ArduinoUNO

UNO-ATmega328

Arduino Unoは、世界中のホビイスト、教育者、エンジニアに愛用されている、柔軟性に富んだオープンソースのマイクロコントローラーボードです。そのアクセスしやすさと拡張性により、電子工作のプロトタイピングから複雑なプロジェクトまで、幅広いアプリケーションで使用されています。ここでは、Arduino Unoのハードウェア仕様、ソフトウェア環境、技術的特徴を詳細に解説し、このプラットフォームがどのようにして多様なニーズに応えているのかを探ります。

ハードウェア仕様

Arduino Unoは、ATmega328Pマイクロコントローラを中心に構築されており、14個のデジタルI/Oピン(うち6個はPWM出力に使用可能)、6個のアナログ入力ピン、16MHzのクリスタルオシレータ、USB接続、電源ジャック、ICSPヘッダー、リセットボタンを備えています。これらのハードウェア機能は、ユーザーがセンサー、モーター、LED、その他の電子部品を容易に接続し、制御できるように設計されています。

デジタルI/Oピン

デジタルI/Oピンは、デジタルデバイスからの入力を読み取るか、またはデジタル信号を出力として送信するために使用されます。PWM(パルス幅変調)機能を備えたピンを使用することで、LEDの明るさの調整やモーター速度の制御など、より精密な操作が可能になります。

アナログ入力ピン

アナログ入力ピンは、アナログセンサーからの可変電圧を読み取るために使用されます。これにより、温度センサーや光センサーなど、物理世界の変化をデジタル値としてArduinoに読み込ませることができます。

通信インターフェース

Arduino Unoは、シリアル通信、I2C通信、SPI通信をサポートしています。これらの通信プロトコルを活用することで、Arduinoボードは他のボードやコンピュータ、さまざまな外部デバイスとデータをやり取りすることが可能です。
シリアル通信: UARTを介してPCとのシリアル通信が可能です。
SPI通信: ICSPヘッダを通じて利用可能。
I2C通信 (TWI): A4 (SDA)、A5 (SCL)ピンを介して利用可能。
USB: マイクロコントローラと直接通信するためのUSB-to-serialコンバータとしてATmega16U2を使用しています。

CPU

マイクロコントローラ: ATmega328P
アーキテクチャ: AVR 8-bit
動作周波数: 16 MHz
フラッシュメモリ: 32KB(内0.5KBはブートローダーに使用)
SRAM: 2KB
EEPROM: 1KB

クロック

クロック速度: 16MHzのクリスタルオシレータを使用しています。これは、プログラムの実行速度やタイミング関数の精度に影響を与える重要な要素です。

電源電圧

動作電圧: 5V
推奨入力電圧: 7-12V
最小入力電圧: 6V
最大入力電圧: 20V
Arduino Unoは、USB接続または外部電源から電力を供給することができます。外部電源は、バレルジャックまたはVINピンを通じて供給することが可能です。

その他の電気的な仕様

デジタルI/Oピン: 14ピン(うち6ピンはPWM出力可能)
アナログ入力ピン: 6ピン
DC電流 1ピンあたりの出力: 最大40 mA
DC電流 3.3Vピンでの出力: 最大50 mA
LED_BUILTIN: ピン13に接続されています。

Arduino Unoのピン配置とそれに対応するATmega328P CPUのピン番号及びその機能

Arduino Uno ピン ATmega328P ピン番号 機能
0 (RX) PD0 デジタルピン0、シリアル受信
1 (TX) PD1 デジタルピン1、シリアル送信
2 PD2 デジタルピン2、外部割り込み0
3 PD3 デジタルピン3、PWM出力、外部割り込み1
4 PD4 デジタルピン4
5 PD5 デジタルピン5、PWM出力
6 PD6 デジタルピン6、PWM出力
7 PD7 デジタルピン7
8 PB0 デジタルピン8
9 PB1 デジタルピン9、PWM出力
10 PB2 デジタルピン10、PWM出力
11 PB3 デジタルピン11、PWM出力
12 PB4 デジタルピン12
13 PB5 デジタルピン13、LED_BUILTIN
A0 PC0 アナログ入力ピン0
A1 PC1 アナログ入力ピン1
A2 PC2 アナログ入力ピン2
A3 PC3 アナログ入力ピン3
A4 PC4 アナログ入力ピン4、I2C SDA
A5 PC5 アナログ入力ピン5、I2C SCL
AREF アナログ参照電圧
GND グラウンド
RST リセット
3V3 3.3V出力 (ATmega328Pからではない)
5V 5V出力
VIN 外部電源入力

ArduinoUNOのバージョン歴史とその特徴

Arduino Uno R1

最初のバージョンで、ATmega168チップを搭載していましたが、後にATmega328Pにアップグレードされました。

Arduino Uno R2

R2では、主にハードウェアの小さな変更が行われました。I2Cピン(SDAとSCL)が追加され、それらはアナログピンの近くに配置されました。

Arduino Uno R3

R3は、Arduino Unoの中で最も広く使用されているバージョンです。R3では、新しいピン配置が採用され、I2Cピンがデジタルヘッダーに移動しました。この変更により、シールドの互換性が向上しました。
R3では、IOREFピンが追加され、シールドがボードの動作電圧を検出できるようになりました。
ATmega16U2がUSB-to-serialコンバータとして採用され、より高速な転送速度と改善されたUSBサポートが提供されました。

Arduino Uno SMD R3

Uno R3のバリエーションで、表面実装デバイス(SMD)バージョンのATmega328Pを使用しています。このバージョンは、従来のスルーホールコンポーネントの代わりにSMDコンポーネントを使用しているため、製造が簡単になりますが、自宅での修理や改造が難しくなります。

Arduino Uno Rev3 WiFi

Arduino Uno Rev3の進化版で、WiFi機能が組み込まれたバージョンです。これにより、IoTプロジェクトがより簡単に開発できるようになりました。

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