид Arduino, отличные показатели цена/качество, имеет большую плату (удобно создавать новые проекты), есть разъем для блока питания, mini-usb для прошивки, выведены все порты в/в.

Arduino Mega

Три предыдущих вида Arduino сделаны на микроконтроллере ATmega328,а данный вариант сделан на чипе ATmega2560. Главные отличия заключаются в большем количестве памяти и ножек в/в. Данный Arduino, является самым дорогим, большим по размерам и имеет расширенный функционал .

Какой вид Arduino необходимо иметь дома?

Все зависит от потребностей, я могу дать вам только пару советов:

1. Обязательно приобретите Arduino Uno, удобная плата для разработки, большой функционал, средняя цена.
2. Если вы хотите сделать небольшое устройство, например, управление лампами дневного света или кодовый замок, то уже надо будет задуматься о портативных видах Arduino, Miniили Nano.
3. Если вам не хватает ресурсов вашего контроллера, то остается один вариант, это Arduino Mega, также она тоже удобна для разработки новых проектов, но в большинстве случаев, такие вычислительные мощности на первое время не понадобятся.

Все, кто пользуется микроконтроллерами от Ардуино, не понаслышке знакомы с вопросом экономии. Однако покупать китайские платы от неизвестных производителей в надежде, что хоть часть из них будет работать как заявлено, - не лучшая стратегия. Но среди множества бесполезных железок можно найти и достойную дешёвую замену arduino stm32, которая уже стала известной в своих кругах.

Давайте же разберёмся, достойна ли эта плата до 10 долларов с доставкой своей популярности, и что она способна дать пользователю, в сравнении с обычной Ардуино ПРО версии. Для этого проведём разбор обоих микроконтроллеров и составим список всех их достоинств с недостатками, чтобы вы могли ответить самому себе, стоит ли тратить деньги на arduino stm32 ide.

Давайте сравним две платы по их техническим параметрам:

Как мы видим - по многим параметрам ардуино проигрывает стм32. Ниже мы попробуем сравнить платы с разных сторон.

Плюсы и минусы микроконтроллеров Arduino и STM32

Начнём с достоинств преждевременного фаворита – самого ардуино. И главное из них известно всем, кто работал с данным чипом и его собратьями – собственная экосистема. Вы можете найти ответы на все возникающие вопросы в интернете, ведь база знаний и количество пользователей микроконтроллера даже в СНГ сегменте поражает. А это значит, что не придётся искать инструкции на английском, чего не скажешь об stm32f103c8t6 arduino. Большое количество пользователей подразумевает и широкий программный функционал, лишь крупинка которого предоставляется самими производителями.

Фанатская база ежедневно создаёт десятки библиотек, поэтому вы сможете воплотить в жизнь любую свою задумку. Некоторые схемные решения с микроконтроллером stm8s001j3 могут не порадовать новичков в этом деле, ардуино же старается максимально угодить новому пользователю и не предоставляет никаких сложностей.

Отсюда выплывают доступные шилды, простота использования, чем не могут похвастаться микроконтроллеры stm, и простое программирование под Atmel, без необходимости учить все тонкости языка на практике. Ну а более продвинутые оценят EEPROM, идущий с коробки, чем микроконтроллер stm32 не может похвастаться.

Однако, как и везде, есть свои недостатки:

1. Низкий порог вхождения предполагает большое количество кривых и неотлаженных библиотек, работающих чуть ли не на последнем издыхании. Наткнувшись пару раз на такой софт и занимаясь его дебагингом в течение пары дней, вы решите, что проще написать собственный.
2. Следующее преимущество stm32 ардуино не предоставляет нормальной отладки, из-за чего поиск ошибок в тех же кривых библиотеках и занимает так много времени.
3. Нормальная производительность на Атмега – миф, и на деле вам потребуется изворачиваться и отказываться от многих функций продукта, чтобы он работал без подлагиваний. Нормальных планировщиков тоже не найти, а те, что можно подсоединить, съедают слишком много ресурсов. Из-за чего поделки на ардуино славятся кривым и лагающим интерфейсом с долгим временем отклика, если речь идёт о чём-то сложнее, чем электронная щеколда или конструкция из микроконтроллера и датчика движений.
4. Множество кривой и откровенно бесполезной продукции на этих платах, в особенности от китайцев, лишь ухудшает имидж Ардуино.
5. Нормальных книг по микроконтроллерам stm32, конечно, не найти, но и ардуино не предоставляет много профессиональной информации, помимо форумов, где отладкой занимаются сами пользователи.
6. А сама среда разработки софта под неё требует просто невероятной производительности, не сравнимой ни с чем, что есть на рынке. Притом, куда идут все съедаемые ресурсы, не совсем понятно. А соответственно, виной всему – ужасающая оптимизация.

