Контроллер DUE XPRO ARM на Cortex ATSAM3X8EA-AU от Robotdyn

Плата разработчика DUE XPRO ARM от компании RobotDyn, центральным процессором которой, является 32х битный микроконтроллер AT91SAM3X8E (ARM - Cortex-M3), производства Atmel. Тактовая частота центрального процессора составляет 84МГц. Память представлена в виде: SRAM - 96Kб / Flash - 512Кб. Данная плата может по праву считаться старшей моделью базовой Arduino DUO. На борту расположены 98 цифровых входов/выходов (GPIO), из которых 12 аналоговых, что превышает количество контактов больше чем на 30, по сравнению с оригинальным контроллером. Так же на ней располагаются: 4 последовательных интерфейса UART, 2 ЦАП, TWI (I2C), SPI, JTAG, пользовательский RGB светодиод, разъем для карт Micro-SD, контакты подключения модуля ESP-01 Wi-Fi, две кнопки (аппаратного сброса и стирания памяти программ). Подключение к компьютеру реализовано по средствам USB - OTG.

Данная плата расчитана на работу с 3.3В логическими уровнями сигналов. Питать контроллер можно как от серевого блока питания так и от аккумулятора. Контроллер DUE XPRO ARM совместим со всеми периферийными устройствами Arduino.

Разъем IOREF устанавливает для подключаемых устройств уровень напряжения логических уровней.

Питание:

Питание контроллера осуществляется, как через разъем micro-USB, так и от внешнего источника питания. Выбор источника питания производиться автоматически. В качестве внешнего источника питания, можно использовать: сетевой адаптер или аккумулятор. Сетевой адаптер подключается к разъему 5.5х2.1мм, а аккумулятор можно подключить к контактам GND и VIN коннектора POWER. Напряжение внешнего источника должно находится в пределах от 6В до 20В.

Контакты питания:

• VIN - входное напряжение от внешнего источника напряжения.
• 5V - вход и выход напряжения 5В. Напряжения, подаваемые на контакты 5В и 3.3В, не проходят через внутренние стабилизаторы, поэтому нужно убедиться, что входное напряжение не превышает соответствующее значение.
• 3.3В - выход 3.3В от встроенного стабилизатора. Максимальная нагрузочная способность составляет: 800мА. Это напряжение питает центральный процессор.
• GND - Контакты общей земли.
• IOREF - этот выход внутреннего источника опорного напряжения логического уровня.

Объем памяти:

Микроконтроллер платы имеет 512Кб (в двух блоках по 256Кб) Flash памяти программ. В микроконтроллер изначально прописан загрузчик. Объем доступной оперативной памяти SRAM: 96Кб (два блока по 64Кб и 32Кб). Вся память контроллера Flash, RAM и ROM, доступна напрямую и может быть представлена,как единое целое адресное пространство. Пользователь имеет возможность стирать данные находящиеся в Flash памяти с помощью физической кнопки находящейся на плате. Данное стирание удяляет загруженную прошивку в ЦП. Для стирания нужно нажать и удерживать кнопку в течении нескольких секунд, при поданном питании на плату.

Входы и выходы:

98 контактов GPIO могут быть сконфигурированы, как на вход, так и на выход, по средствам стандартных функий (pinMode(), digitalWrite() и digitalRead()). Контакты GPIO работают с 3.3В логическими уровнями. Выходной ток на контакте может принимать значения от 3мА до 15мА, а входной от 6мА до 9мА. Так же контакты имеют внутрении подтягивающие резисторы, номиналом 100кОм. Некоторые контакты имеют специальные функции.

• Последовательный интерфейс UART:
• UART: 0 (RX) и 1 (TX)
• UART1: 19 (RX) и 18 (TX)
• UART2: 17 (RX) и 16 (TX)
• UART3: 15 (RX) и 14 (TX)
• ШИМ: пины от 2 до 13 могут быть сконфигурированы для генерации 8бит ШИМ сигнала с помощью функции analogWrite(). Разрешение ШИМ сигнала изменяется функцией analogWriteResolution().
• SPI: пины SPI осуществляют связь с переферией по протоколу SPI с использованием одноименной библиотеки SPI. Имеется центральный (6 контактов) разъем, который поддерживает совместимость с Uno, Leonardo и Mega2560. SPI может быть использован только для связи с другими устройствами SPI. Программирование AT91SAM3X8E по средствам In-Circuit-Serial-Programming не поддерживается!
• CAN : CANRX и CANTX с поддержкой протокола связи CAN.
• I2C TWI 1:20 (SDA) и 21 (SCL)
• I2C TWI 2 : SDA1 и SCL1 Поддержка обмена данными TWI с использованием библиотеки Wire.h. SDA1 и SCL1 можно конфигурировать с помощью класса Wire1, предоставляемого библиотекой Wire. SDA и SCL имеют внутренние подтягивающие резисторы, в свою очередь SDA1 и SCL1 не имиеют. Для использования Wire1 по линии SDA1 и SCL1 нужно установить два подтягивающих резистора
• Аналоговые входы: пины от A0 до A11. В распоряжении пользователя находится 12 аналоговых контактов, которые могут работать в 12 битном разрешении (диапазон значений: 4096). Дэфолтное значение составляет: 10бит. Изменение разрешения АЦП осуществляется по средствам функции ReadResolution(). При подаче напряжения свыше 3.3В на контакты платы, может привести к повреждению ЦП. Функция AnalogReference() игнорируется в DUE XPRO ARM. AREF подключен через аналоговый опорный контакт через резистор. Для использования AREF, нужно выпаять резистор BR1.
• ЦАП1 и ЦАП2 : цифро-аналоговые преобразователи имеют 12-битное разрешение (4096 значений). Их можно использовать в качестве аудио-выхода. Стоит обратить внимание, на то, что выходной диапазон ЦАП находится в пределах от 0,55В до 2,75В.
• Сброс : установка данного входа в значение LOW приведет к сбросу МК. Применяется, как правило для вывода физической кнопки RESET в нужное место пользователю.

