ARDUINO UNO ultimo aggiornamento 29 novembre 2010

La Scheda Arduino Uno si differenzia principalmente da tutte le schede precedenti, dal fatto che non usa come convertitore USB/seriale un chip driver FTDI ma è utilizzato un processore Atmega8U2 programmato come convertitore seriale/USB.

Riepilogo caratteristiche Principali

Diverse versioni della scheda Arduino UNO

I primi esemplari della scheda furono prodotti nel settembre 2010, si differenzia dalla versione 2009 per la presenza di uno speciale convertitore USB/seriale che è implementato da un microcontrollore ATmega8U2 in cui è integrato un transceiver USB liberamente programmabile.

Scheda Arduino UNO

Una delle prime versioni della scheda	Appare il nuovo logo	Si modifica l'integrato regolatore l' ATMEGA328 viene ruotato di 180°
Viene modificato l'orientamento del ATMEGA8U2-MU viene già saldato il connettore ICSP		Versione SMD della scheda

In questo modo a differenza del chip della FDTI, per il quale era necessario installare appositi driver, con I'utilizzo dell'integrato ATmega8U2 ciò non è più necessario, poiché sono usati i driver comuni della periferica USB già disponibili con il sistema operativo.
Tuttavia, con sistemi operativi Windows, per la corretta creazione di una porta COM virtuale è necessario installare un driver aggiuntivo.
Arduino Uno ha anche ricevuto la certificazione FCC sulle emissioni elettromagnetiche che ne attesta il superamento delle prove sulle emissioni EMC eseguite da un laboratorio riconosciuto dalla US Federal Communication Commission (FCC) o da parte di Industry Canada (IC) rendendi il prodotto compatible con la normativa per gli Stati Uniti e Canada,

La scheda è ora anche pienamente conforme alle normative RoHS (dall'inglese: Restriction of Hazardous Substances Directive) questa è la normativa 2002/95/CE adottata nel febbraio del 2003 dalla Comunità europea.    La normativa impone restrizioni sull'uso di determinate sostanze pericolose nella costruzione di vari tipi di apparecchiature elettriche ed elettroniche.   È collegata strettamente con la direttiva sulla rottamazione di apparecchiature elettriche ed elettroniche (detta RAEE) 2002/96/CE che regola l'accumulazione, riciclaggio e recupero per le apparecchiature elettriche e fa parte di un'iniziativa di legge per risolvere il problema dell'enorme quantitativo di rifiuti generati dalle apparecchiature elettroniche obsolete.   La RoHS si applica ai prodotti costruiti o importati nell'Unione europea.

Schema elettrico della scheda

Analizziamo ora le varie parti del circuito della scheda il cui schema complessivo è visibile nella figura sotto

Schema globale della scheda Arduino UNO

Sigla Valore C1,C2,C4,C5,C6,C7   100nF C3,C8 1uF C9,C10,C11,C12 22pF PC1, PC2 47μF D1 Diodo M7 F1 Fusibile 500mA R1,R2 1MΏ R3 27Ώ RN1 Rete resistiva 10KΏ RN2, RN4 Rete resistiva 1KΏ RN3 Rete resistiva 22Ώ RESET Tasto da CS RX,TX,L Led giallo ON Led verde L1 Ferrite BLM21 WE-CBF Z1-Z2 Varisitore PGB1010604 ZIC1 Processore ATMEGA328 U1 LMV 358D U2 LP2985-33DBVR U3 Processore ATMEGA8U2-MU T1 MOSFET FDN304V IC1/IC2 MC33269ST-5.0T3 UBOOT SJ jumper X1 DCJack 2.1mm GROUND SJ ICSP, ICSP1 PINHD-2X3 IOH, IOL PINHD-1X8 POWER PINHD-1X6 AD PINHD-1X6 RESET-EN SJ jumper X2 Presa USB - PN61729 Y1,Y2 R isuonatore 16MHz Q1,Q2 Quarzo 16 MHz Z1,Z2 PGB1010604

Schema elettrico

Posizione sulla scheda Arduino UNO dei componenti citati nel testo.

Alimentazione

La scheda Arduino Uno può essere alimentata attraverso la connessione USB oppure con un alimentatore esterno tramite l'apposito plug.

Come visibile nello schema, la fonte di alimentazione è selezionata automaticamente, attraverso il circuito formato da uno dei due amplificatori operazionali contenuti nell’integrato U1 LM358D e dal Mosfet T1 a canale P tipo FDN304

Schema sezione di alimentazione

U1- LM 358  Low Power Dual Operational Amplifiers
	Codice RS - 714-7424
Piedinatura	Datasheet	Foto dell'integrato

Specifiche

T1 - FDN304V  P-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor
	Codice RS - 671-0407
Piedinatura	Datasheet	Foto del transistor