С другой стороны, перед пользователем встаёт arduino stm32f103 и arduino stm8 высокопроизводительный контроллер, упрощающий переход с микроконтроллера stm32 на микроконтроллер миландр и множеством периферии в дополнение.

Проектировка плат значительно облегчается благодаря свободному ходу ног, стоковая среда разработки – достаточно мощный инструмент, а отладка изначально построена так, чтобы работать без нареканий даже в чужих средах. Вам предоставляют красочные графики и точки, не говоря уже о текстовой информации. Простой перенос кода, возможность запускать отдельные контроллеры в 41 Мбитной развёртке и наличие USB портов практически везде. Всё это может запросто завлечь более продвинутых разработчиков, но им стоит ознакомиться и с рядом недостатков:

1. Высокий порог входа, для нормального пользования необходим хороший базис.
2. Библиотеки также присутствуют, но большинство из них устарели или же сделаны каждым лично для себя. Проще уже создать собственную. Но если вспомнить о проблемах Ардуино, то вполне вероятно, что вы уже умеете это делать.
3. Нижние пробелы и, в целом, некрасивая семантика в сравнении с простыми функциями конкурента.
4. С99 это всё же далеко не С++, и вы сразу прочувствуете все сложности перехода. Однако многие утверждают, что спустя время – наоборот, рады такому нюансу.
5. В целом, дешевизна плат в сравнении с Ардуино.

Возможности улучшения «юзабильности» STM32 до уровня Arduino

Однако не всё так плохо, как это может выглядеть. Изначально платы СТМ32 могут быть запрограммированы в среде разработки ардуино, хоть это и не лучшее решение. Следует помнить, что таким образом вы урезаете функционал, используете множество костылей и сами себе же стреляете в колено.

Однако, при переходе, это достаточно полезный нюанс, позволяющий более плавно осваивать все прелести. Семантика С99 может не прийтись по душе первые недели, оттого лучше найти транслятор, ибо среда Ардуино полностью уничтожает смысл покупки иного микроконтроллера.

Отладка микроконтроллера STM32

Как уже упоминалось, отладка микроконтроллера достойна отдельных тирад и восторженных откликов. Сразу с коробки вы получаете устройство, что свободно можно отлаживать в любой среде, переменные выводятся в консоль, а удобные графики информации позволяют визуально засечь баг. Это особенно удобно, когда объём кода просто не позволяет пройтись по нему пошагово.

После перехода на STM32 вы со временем и вовсе забудете о выводе данных через консоль, ведь на замену этих шаблонов придут куда более разумные и практичные решения.

В следующем материале мы по шагам как можно сделать так, чтобы использовать Arduino IDE для платы STM32.

Экосистема Arduino, без сомнения, очень сильно повлияла на радиолюбительское сообщество и на интенсивность распространения знаний об электронике среди обычных людей. Говоря об Arduino, следует понимать и сами аппаратные средства (платы Arduino) и среду разработки Arduino IDE, а также большое сообщество и поддержку с дополнительными библиотеками, расширяющими функционал Arduino.

Если же говорить непосредственно о платах Arduino, то их, нужно сказать, не так уж и мало. На сегодняшний день существует большое количество видов плат Arduino, начиная с классических Arduino UNO, Leonardo, Mini, Micro и Nano и заканчивая специфическими Industrial 101, Tian и MKR1000.

