带ESP32-S3的ArduinoUNOR4开发板终于上市开卖了!(附原理图)

原创 芯片之家 2023-06-27 17:52

几个月前就发布的Arduino UNO R4 MinimaArduino UNO R4 WiFi现已正式发布。昨天,正式在Arduino Store上架开卖了,全新的版本为我们的DIY世界又多了很多可能,由以前的8位MCU提升到32位的Arm Cortex-M4,内存增加了16倍,其它性能更是有不少的提升。「售价分别为 20 美元(18 欧元)和 27.50 美元(25欧元)。」

之前Arduino就发布了Portenta C33 板,其中配备了瑞萨电子的 ARM Cortex-M33 微控制器:RA6M5。这两款新的开发板配备了瑞萨电子的芯片RA4M1。32位 ARM Cortex-M4,运行频率为 48 MHz,具有 32 KB RAM 和 256 KB 闪存。基于瑞萨电子MCU的方案似乎越来越多起来。

有一个很不一样的点,「常规的ARM型的MCU大多都是3.3V供电的,但是RA4M1 可以使用高达 5V 的电源供电」,这使得在DIY的时候,有更强的兼容性跟替换性,这一点非常不错!

关于外设

ATmega328 的数据手册不到 300 页,而RA4M1有1400多页的数据手册,UNO R4 Minima 的设计复杂性与 R3 类似,但是UNO R4 WiFi就非常密集了,主要是加了一个 8x12 的LED矩阵和ESP 32-S3-MINI WiFi模块,「还有值得一赞的是终于改成USB TYPE-C接口了。」

通讯接口

「RA4M1 集成了两个 SPI 接口、两个 I²C 接口以及四个串行通信接口 (SCI)。」 SCI 可以是UART、I2C 主设备或简单的SPI 端口(即最多6 个I2C 或SPI 端口),甚至可以是智能卡接口。然而,从 Minima 的原理图来看,似乎只有一个 I²C 端口已连接。引脚 A4、A5、D4 和 D5 暴露了第二个 SPI 端口,尽管电路板规格仅提到了一个。第二个串行端口 (Serial1) 也可用,但它与 SPI 端口共享其引脚。还加入了CAN总线的支持。

UNO R4 WiFi 具有 Qwiic I2C 连接器,可以轻松连接到广泛的 Qwiic 生态系统中的节点。适配器电缆还可以与基于其他连接器的传感器和执行器兼容。

模拟接口

UNO R4 具有 12 位数模转换器 (DAC),用于生成真实的模拟信号,而不是基于 PWM 的替代信号。还有一个运算放大器和一个比较器以及一个内部 8 位 DAC,模数转换器 ADC 是 14 位宽的,而不是 UNO R3 的 10 位宽。添加了 AnalogWave 库,使 DAC 的使用变得更加容易。「生成正弦波、锯齿波或方波就像调用库函数一样简单。」 当然,我们可以用它做更多的事情。因此,在模拟方面,UNO R4 比 UNO R3 提供的功能要多得多。

软件

对于 Arduino IDE,切换到新型号的主控也意味着要添加软件支持。新软件往往会引入问题,因此 UNO R4 的体验可能需要一段时间才能变得像 UNO R3 一样流畅。比较好的一点是,UNO R4 Minima 使解决问题变得更加容易,「因为它具有 SWD 接口,可以进行严格的(串行)调试。」

WiFi

我们看看Arduino UNO R4 WiFi与UNO R4 Minima 有何不同。首先,当然是 Wi-Fi 和蓝牙 LE 模块,即 Espressif 的 ESP32-S3。它通过串口(Serial2)以AT命令模式与MCU通信。Wi-Fi 模块的其他引脚作为微小焊盘暴露在外。可以对模块进行重新编程,在 2 x 3 接头(以及 PCB 的底部)上访问所需的引脚。新的 Arduino 库 WiFiS3 为该模块提供高级软件支持。

UNO R4 Wi-Fi 上的云连接功能意味着您可以上传数据,还可以在不同的 Arduino 之间同步某些变量和数据。例如,「可以让一个带有按钮的 Arduino,另一个与 LED 无线连接的 Arduino,按下按钮并打开 LED,无需任何额外的单行代码来处理通信。一切都将在幕后处理。」

LED矩阵

「96 像素 (8 × 12) 红色 LED 矩阵使用户能够绘制数据、创建动画并在项目中提供更复杂和精密的反馈。」 新的库提供了在板子上显示动画的功能。同步的,用于设计动画的网络工具也已发布。

该矩阵使用Charlieplexing将 96 个 LED 连接到仅 11 个 GPIO 端口(Arduino 表示法中的 D28 到 D38)。这意味着在任一时间只有少数 LED 可以处于活动状态,因为像素由两个反并联连接的 LED 组成,并且像素共享端口。然而,由于人眼速度较慢,快速时间复用可以欺骗大脑看到完整的图像。

电源

当不通过 USB 端口供电时,Arduino UNO R3 上的电源是一个基本的线性稳压器。在 UNO R4 板上,它已被DCDC取代。它支持更宽的输入电压范围,从 6V 到 24V。该稳压器也是瑞萨电子的产品,可提供高达 1.2A 的电流,效率约为 90%。UNO R4 WiFi 还具有一个为实时时钟 (RTC) 供电的连接器。

总结

Minima 和 WiFi 这两块 Arduino UNO R4 板看起来像是 UNO R3 的可靠后继者。它们具有相同的外形、扩展连接器和完整的 5V I/O。「UNO R4 WiFi 有点像内置扩展板的 UNO R4 Minima。凭借其 Wi-Fi 模块、LED 矩阵和 Qwiic 连接器,可以轻松构建物联网应用程序。UNO R4 比 UNO R3 更强大,从内存到外设和运行速度,一切都更加丰富。」

https://store-usa.arduino.cc/products/uno-r4-wifi?selectedStore=ch

最后,非常有趣的是 Minima 上的调试连接器和 ESP32-S3 模块在 WiFi 上的 CMSIS-DAP 调试功能,这是许多开发人员自 Arduino 诞生以来一直在等待的功能因此,Arduino UNO R4 可以被认为是向前迈出的强有力的一步。

「感谢Arduino社区和早期开发者,他们在过去几个月为新的移植库做出了贡献,为我们提供了支持。」

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