Связь:

В плате разработки DUE XPRO ARM реализованы несколько средств для связи с: компьютером, иными платами Arduino или другими микроконтроллерами, а также с различными устройствами, как телефоны, планшеты, камеры и т. д. AT91SAM3X8E предоставляет пользователю один аппаратный UART и три аппаратных USART разъема для связи с уровнями TTL.

Порт программирования подключен к микроконтроллеру ATmega16U2, он является виртуальным COM-портом для программного обеспечения на подключенном компьютере (для распознавания устройства ОП системой Windows нужен файл .inf, операционные системы OSX и Linux автоматически распознают ее как COM-порт). ATmega16U2 подключена к аппаратному UART AT91SAM3X8E.

При последовательном соединении на контактах RX0 и TX0 реализует связь между последовательным портом и USB портом для программирования платы через микроконтроллер ATmega16U2. В ArduinoIDE имеется последовательный монитор, при необходимости он отправляет простые текстовые данные на плату и обратно. Светодиоды RX и TX расположенные на плате производят индикацию передачи данных через микросхему ATmega16U2 или USB соединение с компьютером. Порт USB имеет возможность эмулировать USB устройства: мышь или клавиатуру. Порт Native-USB может быть в качестве USB хоста, для подключенных периферийных устройств. На плате реализованы протоколы связи TWI и SPI.

Программирование:

Пользователь может зпгружать программы на DUE XPRO ARM из Arduino IDE. Загрузка программы на данную плату отличается от стандартной процедуры загрузки на AVR микроконтроллеры. Для повторного программирования нужно что бы Flash память была полностью очищена. Такая процедура обусловлена тем, что загрузка контролируется ПЗУ, которое начинает свою работу, только тогда, когда Flash чипа полностью стерта. Для процедуры программирования можно использовать любой из портов micro-USB, но предпочтительным будет использовать порт программирования из-за его особенностей процедуры стирания.

Порт программирования:

Используя данный порт, нужно выбрать в качестве платы «Arduino Due (ProgrammingPort)» в меню «Инструменты» Arduino IDE. Далее подключить плату с помощью порта программирования к компьютеру (разъем находящийся около разъема внешнего источника питания). Скорость подключения должна составлять 1200бит/с.

Собственный порт:

Для использования данного порта, нужно выбрать в качестве платы «Arduino Due (NativeUSBPort)» в меню «Инструменты» Arduino IDE. Далее подключить плату с помощью собственного порта к компьютеру (разъем находящийся около кнопки сброса).

Различие в прошивке данной платы, от обычных плат Arduino, заключается в том, что вторые используют avrdude, а данная плата bossac. Исходный код прошивки ATmega16U2 располагается в репозитории Arduino. Пользователь может использовать разъём ISP с внешним программатором, перезаписывая загрузчик DFU.

DUE XPRO ARM оснащена самовосстанавливающимся предохранителем, который выполняет роль защиты портов USB пользовательского ПК от короткого замыкания и перегрузки. При подключении к порту USB и силе тока превышающей 500мА, сработает предохранитель, до тех пор пока не будет устранена неисправность.

Три отверстия для крепления, позволяют установить плату на поверхность или корпус. Следует учитывать, что расстояние между цифровыми контактами 7 и 8 составляет 160 мм и они не кратны остальным. Плата поддерживает большинство шилдов предназначеных для Arduino Uno, Diecimila и т. д. Контакты с 0 по 13, AREF, GND, аналоговые контакты с 0 по 5, разъем питания и разъем ICSP (SPI) находятся в аналогичных местах. Кроме того, основной UART расположен на тех же выводах 0 и 1.

Характеристики:

• Микроконтроллер: AT91SAM3X8E
• Напряжение питания платы: (Vin) 7-12 В
• Цифровые В/В: 98 (16 с функцией ШИМ)
• Напряжение цифровых входов/выходов: 3.3В
• Аналоговые входы: 12
• Аналоговые выходы: 2 (ЦАП)
• SRAM: 96 KБ
• Flash: 512 КБ
• Тактовая частота: 84 МГц