И все эти платы имеют какие-либо характерные отличия и различные области применения. Платы отличаются друг от друга своими формами, характеристиками и возможностями, поэтому новичкам, пытающимся разобраться в электронике и научиться работать с Arduino, не так просто сделать выбор, хотя классически рекомендуется выбирать для начала Arduino Uno. Тем не менее, более опытных людей, которые хотят использовать Arduino в своих проектах, также иногда преследуют муки выбора конкретной платы Arduino, наиболее оптимально подходящей для их проекта. Для облегчения такого выбора как для новичков, так и для более опытных разработчиков ниже приводится сравнительная таблица большинства выпущенных на сегодняшний день плат Arduino.

Среди всего разнообразия плат Arduino новичку сложно выбрать подходящую. Кроме официальных плат, типа Arduino UNO, Nano, MEGA, существуют еще и ардуино-совместимые платы, типа Digispark, «Электронные войска», Seeeduino, Freeduino, Robocraft и другие. В чем их отличие и какую плату Arduino выбрать? Давайте разберемся!

Совместимость с шилдами и основные отличия

Пожалуй, эта характеристика стоит на ряду с такими как: объём памяти, тактовая частота и тип используемого микроконтроллера. Платы клоны Ардуино можно разделить по подобию с базовыми платами Arduino UNO, MEGA и прочие. Самой распространенной является UNO, собственно большинство клонов связаны, именно с ней. Совместимость с шилдами обеспечивается расположением клеммных колодок и разводкой печатной платы.

Размер платы оригинальной UNO 6.9х5.3 см, размеры плат сторонних производителей могут отличаться, но расположение клеммных колодок и расстояние между разъемами должно оставаться одинаковым. В таком случае плата будет совместима со стандартными шилдами любого происхождения.

Если речь идет в контексте «ардуино», скорее всего, именно эта версия и имеется в виду. Отличия между оригиналом и клоном могут отсутствовать, т.е. полная копия, а разницей могут быть лишь цвет покрытия платы и способ прошивки. USB-serial конвертер, на той же УНО, выполнен на микроконтроллере, тогда как на оригинальных НАНО - на 232-ой микросхеме, а на китайской - на CH340, встречаются и УНО с такими конвертерами, об этом позже.

С другой стороны в отличиях могут быть и схемы питания, и встроенные в плату дополнительные микросхемы-драйверы, защитные цепи, развязочные, расширители портов на сдвиговых регистрах и пр.

Понятие Arduino-совместимая - значит, что она и соответствующим языком программирования, при этом она необязательно совместима с шилдами. Примером такой платы можно привести Lillypad.

Плата совместима с языком ардуино, но не совместима с шилдами. Если их нужно подключать, то нужно производить подключение вручную к соответствующим пинам. Кстати эта плата ориентирована на носимые устройства, как вариант для умной одежды. Такую плату производит компания SparkFun.

Обзор плат и советы по их применению

Большое количество модификаций и сторонних плат не является плагиатом или подделкой. Так произошло, потому что Arduino ведет открытую политику, что позволяет вносить модификацию в конструкцию и собирать наборы, со свободной комплектацией предназначенные для специализированных сфер:

Роботехника;

Автоматика;

Для обучения и пр.

Названия плат обычно содержат приставку «Duino», как craftduino или DCduino, а модель платы может и совпадать по названию, как та же DCduino UNO, если она дополнена - тогда будет еще одна приставки или совсем другое слово описывающее добавочные функции. Кроме выше перечисленного стоит обращать внимание на напряжение питания и логических уровней, они могут быть 3.3 и 5 В.

Для начала однозначно брать нужно распространенную плату - Arduino UNO-подобную или Nano, первая стоит порядка 5 долларов, вторая немногим дешевле - 3-5 долларов.

Если вам встретится модель под названием Duemilanove, это полный аналог UNO. Отличия лишь в способе связи с компьютером, выше я упомянул, что на UNO она организована на дополнительном микроконтроллере - Atmega8u2, Duemilanove общается с компьютером через FT232RL.

Перейдем к обзору плат. На фото ниже это полные клоны ардуино, ниже мы рассмотрим модернизированные платы.