Specifiche

L'amplificatore operazionale controlla la tensione in ingresso (Vin) tramite il partitore formato da R1A e R1B.
Queste resistenze essendo di valore uguale fanno in modo che sull'ingresso non invertente di U1 (Pin 3) sia presente una tensione pari alla metà di Vin) e, nel caso questa superi il valore 6,6V, commuta la fonte di alimentazione dalla presa USB al connettore di alimentazione esterna.
La porta USB è protetta da cortocircuiti accidentali tramite il fusibile F1 e comunque da essa non sono prelevati più dei 500 mA massimi ammessi.
La scheda può funzionare con un alimentatore esterno AC-DC connesso alla presa jack presente sulla scheda collegando il positivo alla presa centrale da 2,1 mm.
La tensione fornita non deve essere inferiore ai 7V, in quanto livelli inferiori non permettono di garantire i +5V con conseguente instabilità di funzionamento.
Se si utilizzano più di 12V, il regolatore di tensione potrebbe surriscaldarsi e danneggiare la scheda. Per questo la gamma di tensioni raccomandata è compresa tra i 7 e i 12 volt.
La scheda può essere alimentata mediante una batteria da 9V utilizzando direttamente i cavi inseriti nei pin del connettore POWER (GND e Vin).
La tensione +5V è regolata dall’integrato IC2 tipo MC33269ST-5.0 in grado di garantire una tensione in uscita +5V con una tensione di drop-out di circa 1,3V con 800mA di corrente d’uscita

MC33269D, MC33269ST-5.0 800 mA, Low Dropout Voltage Regulator
	Codice RS - 516-5966
Piedinatura	Datasheet	Foto dell'integrato

Specifiche

A differenza della scheda Arduino 2009, la UNO ha un suo regolatore in grado di fornire la tensione di 3.3V, il regolatore di tipo fisso utilizzato è l’integrato IC2 tipo LP2985-33DBVR in grado di garantire una tensione in uscita +3.3V con una tensione di drop-out molto bassa e una corrente d’uscita di 150mA.

U2 LP2985-33 - 150-mA LOW-NOISE LOW-DROPOUT REGULATOR WITH SHUTDOWN
	Codice RS - 652-0033
Piedinatura	Datasheet	Foto dell'integrato

Specifiche

Nel circuito è presente il diodo D1, tipo D7 con funzione di protezione dall’inversione di alimentazione, il diodo garantisce il passaggio di una corrente di 1A.

4007-SMD diodo rettificatore 1A
	Codice RS - 545-2478P
Piedinatura	Datasheet	Foto

Specifiche

Tutte le tensioni sono disponibili sui pin del connettore POWER

Connettore POWER

Interfaccia seriale

Per l’interfaccia seriale come già detto nell’introduzione, la scheda Arduino UNO non utilizza un chip FTDI (il FT232RL) per convertire i segnali da USB a TTL e viceversa.   È invece utilizzato un microcontrollore ATmega8U2 in cui è integrato un transceiver USB liberamente programmabile.

Schema elettrico della sezione interfaccia.

Dettaglio zona interfaccia

U3 - Processore ATmega8U 8-bit Microcontroller with USB controller
	Codice RS - 715-3811
Piedinatura	Datasheet	Foto dell'integrato

Specifiche

In questo modo a differenza del chip della FDTI, per il quale era necessario installare appositi driver, con I'utilizzo dell'integrato ATmega8U2 ciò non è più necessario, perché sono usati i driver comuni della periferica USB già disponibili con il sistema operativo.  La presenza del connettore ICSP1 permette agli utenti avanzati di riprogrammare il processore, trasformando la scheda Arduino UNO in un diverso tipo di dispositivo USB.      Per esempio si potrà usare la scheda come tastiera, mouse, disco driver o come un'interfaccia MIDI, ecc     Il clock del processore è fornito di quarzo da 16 MHz Q1

Processore

Come visibile nello schema, il cuore della scheda Arduino UNO è rappresentato, come nella precedente scheda Arduino 2009, dal processore ATMEGA328  un microcontrollore ad alte prestazioni con bus a 8 bit prodotto dalla Atmel con architettura di tipo RISC (acronimo di Reduced Instruction Set Computer) le caratteristiche salienti di questo processore sono:

Dettaglio sezione processore ATMaga328

IC1 - Processore ATmega328 8-bit Microcontroller with 32K Bytes In-System Programmable Flash
	Codice RS - 696-2260
Piedinatura	Datasheet	Foto dell'integrato

Specifiche

La memoria

Il microcontrollore ATmega328 dispone di 32 kB di memoria di programma, della quale 0,5 kB sono usati per il bootloader, abbiamo poi di 2 kB di SRAM (Static Random Access Memory) ed 1 kB di EEPROM che possiamo leggere o scrivere utilizzando la EEPROM library.

Pin d’ingresso e uscita.

Pin digitali

Ciascuno dei 14 pin digitali presenti sulla Arduino UNO può essere utilizzato indifferentemente come un ingresso o un'uscita, utilizzando le funzioni

pinMode(), digitalWrite(), e digitalRead().

Le uscite operano a 5 volt e ogni pin può fornire o ricevere un massimo di 40 mA ed è dotato di una resistenza pull-up (sconnessa di default) del valore di 20-50 kΏ.
Inoltre, alcuni pin hanno funzioni specializzate:

Connettore Pin Digitali

Pin Analogici

La Uno ha 6 ingressi analogici, etichettati da A0 ad A5, ognuno dei quali fornisce 10 bit di risoluzione (in pratica 1024 valori diversi). Per impostazione predefinita possono misurare una tensione di 5V riferita a massa, anche se è possibile cambiare l'estremità superiore del loro intervallo utilizzando il pin AREF e la funzione analogReference().
Inoltre, come per i pin digitali alcuni piedini hanno funzionalità specifiche:

Connettore Pin Analogici

I pin A4 (SDA) e A5 (SCL). permettono di realizzare una comunicazione nello standard I2C a due fili, in abbinamento alla libreria Wire

Pin con funzioni specifiche

Alcuni pin presenti sulla scheda hanno funzioni speciali, questi sono: