برد آردوینو Nano V3 CH340 با درگاه Type-C بدون هدر لحیم‌شده

برد آردوینو Nano V3 CH340 با درگاه Type-C بدون هدر لحیم‌شده، یک برد توسعه سازگار با پلتفرم Arduino Nano است که برای ساخت نمونه‌های الکترونیکی کوچک و پروژه‌های مبتنی بر میکروکنترلر استفاده می‌شود.

هسته پردازشی این برد میکروکنترلر 8 بیتی ATmega328P است که با فرکانس 16 مگاهرتز کار می‌کند. این میکروکنترلر دارای حافظه Flash، حافظه SRAM، حافظه EEPROM، مبدل آنالوگ به دیجیتال، تایمرها و رابط‌های ارتباطی سخت‌افزاری است.

ابعاد فشرده Nano باعث می‌شود بتوان از آن در پروژه‌هایی استفاده کرد که فضای کافی برای نصب بردهای بزرگ‌تر مانند Arduino Uno وجود ندارد. ساختار پایه‌ها نیز به‌گونه‌ای است که برد پس از نصب هدر مناسب، روی بردبورد یا برد مدار چاپی قابل استفاده خواهد بود.

مجهز به درگاه USB Type-C

در این نسخه، به‌جای کانکتور Mini USB قدیمی از درگاه USB Type-C استفاده شده است. این درگاه برای تأمین برق برد، برقراری ارتباط سریال و آپلود برنامه از طریق کامپیوتر به کار می‌رود.

وجود کانکتور Type-C اتصال کابل را ساده‌تر می‌کند و کاربر می‌تواند کابل را بدون توجه به جهت کانکتور متصل کند. البته این برد از قابلیت‌های پیشرفته USB-C مانند USB Power Delivery استفاده نمی‌کند و درگاه Type-C آن عمدتاً جایگزین فیزیکی کانکتور USB مدل‌های قدیمی شده است.

برای برنامه‌ریزی برد باید از کابل Type-C دارای خطوط انتقال داده استفاده شود. بعضی کابل‌ها فقط برای شارژ طراحی شده‌اند و امکان شناسایی برد یا آپلود برنامه را فراهم نمی‌کنند.

مبدل USB به سریال CH340

روی این برد از تراشه خانواده CH340 برای تبدیل ارتباط USB کامپیوتر به ارتباط سریال UART استفاده شده است. این تراشه امکان شناسایی برد به‌صورت پورت سریال و آپلود برنامه روی میکروکنترلر ATmega328P را فراهم می‌کند.

در بسیاری از سیستم‌عامل‌ها، تراشه CH340 به‌صورت خودکار شناسایی می‌شود. درصورتی‌که پس از اتصال برد، پورت سریال نمایش داده نشود، ممکن است نصب درایور CH340 موردنیاز باشد.

پس از شناسایی صحیح برد، کاربر می‌تواند از طریق Arduino IDE یا سایر محیط‌های سازگار، برنامه را کامپایل و روی برد آپلود کند.

نسخه بدون هدر لحیم‌شده

در این مدل، هدرهای پایه روی برد لحیم نشده‌اند. این ویژگی برای پروژه‌هایی مناسب است که به ارتفاع کم، اتصال مستقیم به PCB یا نوع خاصی از کانکتور نیاز دارند.

کاربر می‌تواند با توجه به طراحی پروژه از روش‌های مختلف اتصال استفاده کند:

• نصب هدر نری برای استفاده روی بردبورد
• نصب هدر مادگی برای اتصال ماژول‌ها
• لحیم‌کردن مستقیم سیم به پایه‌ها
• نصب برد به‌صورت خوابیده روی PCB
• استفاده از کانکتورهای سفارشی
• قراردادن برد در محصول نهایی با کمترین ارتفاع

منظور از «بدون لحیم» این است که هدرها روی برد مونتاژ نشده‌اند؛ خود قطعات اصلی برد در کارخانه مونتاژ شده‌اند. وجود یا نبود هدر جداگانه در بسته‌بندی باید براساس موجودی محصول بررسی شود.

میکروکنترلر ATmega328P

میکروکنترلر ATmega328P یکی از تراشه‌های شناخته‌شده خانواده AVR است. این میکروکنترلر 8 بیتی برای اجرای برنامه‌های کنترلی، خواندن سنسورها، تولید سیگنال PWM و ارتباط با تجهیزات جانبی مناسب است.