Отличный клон UNO, главное отличие - наличие дополнительных контактов разъёма «GVS» (ground-voltage-signal). Это не совсем разъём, а скорее порядок размещения проводов в разъёме. Именно так подключаются многие датчики и прочая периферия.

Но в стандартной гребенке контакты расположены иначе, при этом вам обязательно не хватит контактов питания (Vcc и Gnd), придется скручивать провода, либо использовать беспаечную макетную плату для подсоединения. Разработчики Iteaduino предусмотрели это и решили проблему дублированием контактов типа «папа» в правильной последовательности.

Если вы не нашли такую плату - придется покупать шилд, но работать с ним не так удобно, тем более для начинающего лучше, когда деталей меньше.

Подобные платы позволяют уменьшить габариты и вес конечного продукта за счет уменьшения количества шилдов.

Еще одна уно-подобная плата с возможностью подключения к сети по кабелю и установки микро SD-карты. Хотя и есть Ethernet-shield, но опять-таки - он увеличит объём занимаемый платой в корпусе и вес продукта. Плата , но на ней отсутствует USB-интерфейс.

Для прошивки нужно дополнительно приобрести USB-UART конвертер вот такой, например, его гребенка подходит к такой же на плате Arduino Ethernet.

Leonardo и Esplora

Модель Arduino для тех, кому нужно много аналоговых входов, для считывания аналоговых датчиков, здесь их 12, против 6 на плате УНО.

Это получилось за счет использования Atmega32u4, а не Atmega328, как на большинстве плат они подключены к пинам, те, что на UNO были цифровым: 4, 6, 8, 9, 10, 12.

Такая разводка позволяет использовать их как раньше, что даёт совместимость с платами расширения или подключать источники аналогового сигнала. ШИМ выводов здесь не 6, а 7.

Исчезла необходимость в USB-UART конвертере, в Atmega32u4 интегрирована аппаратная поддержка USB. Для работы может потребоваться дополнительный модуль PoE. Такие платы отлично подходят для создания контроллеров для ПК, он поддерживает USB HID, и может выступать в роли мыши или клавиатуры или геймпада, с соответствующей обвязкой и деталями.

Интересен Leonardo тем, что при одинаковых размерах и совместимости с UNO имеет больше функций в плане работы с ШИМ и аналоговым сигналом.

На его основе сделана Esplora - по сути плата джойстика совместимая с арудиновским кодом и возможностью программирования и создания уникального девайса. На фото ниже вы видите такую плату с дополнительным дисплеем (в комплект его нет), напоминает портативную консоль.

MEGA и DUE

Если вы собрались делать систему автоматизации для целого дома или другой объёмный проект вам не хватит выводов . На помощь придет контроллер Atmega2560, и плата ардуино с аналогичным названием, здесь есть 54 цифровых входа-выхода и 16 аналоговых. Это более, чем в 2 раза больше, чем у тех, что мы рассмотрели выше. К ней продаются соответствующие большие шилды.

UNO-шилды условно совместимы. Только нужно в библиотеках править расположение пинов, потому что их нумерация различна.

Если вам нужно еще больше возможностей, стоит сменить архитектуру. Arduino DUE построен не на МК семейства AVR8, а на ARM CORTEX-M3. Это 32-х разрядный контроллер. 54 цифровых и 12 аналоговых каналов помогут реализовать большой проект. 4 UART интерфейса, SPI, Twin-Wire, JTAG. 512 кб флеш, 96 SRAM, 32 разряда - всё это нужно для высокой скорости выполнения сложных программ.

Напомню, что у атмеги328 всего 32 кб флеш-памяти и 2 кб SRAM

ВНИМАНИЕ:

Питание и напряжение логических уровне - 3.3 В, если хотите убить DUE, подайте на неё 5 В.

Самые маленькие ардуины

Для тех, кому важна мобильность есть целый ряд официальных плат и одна весьма занимательная ардуино-совместимая. Они подходят для тех, кто хочет спроектировать скрытое устройство или носимое (портативное). Давайте рассмотрим их подробнее.

