Как сделать свой клон Arduino, и есть ли в этом смысл

Часто у начинающих ардуинщиков и более продвинутых пользователей возникает проблема: памяти микроконтроллера недостаточно или наоборот, слишком много. Основная часть моделей имеет объем памяти 32к или 256к. С портами ввода/вывода ситуация не сильно лучше. Конечно, есть расширители портов, но тогда придется менять логику программы. Одним словом тупик. И выход есть — создать свою копию Arduino на другом микроконтроллере.

Выбираем микроконтроллер под свои задачи

Выбирая МК, нужно определить основные параметры:

• Память Flash

• Память SRAM

• Память EEPROM

• Кол-во линий ввода/вывода

• Доступные интерфейсы

Большим плюсом при создании платы на базе официально не поддерживаемого МК, будет наличие загрузчика и ядра. Привожу некоторые МК, для которых есть ядро:

Главное найти баланс: чтобы желаемого пункта хватало, но не в ущерб остальным характеристикам.

Немного о маркировке МК ATmega

Маркировка МК ATmega обычно интуитивно понятна, в качестве примера разберем маркировку чипа ATmega32l — 8AU. ATmega — семейство МК, 32 — flash память, l — пониженное напряжение питания. Буквы после модели я вынес в таблицу:

Надо учитывать, что микроконтроллер без буквы в обозначении может иметь пониженное напряжение питания, это нужно проверять по документации.

Тактирование

После выбора микроконтроллера под свои задачи можно переходить к проектированию схемы. Сначала находим пины XTAL1 и XTAL2. К ним мы подключаем кварц. Сейчас их достаточно много — есть и со встроенными конденсаторами внутри.

Для его работы требуется обвязка — два конденсатора на 22 пикофарада.

Также существуют другие варианты — со встроенными конденсаторами и в других корпусах, включая SMD. Если в кварце уже есть конденсатор, то дополнительные не нужны, подключаем напрямую к XTAL1 и XTAL2.

Далее гуглим «НАЗВАНИЕ_МК максимальная частота». Для примера я загуглил «Atmega32l-8au максимальная частота». Почти гарантировано вы увидите строчку:

В этом случае смысла во внешнем кварце нет, можно использовать внутренний генератор. В большинстве случаев частота работы 16 МГц, иногда 20 МГц.

Корпус

Здесь все сводится к размерам и удобству сборки. Некоторые МК выпускаются только в SMD — в основном из-за огромного количества портов. Самые крупные выводные МК обычно выпускаются в корпусе DIP-40. Те, которые имеют 100+ выводов, конечно, идут в SMD. Паяльником реально припаять корпус TQFP-44 — ATmega16/32. Больше — я не пробовал, если у вас есть опыт — отпишите в комментарии. Однако, китайцы, если заказать у них печатную плату, могут нам припаять МК хоть TQFP-100. Естественно, это недёшево, но когда очень большая партия — это единственный выход.

Прошивка

Если мы копируем Arduino, нам необходимо добавить возможность прошивки через бутлоадер — загрузчик, через разъем USB. Существуют специализированные микросхемы — CH340, FT232, CP2102. На оригинальных Arduino для загрузки прошивки используется отдельный камень — Atmega8u2/16u2 со своей прошивкой и аппаратным USB. Я сам использую чип CH340C. Некоторые на него жалуются, но у меня все достаточно хорошо. Прилагаю рекомендуемую схему подключения:

Итоговая схема

Итак, сложим все требования воедино. Я хочу Atmega32l на частоте 8МГц с прошивкой по USB. У меня получилось это:

Вывод

Создание своего клона Arduino имеет смысл, если вам не хватает мощности UNO, а MEGA использовать нецелесообразно, а также хочется иметь USB порт для прошивки.

Надеюсь, что статья была вам полезна, и вы узнали что-то новое. Если есть вопросы или замечания, напишите в комментарии, спасибо за дочитывание статьи, пока!