ویژگی‌های اصلی میکروکنترلر عبارت‌اند از:

• معماری 8 بیتی AVR
• فرکانس کاری 16 مگاهرتز روی برد
• حافظه Flash با ظرفیت 32 کیلوبایت
• حافظه SRAM با ظرفیت 2 کیلوبایت
• حافظه EEPROM با ظرفیت 1 کیلوبایت
• تایمرهای سخت‌افزاری
• مبدل آنالوگ به دیجیتال 10 بیتی
• رابط UART
• رابط SPI
• رابط I2C یا TWI
• پشتیبانی از وقفه‌های سخت‌افزاری

بخشی از حافظه Flash توسط Bootloader برد استفاده می‌شود؛ بنابراین تمام ظرفیت 32 کیلوبایت برای برنامه کاربر در دسترس نخواهد بود.

ورودی و خروجی‌های دیجیتال

برد Nano V3 دارای 14 پایه دیجیتال با نام‌های D0 تا D13 است. هر پایه می‌تواند متناسب با برنامه به‌عنوان ورودی یا خروجی دیجیتال تنظیم شود.

از این پایه‌ها می‌توان برای اتصال تجهیزات زیر استفاده کرد:

• کلید و شستی
• رله
• LED
• سنسور دیجیتال
• درایور موتور
• نمایشگر
• ماژول ارتباطی
• انکودر
• بازر
• مدارهای منطقی

پایه‌های D0 و D1 برای ارتباط سریال UART نیز استفاده می‌شوند. اتصال تجهیزات دیگر به این دو پایه ممکن است هنگام آپلود برنامه یا ارتباط سریال ایجاد تداخل کند.

خروجی‌های PWM

شش پایه دیجیتال برد از تولید سیگنال PWM پشتیبانی می‌کنند. در چیدمان رایج Arduino Nano، این پایه‌ها شامل D3، D5، D6، D9، D10 و D11 هستند.

سیگنال PWM برای کاربردهایی مانند موارد زیر مناسب است:

• تنظیم شدت نور LED
• کنترل سرعت موتور DC از طریق درایور
• تولید سیگنال کنترلی
• تنظیم توان بار
• تولید شکل موج شبه‌آنالوگ
• کنترل برخی عملگرهای الکترونیکی

خروجی PWM ولتاژ آنالوگ واقعی نیست و به‌صورت پالس دیجیتال با نسبت سیکل کاری قابل تنظیم تولید می‌شود.

ورودی‌های آنالوگ

برد Arduino Nano V3 دارای 8 ورودی آنالوگ با نام‌های A0 تا A7 است. این ورودی‌ها برای خواندن سیگنال سنسورها و ولتاژهای آنالوگ در محدوده مجاز میکروکنترلر استفاده می‌شوند.

مبدل آنالوگ به دیجیتال ATmega328P دارای تفکیک‌پذیری 10 بیت است. در شرایط معمول، مقدار ورودی به عددی بین صفر تا 1023 تبدیل می‌شود.

پایه‌های A0 تا A5 در بسیاری از کاربردها قابلیت استفاده به‌عنوان ورودی یا خروجی دیجیتال را نیز دارند، اما پایه‌های A6 و A7 در ساختار رایج Nano فقط ورودی آنالوگ هستند.

رابط ارتباطی UART

ارتباط سریال سخت‌افزاری UART از طریق پایه‌های زیر در دسترس است:

• D0 یا RX برای دریافت اطلاعات
• D1 یا TX برای ارسال اطلاعات

از UART می‌توان برای اتصال ماژول‌های GPS، بلوتوث، GSM، نمایشگرهای سریال، تجهیزات صنعتی و سایر دستگاه‌های دارای رابط سریال TTL استفاده کرد.

سطح ولتاژ رابط سریال برد 5 ولتی است و نباید آن را مستقیماً به رابط‌های RS-232 یا تجهیزات دارای سطح ولتاژ متفاوت متصل کرد. برای چنین کاربردهایی باید از مبدل مناسب استفاده شود.

رابط ارتباطی I2C

رابط I2C در برد Nano معمولاً از پایه‌های زیر استفاده می‌کند:

• A4 برای SDA
• A5 برای SCL

این رابط امکان اتصال چندین سنسور و ماژول را روی دو خط داده و کلاک فراهم می‌کند.

از طریق I2C می‌توان تجهیزاتی مانند موارد زیر را متصل کرد:

• سنسور دما و رطوبت
• شتاب‌سنج و ژیروسکوپ
• نمایشگر OLED
• ساعت RTC
• مبدل ADC یا DAC
• توسعه‌دهنده ورودی و خروجی
• حافظه EEPROM خارجی

هنگام اتصال تجهیزات 3.3 ولتی باید سازگاری سطح منطقی و وجود مقاومت‌های Pull-up بررسی شود.