Актуальная версия - Arduino Nano v3.0. Из маленьких она наиболее удобна, для прошивки используется Mini-b USB-кабель, но китайские копии часто используют micro-USB разъём, который очень распространен для подключения смартфона к компьютеру или его зарядки.

По количеству и назначению пинов она аналогична UNO, но не совместима с шилдами. Кстати, для нано встречаются специализированные шилды (китайцы делают все, что только можно вообразить). Чаще всего китайские копии используют CH340G для связи с компьютером через USB, лично у меня на Windows 8.1 драйвер не установился автоматически, проблема решилась после 2-х минут поиска в гугле по названию микросхемы, дальше всё пошло как по маслу.

Немного больше, чем нано. Микро и нано отлично подходят для размещения на макетной плате, почти всегда это делает сборку схемы и монтаж более удобным. В остальном всё аналогично предыдущей различия лишь в компоновке платы.

Arduino mini - не работает по USB

Самая мелкая плата, аналогичная по функционалу «ункам» и «нанкам» - это «мини». Забавно, что самая маленькая плата, судя по названию, должна быть больше, чем «нано». Получилось наоборот. Экономия размеров достигнута за счет исключения узла связи по юсб (rs232, ch340g и подобных) и самого разъёма. Для этого есть контактные площадки для подключения по последовательному интерфейсу.

Прошивка осуществляется с помощью USB-serial (usb-uart) переходников. Если вы собираетесь заниматься микроконтроллерами - стоит его приобрести, он много где может пригодиться.

Может поставляться как с распаянными контактными площадками, так и просто приложенными в комплекте, для самостоятельной установки.

Интересная разработка Digispark. Её форм-фактор напоминают флешку, для её прошивки не нужен кабель, она сама вставляется в USB-порт компьютера.

В вашем распоряжении всего 6 выводов(3 PWM и 4 аналоговых, I2C), 8 Кб флэш-памяти для программ, по 512 б ROM и RAM, 2 кб памяти, как обычно, заняты загрузчиком, так что вам доступно лишь 6 кб.

При прошивке 2 цифровых пина (P3, P4) задействуются под USB, но вы их можете использовать после прошивки, когда отключите от компьютера. Обратите внимание на распиновку - она написана на обратной стороне платы, на картинке справа. Для работы с ней нужно настроить IDE.

Еще несколько особенностей:

1. пин P5 - это «RESET», если подать на него логический ноль - плата перезагрузится, он же A0, т.е. первый аналоговый вход, сигнал может считываться в диапазонах более, чем 1.2 в, поскольку всё что ниже воспринимается, как «ноль» и идёт перезагрузка. Сомнительный пин вообще, но если подумать, как его использовать, и достигает ли измеряемый сигнал вообще нуля, то всё не так плохо.

2. Забудьте о мониторинге порта, Serial отсутствует как таковой, поэтому отладку платы с компьютера проводить не получится. Этого можно и избежать - если больше времени уделить проектированию, ну или использовать внешние измерительные приборы - контрольные лампы, мультиметры, осциллографы.

Заключение

Надеюсь, что эта статья помогла вам определиться с выбором платы. Я постарался рассмотреть максимально широкий спектр ардуино в малом объёме текста, детально рассматривать каждую плату не имеет смысла, ведь они почти одинаковы, за исключением разных дополнений.

Arduino Pro Mini с напряжением питания 5 В

Контроллер Pro Mini - модуль, совместимый с Arduino IDE производства фирмы Sparkfun. Он относится к классу основных модулей Arduino, используемых при проектировании микроэлектроники на основе микроконтроллера ATmega368 Pro Mini - инструмент для разработки электроники, взаимодействующей с окружающей средой, в отличие от персональных компьютеров, не выходящих за рамки виртуальности. Применяется для проектирования систем с возможностью получения данных от различных датчиков и управления работой всевозможных устройств.
Arduino Pro Mini это базовый микроконтроллерный модуль с открытым программным обеспечением. Устройства, собранные с применением Pro Mini, могут работать самостоятельно или взаимодействовать с программами, размещенными в персональном компьютере.