رابط ارتباطی SPI

رابط SPI روی پایه‌های دیجیتال برد در دسترس است:

• D10 برای SS یا CS
• D11 برای MOSI
• D12 برای MISO
• D13 برای SCK

از SPI برای اتصال تجهیزاتی مانند کارت حافظه، نمایشگرهای رنگی، مبدل‌های آنالوگ، ماژول‌های رادیویی و تراشه‌های جانبی پرسرعت استفاده می‌شود.

پایه‌های برنامه‌ریزی ICSP نیز ارتباط SPI را در اختیار کاربر قرار می‌دهند.

روش‌های تأمین تغذیه

برد Nano V3 را می‌توان از روش‌های مختلف تغذیه کرد:

• اتصال کابل USB Type-C
• اعمال ولتاژ تنظیم‌شده 5 ولت به پایه 5V
• اعمال ولتاژ ورودی مناسب به پایه VIN

ولتاژ منطقی و کاری اصلی برد 5 ولت است. هنگام تغذیه مستقیم از پایه 5V باید از یک منبع تثبیت‌شده و مطمئن استفاده شود، زیرا این اتصال ممکن است بخشی از مدار حفاظتی یا رگولاتور ورودی را دور بزند.

در استفاده از پایه VIN، محدوده مناسب ولتاژ به نوع رگولاتور نصب‌شده روی نسخه تولیدی برد وابسته است. برای بسیاری از بردهای Nano، ورودی حدود 7 تا 12 ولت پیشنهاد می‌شود؛ اما قبل از اتصال باید مشخصات رگولاتور و نوشته‌های روی برد بررسی شود.

سازگار با Arduino IDE

این برد با محیط توسعه Arduino IDE قابل برنامه‌ریزی است. برای راه‌اندازی معمولاً باید تنظیمات زیر انتخاب شوند:

• Board: Arduino Nano
• Processor: ATmega328P
• Port: پورت سریال مربوط به CH340

بعضی بردهای سازگار Nano ممکن است از Bootloader قدیمی استفاده کنند. اگر برنامه با انتخاب ATmega328P آپلود نشد، گزینه ATmega328P (Old Bootloader) نیز قابل آزمایش است.

پیش از تغییر تنظیمات Bootloader، باید از نصب صحیح درایور، سالم‌بودن کابل داده، انتخاب پورت درست و بسته‌بودن Serial Monitor مطمئن شد.

قابلیت برنامه‌ریزی از طریق ICSP

علاوه بر برنامه‌ریزی از طریق USB، میکروکنترلر ATmega328P را می‌توان با استفاده از رابط ICSP نیز برنامه‌ریزی کرد.

رابط ICSP برای کاربردهای زیر مناسب است:

• نصب یا بازیابی Bootloader
• برنامه‌ریزی مستقیم میکروکنترلر
• رفع برخی مشکلات آپلود
• تولید تعداد زیادی برد
• استفاده از پروگرامرهای AVR

در برنامه‌ریزی مستقیم از طریق ISP، تنظیمات فیوزبیت و Bootloader باید با دقت انجام شود.

ابعاد کوچک و مناسب بردبورد

ابعاد رایج بردهای سازگار Nano حدود 45×18 میلی‌متر است. این اندازه کوچک، برد را برای استفاده در پروژه‌های فشرده و نمونه‌سازی روی بردبورد مناسب می‌کند.

در نسخه بدون لحیم، کاربر می‌تواند نوع هدر و نحوه قرارگیری برد را براساس فضای مکانیکی پروژه انتخاب کند. این مزیت برای ساخت بردهای مادر، تجهیزات قابل‌حمل و محصولات نهایی اهمیت دارد.

کاربردهای Arduino Nano V3

این برد در پروژه‌های مختلف قابل استفاده است، از جمله:

• ساخت ربات و ربات مسیریاب
• کنترل موتور و سروو
• خواندن انواع سنسورها
• سیستم‌های اتوماسیون
• ساخت دیتالاگر
• تجهیزات اندازه‌گیری
• کنترل روشنایی
• پروژه‌های اینترنت اشیا با ماژول ارتباطی خارجی
• سیستم‌های هشدار
• تجهیزات خانه هوشمند
• کنترل پمپ و فن
• پروژه‌های آموزشی
• ساخت کنترلرهای سفارشی
• نمونه‌سازی محصولات الکترونیکی
• تعمیر و توسعه تجهیزات صنعتی
• ساخت پنل‌های کنترلی کوچک

تفاوت این مدل با Arduino Nano اصلی

این محصول یک برد سازگار با Arduino Nano است و لزوماً برد اصلی تولیدشده توسط Arduino محسوب نمی‌شود.