Среда разработки программ доступна для бесплатного скачивания. Программное обеспечение Arduino работает под Windows, Macintosh и Linux. Оболочка программирования Arduino подходит как для начинающих разработчиков, так и для опытных. Семейство программ Arduino постоянно дополняется опытными пользователями и доступно в сети.

Характеристики

Напряжение питания 5-12 В
Тактовая частота 16 МГц
Размер памяти
для программ, тип флеш 32 Кбайт, где 2 Кбайт занимает загрузчик
ОЗУ 2 Кбайт
длительное сохранение данных происходит в EEPROM 1 Кбайт
Максимальный ток через вывод 40 мА
Размеры платы 18 х 33 мм

Питание

Фрагмент схемы модуля содержащий цепь питания.

К модулю Arduino Pro Mini питание может подключаться несколькими способами. Нестабилизированное напряжение в диапазоне 5-12 В подается на контакт RAW. Стабилизированное 5 В на контакт VCC. Через кабель FTDI на второй контакт VCC, расположенный на торце платы. На контакт VCC нельзя подавать напряжение более 5 В.

Расположение и название контактов.

Имеется 14 цифровых двунаправленных контактов. Резисторы подтягивания к питанию находятся внутри МК, они изначально программно отключены.
Внешнее прерывание подается на входы 2 и 3. Они конфигурируются на разные логические уровни и фронты импульса для обнаружения сигнала прерывания.
Имеющиеся интерфейсы
USART: 0 - RX и 1 - TX
SPI: 10 - SS, 11 - MOSI, 12 - MISO, 13 - SCK.
I2C: А4 - SDA, A5 - SCL.
Есть 8 входов АЦП c дискретностью 10 бит. По умолчанию предел измерения 5 B. Предел меняется посредством процедуры analogReference() используя образцовый потенциал с контакта REF или внутренние образцовые потенциалы микроконтроллера.
На входе RST уровень 0 вызывает перезагрузку МК.

Индикация

На плате Arduino Pro Mini имеется два индикатора. Один из них - индикатор включения питания. Второй - светодиод, включаемый высоким логическим уровнем на контакте 13.

Подключение к USB

Для соединения с компьютером используется специальный кабель, содержащий преобразователь интерфейса USB-USART. Микроконтроллер содержит интерфейс USART, его сигналы RX и ТХ выведены на торцевую часть платы. Специальный кабель подключается к этим входам Arduino Pro Mini, а также к контактам VCC и GND. При этом питание 5 В поступает в модуль от персонально компьютера. Следует учитывать порядок подключения контактов. Правильно соединение USART выполняется по схеме:
RX - TX,
TX - RX.
Китайские товарищи иногда нарушают классику наименования сигналов USART, соблюдая одноименность. Может оказаться так, что Ваш модуль надо соединять RX - RX, TX - TX.
Существуют соединители, имеющие также очень важный контакт DTR. Сигнал на этом контакте автоматически формирует сигнал сброса перед обновлением программы в МК. Без сброса в нужный момент в начале записи программы невозможно записать новую программу.

Программирование предыдущей версии Arduino Pro Mini.

Запись программы в режиме внутрисхемного программирования

Соединение Arduino Pro Mini с разъемом ISP6PIN программатора.

Модуль с успехом можно использовать не как составную часть конструктора Arduino, а как модуль микроконтроллера ATmega368 для записи программ написанных в различных программных пакетах. Например, AVRstudio и других. При этом придется распрощаться с загрузчиком Arduino. Соединение с контактами последовательного интерфейса программатора выполняется, как изображено на схеме. Программирование в этом случае относится к категории внутрисхемного.
Эту схему применяют для обновления и восстановления загрузчика Arduino.

Применение

Благодаря малым размерам и массе Arduino Pro Mini широко применяется для управления всевозможными роботами. Особенно ценны в летающих автоматах мини масса и размеры. Кроме робототехники модуль станет прекрасным пособием при изучении микроконтроллеров студентами вузов. При совместном использовании с другими устройствами из конструктора Arduino можно собирать системы категории «умный дом».