مهم‌ترین تفاوت‌های این نسخه عبارت‌اند از:

• استفاده از تراشه CH340 برای ارتباط USB به سریال
• استفاده از کانکتور USB Type-C
• عرضه بدون هدرهای لحیم‌شده
• احتمال استفاده از رگولاتور یا Bootloader متفاوت
• قیمت اقتصادی‌تر نسبت به نسخه اصلی

از نظر برنامه‌نویسی و چیدمان پایه‌های اصلی، این برد برای اجرای بیشتر پروژه‌ها و کتابخانه‌های Arduino Nano طراحی شده است.

مزایای نسخه بدون هدر

نسخه بدون هدر لحیم‌شده برای طراحان حرفه‌ای انعطاف بیشتری ایجاد می‌کند. کاربر مجبور نیست هدرهای نصب‌شده را جدا کند و می‌تواند برد را مطابق نیاز مکانیکی محصول مونتاژ کند.

مزایای این نسخه عبارت‌اند از:

• امکان ساخت محصول با ارتفاع کمتر
• نصب مستقیم روی PCB اصلی
• انتخاب هدر نری یا مادگی
• امکان خروج پایه‌ها از بالا یا پایین برد
• مناسب برای اتصال سیم مستقیم
• مناسب برای تولید تجهیزات سفارشی
• کاهش محدودیت در طراحی قاب
• مناسب برای مونتاژ دائمی

نکات مهم هنگام مونتاژ هدرها

هنگام لحیم‌کردن پایه‌ها، رعایت موارد زیر توصیه می‌شود:

• ابتدا هدرها کاملاً هم‌راستا شوند.
• برای ثابت نگه‌داشتن هدر می‌توان از بردبورد استفاده کرد.
• از گرم‌کردن طولانی‌مدت پدها خودداری شود.
• مقدار قلع برای هر اتصال کنترل شود.
• میان پایه‌های مجاور اتصال کوتاه ایجاد نشود.
• پس از لحیم‌کاری، تمام پایه‌ها با مولتی‌متر بررسی شوند.
• هنگام لحیم‌کاری از تجهیزات تخلیه الکتریسیته ساکن استفاده شود.

ویژگی‌های برد Arduino Nano V3 Type-C

• مجهز به میکروکنترلر ATmega328P
• فرکانس کاری 16 مگاهرتز
• دارای مبدل USB به سریال CH340
• مجهز به درگاه USB Type-C
• دارای 14 پایه ورودی و خروجی دیجیتال
• دارای 6 خروجی PWM
• دارای 8 ورودی آنالوگ
• حافظه Flash با ظرفیت 32 کیلوبایت
• حافظه SRAM با ظرفیت 2 کیلوبایت
• حافظه EEPROM با ظرفیت 1 کیلوبایت
• پشتیبانی از UART، SPI و I2C
• ولتاژ منطقی 5 ولت
• قابل برنامه‌ریزی با Arduino IDE
• دارای رابط ICSP
• ابعاد کوچک و مناسب پروژه‌های فشرده
• بدون هدر لحیم‌شده
• مناسب نصب سفارشی روی PCB
• مناسب نمونه‌سازی و پروژه‌های حرفه‌ای

مشخصات فنی محصول

• مدل برد: Arduino Nano V3 Compatible
• میکروکنترلر: ATmega328P
• معماری پردازنده: AVR هشت‌بیتی
• فرکانس کاری: 16MHz
• تراشه رابط USB: خانواده CH340
• نوع درگاه USB: USB Type-C
• ولتاژ منطقی: 5V
• حافظه Flash: 32KB
• حافظه SRAM: 2KB
• حافظه EEPROM: 1KB
• پایه‌های دیجیتال: 14 عدد
• پایه‌های PWM: 6 عدد
• ورودی‌های آنالوگ: 8 عدد
• رزولوشن ADC: 10 بیت
• رابط سریال: UART
• رابط دو سیمه: I2C یا TWI
• رابط سنکرون: SPI
• رابط پروگرام: USB و ICSP
• LED داخلی: متصل به پایه D13 در نسخه‌های رایج
• ابعاد رایج: حدود 45×18 میلی‌متر
• وضعیت هدرها: روی برد لحیم نشده
• سازگاری نرم‌افزاری: Arduino IDE و محیط‌های سازگار